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标签：自力式压差阀|静态平衡阀
水力失调和水力平衡问题，一直是集中供热系统运行中的不可忽视的问题。但对这两方面的问题进行深入研究的文献却很少。在此，作者对该问题谈几点个人看法，以供参考。
01水力失调的产生原因
集中供热系统的水力失调包括静态水力失调和动态水力失调两种类型。
（1） 静态水力失调
假定一个供热系统包括多个并联用户，每个用户所需流量可按其各自的热负荷 ，利用公式G=0.86*Q/Δt计算得到；而每个热用户的实际流量则是由各自的资用压力（差）Δp和各用户支路的实际阻抗值S确定的，可用公式G′=(ΔP/S)¹/²计算得到。
实际工程中，由于各用户的资用压力（差）ΔP和各用户支路的阻抗值S并不都是匹配的，因而其通过的实际流量与根据热负荷计算出所需流量往往是不一致的。离热源近的用户可能会由于资用压力（差）ΔP偏大或阻抗值S相对偏小，实际流量大于所需流量；而离热源远的用户则可能出现相反的情况。这种由各用户的资用压力（差）ΔP和各用户支路的阻抗值S不匹配导致的、各用户实际通过的流量与实际需要的流量不一致的现象就是静态水力失调。
（2） 动态水力失调
假定一个供热系统包括多个并联用户。调整某一用户支路上的阀门，与该用户并联的其它用户虽未进行调节，其流量也会或多或少地发生相应变化，从而使得用户通过的实际流量和需要的流量不一致，就是动态失调现象。
造成动态失调的内在原因是，由于整个供热系统是一个相互连通的同一整体，任何一处的阀门开度变化（自动或手动），都会对该处的压力状态产生一个改变。这个改变会以压力波的形式以声速（压力波以声速传播，在水中1000m/s以上）向系统的其它各处传递，从而导致未进行阀门调节的并联用户的资用压力（差）ΔP和实际流量发生相应变化。
02全 面水力平衡措施
虽然静态失调和动态失调产生的原因及存在的形式不同，但它们往往共存于同一个管网系统中，对系统的总体水力失调状况产生相互叠加的影响。因此，应采取相应措施予以消去。工程中采用以下水力平衡措施，可以较好解决集中供热系统静态失调和动态失调的问题。
（1） 设置自力式动态平衡阀
静态失调和动态失调，虽然产生的原因不同，但在本质上是一致的，都是用户支路阻抗值S与作用在该用户的资用压力（差）ΔP不匹配造成的；解决措施在本质上也是一致的，都是通过改变用户支路阻抗值S，实现运行流量与所需流量相一致；而自力式的动态平衡阀，则能根据设定的流体参数，自动地调整自身的阀门的开度以改变支路的阻抗，从而克服静态失调和动态失调现象。
因此，采用自力式的动态平衡阀，不仅可以解决动态失调，也能同时解决静态失调问题。而且，采用自力式动态平衡阀解决静态失调问题还有一个很重要的优点，是自力式动态平衡阀的平衡操作方法简单，只需在运行前对调节阀的运行参数进行设置，运行中无需进行其它操作，即可保证调节支路参数动态稳定；而静态平衡阀的平衡过程中，定量调节往往需要复杂的计算，定性调节则需要反复调节和测量，对技术人员素质有较高要求。
采用自力式动态平衡阀同时解决静态失调和动态失调，一般情况下，对于定流量质调节系统，应采用自力式流量控制阀；而对于以用户为主动的变流量系统，则应采用自力式的压差控制阀。在使用过程中，若出现自力式控制阀所在支路资用压力过高，导致其工作开度过小、过流量及工况不稳定等情况，则宜在该支路上串联以静态平衡阀消耗部分资用压力，从而保证自力式控制阀处于较稳定的开度调节区间。
（2） 设置自力式压差阀+电动温控阀
近今年来，集中供热系统的“智慧化”建设和改造得到了快速发展。电动温控阀作为一种“智慧化”过程中不可或缺的水力平衡自动控制设备得到了较广泛应用。但从应用情况看，较多系统采用了“仅在用户端设置电动温控阀同时解决静态失调和动态失调”的不合理的平衡措施。这种设置方式的不合理性主要表现在以下两个方面:
其一，在静态失调比较严重的情况下，常常会出现以下问题：近端用户由于资用压力过大，电动温控阀在小开度和完全关闭两种状态来回切换，导致电池耗电量剧增，执行器疲劳损坏，使用寿命缩短；中间用户电动温控阀调整幅度大，动作频率高（甚至始终处于动作状态）；而远端用户则由于资用压差过小，动态阀即使在大开度状态，也不能满足流量要求，因而导致调节功能失效。
其二，目前采用的电动温控阀，多数是根据温度（室温或回水温度），以离散的数字变量进行控制的，属于典型的反馈自控模式。在这个过程中，某一阀门的开度变化，瞬间就会引起其他未调整用户的流量变化（压力波以声速传播，在水中1000m/s以上）;但由于传热过程具有滞后性，整个系统由流量引起的温度波动往往需要很长时间才能达到稳定（甚至数小时以上）。因此，由此引起的整个系统动态平衡调节过程，需要持续更长时间才能完成。这种情况下，很可能上次扰动引起的平衡过程尚未完成，而后续扰动可能又引起新的平衡过程，从而导致系统的电动温控阀始终处于调整或待调整的过程中。对于规模较大的管网，这种现象可能会更加明显。
而采用“自力式压差阀+电动温控阀”的水力平衡方案，可完全避免上述问题的发生。同力自控阀门有限公司的一位技术人员曾跟我交流过这样一个例子：供热系统若只在用户支路设置电动温控阀，电动温控阀的动作频率大约在每小时10~12次以上；在该支路上加装自力式压差阀并其压差设定在合理的一定范围，则电动温控阀的动作频率可以降至每小时1~2次；而且，电动温控阀的开度区间也存在大幅度减小。显然，自力式压差阀为电动温控阀的正常、可靠、稳定工作创造良好的工作条件。自力式压差阀在此起两方面的作用，一是解决全 网的静态失调，二是解决用户外部动态因素引起的动态失调；电动温控阀则主要解决用户内部动态因素引起的动态失调。
（3）设置静态平衡阀+电动温控阀
采用“静态平衡阀+电动温控阀”的平衡方案，也可以在一定程度上缓和电动温控阀工作状态不稳定的问题。在该方案中，静态平衡阀应解决全部静态失调问题，电动温控阀则解决全部动态因素引起的失调问题。
该方案与“自力式压差阀+电动温控阀”的水力平衡方案相比较而言，静态平衡阀的平衡调节过程较复杂，若不能完全解决静态失调，则静态失调中没有解决的部分则将由电动温控阀承担，从而可能导致电动温控阀动作频率提高和开度区间加大，进而导致寿命缩短和部件疲劳损坏等问题；同时，由于在该方案中，由用户外部因素的动态失调也是由电动温控阀承担的，因此也在一定程度上增加了电动温控阀工作状态的不稳定性。因此，该方案与第2种方案相比，第2种方案是更可取的水力平衡解决方案。
03结语
在同一个集中供热管网中，静态水力失调和动态水力失调同时存在。“仅在用户末端设置电动温控阀同时解决静态失调和动态失调”的技术方案是不合理的。平衡方案须考虑平衡设施工作稳定性和使用寿命问题。
文献转载：河南理工大学 徐文忠 教 授 著
01水力失调的产生原因
集中供热系统的水力失调包括静态水力失调和动态水力失调两种类型。
（1） 静态水力失调
假定一个供热系统包括多个并联用户，每个用户所需流量可按其各自的热负荷 ，利用公式G=0.86*Q/Δt计算得到；而每个热用户的实际流量则是由各自的资用压力（差）Δp和各用户支路的实际阻抗值S确定的，可用公式G′=(ΔP/S)¹/²计算得到。
实际工程中，由于各用户的资用压力（差）ΔP和各用户支路的阻抗值S并不都是匹配的，因而其通过的实际流量与根据热负荷计算出所需流量往往是不一致的。离热源近的用户可能会由于资用压力（差）ΔP偏大或阻抗值S相对偏小，实际流量大于所需流量；而离热源远的用户则可能出现相反的情况。这种由各用户的资用压力（差）ΔP和各用户支路的阻抗值S不匹配导致的、各用户实际通过的流量与实际需要的流量不一致的现象就是静态水力失调。
（2） 动态水力失调
假定一个供热系统包括多个并联用户。调整某一用户支路上的阀门，与该用户并联的其它用户虽未进行调节，其流量也会或多或少地发生相应变化，从而使得用户通过的实际流量和需要的流量不一致，就是动态失调现象。
造成动态失调的内在原因是，由于整个供热系统是一个相互连通的同一整体，任何一处的阀门开度变化（自动或手动），都会对该处的压力状态产生一个改变。这个改变会以压力波的形式以声速（压力波以声速传播，在水中1000m/s以上）向系统的其它各处传递，从而导致未进行阀门调节的并联用户的资用压力（差）ΔP和实际流量发生相应变化。
02全 面水力平衡措施
虽然静态失调和动态失调产生的原因及存在的形式不同，但它们往往共存于同一个管网系统中，对系统的总体水力失调状况产生相互叠加的影响。因此，应采取相应措施予以消去。工程中采用以下水力平衡措施，可以较好解决集中供热系统静态失调和动态失调的问题。
（1） 设置自力式动态平衡阀
静态失调和动态失调，虽然产生的原因不同，但在本质上是一致的，都是用户支路阻抗值S与作用在该用户的资用压力（差）ΔP不匹配造成的；解决措施在本质上也是一致的，都是通过改变用户支路阻抗值S，实现运行流量与所需流量相一致；而自力式的动态平衡阀，则能根据设定的流体参数，自动地调整自身的阀门的开度以改变支路的阻抗，从而克服静态失调和动态失调现象。
因此，采用自力式的动态平衡阀，不仅可以解决动态失调，也能同时解决静态失调问题。而且，采用自力式动态平衡阀解决静态失调问题还有一个很重要的优点，是自力式动态平衡阀的平衡操作方法简单，只需在运行前对调节阀的运行参数进行设置，运行中无需进行其它操作，即可保证调节支路参数动态稳定；而静态平衡阀的平衡过程中，定量调节往往需要复杂的计算，定性调节则需要反复调节和测量，对技术人员素质有较高要求。
采用自力式动态平衡阀同时解决静态失调和动态失调，一般情况下，对于定流量质调节系统，应采用自力式流量控制阀；而对于以用户为主动的变流量系统，则应采用自力式的压差控制阀。在使用过程中，若出现自力式控制阀所在支路资用压力过高，导致其工作开度过小、过流量及工况不稳定等情况，则宜在该支路上串联以静态平衡阀消耗部分资用压力，从而保证自力式控制阀处于较稳定的开度调节区间。
（2） 设置自力式压差阀+电动温控阀
近今年来，集中供热系统的“智慧化”建设和改造得到了快速发展。电动温控阀作为一种“智慧化”过程中不可或缺的水力平衡自动控制设备得到了较广泛应用。但从应用情况看，较多系统采用了“仅在用户端设置电动温控阀同时解决静态失调和动态失调”的不合理的平衡措施。这种设置方式的不合理性主要表现在以下两个方面:
其一，在静态失调比较严重的情况下，常常会出现以下问题：近端用户由于资用压力过大，电动温控阀在小开度和完全关闭两种状态来回切换，导致电池耗电量剧增，执行器疲劳损坏，使用寿命缩短；中间用户电动温控阀调整幅度大，动作频率高（甚至始终处于动作状态）；而远端用户则由于资用压差过小，动态阀即使在大开度状态，也不能满足流量要求，因而导致调节功能失效。
其二，目前采用的电动温控阀，多数是根据温度（室温或回水温度），以离散的数字变量进行控制的，属于典型的反馈自控模式。在这个过程中，某一阀门的开度变化，瞬间就会引起其他未调整用户的流量变化（压力波以声速传播，在水中1000m/s以上）;但由于传热过程具有滞后性，整个系统由流量引起的温度波动往往需要很长时间才能达到稳定（甚至数小时以上）。因此，由此引起的整个系统动态平衡调节过程，需要持续更长时间才能完成。这种情况下，很可能上次扰动引起的平衡过程尚未完成，而后续扰动可能又引起新的平衡过程，从而导致系统的电动温控阀始终处于调整或待调整的过程中。对于规模较大的管网，这种现象可能会更加明显。
而采用“自力式压差阀+电动温控阀”的水力平衡方案，可完全避免上述问题的发生。同力自控阀门有限公司的一位技术人员曾跟我交流过这样一个例子：供热系统若只在用户支路设置电动温控阀，电动温控阀的动作频率大约在每小时10~12次以上；在该支路上加装自力式压差阀并其压差设定在合理的一定范围，则电动温控阀的动作频率可以降至每小时1~2次；而且，电动温控阀的开度区间也存在大幅度减小。显然，自力式压差阀为电动温控阀的正常、可靠、稳定工作创造良好的工作条件。自力式压差阀在此起两方面的作用，一是解决全 网的静态失调，二是解决用户外部动态因素引起的动态失调；电动温控阀则主要解决用户内部动态因素引起的动态失调。
（3）设置静态平衡阀+电动温控阀
采用“静态平衡阀+电动温控阀”的平衡方案，也可以在一定程度上缓和电动温控阀工作状态不稳定的问题。在该方案中，静态平衡阀应解决全部静态失调问题，电动温控阀则解决全部动态因素引起的失调问题。
该方案与“自力式压差阀+电动温控阀”的水力平衡方案相比较而言，静态平衡阀的平衡调节过程较复杂，若不能完全解决静态失调，则静态失调中没有解决的部分则将由电动温控阀承担，从而可能导致电动温控阀动作频率提高和开度区间加大，进而导致寿命缩短和部件疲劳损坏等问题；同时，由于在该方案中，由用户外部因素的动态失调也是由电动温控阀承担的，因此也在一定程度上增加了电动温控阀工作状态的不稳定性。因此，该方案与第2种方案相比，第2种方案是更可取的水力平衡解决方案。
03结语
在同一个集中供热管网中，静态水力失调和动态水力失调同时存在。“仅在用户末端设置电动温控阀同时解决静态失调和动态失调”的技术方案是不合理的。平衡方案须考虑平衡设施工作稳定性和使用寿命问题。
文献转载：河南理工大学 徐文忠 教 授 著
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