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標簽：自力式壓差閥|靜態(tài)平衡閥
水力失調和水力平衡問題，一直是集中供熱系統(tǒng)運行中的不可忽視的問題。但對這兩方面的問題進行深入研究的文獻卻很少。在此，作者對該問題談幾點個人看法，以供參考。
01水力失調的產(chǎn)生原因
集中供熱系統(tǒng)的水力失調包括靜態(tài)水力失調和動態(tài)水力失調兩種類型。
（1） 靜態(tài)水力失調
假定一個供熱系統(tǒng)包括多個并聯(lián)用戶，每個用戶所需流量可按其各自的熱負荷 ，利用公式G=0.86*Q/Δt計算得到；而每個熱用戶的實際流量則是由各自的資用壓力（差）Δp和各用戶支路的實際阻抗值S確定的，可用公式G′=(ΔP/S)¹/²計算得到。
實際工程中，由于各用戶的資用壓力（差）ΔP和各用戶支路的阻抗值S并不都是匹配的，因而其通過的實際流量與根據(jù)熱負荷計算出所需流量往往是不一致的。離熱源近的用戶可能會由于資用壓力（差）ΔP偏大或阻抗值S相對偏小，實際流量大于所需流量；而離熱源遠的用戶則可能出現(xiàn)相反的情況。這種由各用戶的資用壓力（差）ΔP和各用戶支路的阻抗值S不匹配導致的、各用戶實際通過的流量與實際需要的流量不一致的現(xiàn)象就是靜態(tài)水力失調。
（2） 動態(tài)水力失調
假定一個供熱系統(tǒng)包括多個并聯(lián)用戶。調整某一用戶支路上的閥門，與該用戶并聯(lián)的其它用戶雖未進行調節(jié)，其流量也會或多或少地發(fā)生相應變化，從而使得用戶通過的實際流量和需要的流量不一致，就是動態(tài)失調現(xiàn)象。
造成動態(tài)失調的內在原因是，由于整個供熱系統(tǒng)是一個相互連通的同一整體，任何一處的閥門開度變化（自動或手動），都會對該處的壓力狀態(tài)產(chǎn)生一個改變。這個改變會以壓力波的形式以聲速（壓力波以聲速傳播，在水中1000m/s以上）向系統(tǒng)的其它各處傳遞，從而導致未進行閥門調節(jié)的并聯(lián)用戶的資用壓力（差）ΔP和實際流量發(fā)生相應變化。
02全 面水力平衡措施
雖然靜態(tài)失調和動態(tài)失調產(chǎn)生的原因及存在的形式不同，但它們往往共存于同一個管網(wǎng)系統(tǒng)中，對系統(tǒng)的總體水力失調狀況產(chǎn)生相互疊加的影響。因此，應采取相應措施予以消去。工程中采用以下水力平衡措施，可以較好解決集中供熱系統(tǒng)靜態(tài)失調和動態(tài)失調的問題。
（1） 設置自力式動態(tài)平衡閥
靜態(tài)失調和動態(tài)失調，雖然產(chǎn)生的原因不同，但在本質上是一致的，都是用戶支路阻抗值S與作用在該用戶的資用壓力（差）ΔP不匹配造成的；解決措施在本質上也是一致的，都是通過改變用戶支路阻抗值S，實現(xiàn)運行流量與所需流量相一致；而自力式的動態(tài)平衡閥，則能根據(jù)設定的流體參數(shù)，自動地調整自身的閥門的開度以改變支路的阻抗，從而克服靜態(tài)失調和動態(tài)失調現(xiàn)象。
因此，采用自力式的動態(tài)平衡閥，不僅可以解決動態(tài)失調，也能同時解決靜態(tài)失調問題。而且，采用自力式動態(tài)平衡閥解決靜態(tài)失調問題還有一個很重要的優(yōu)點，是自力式動態(tài)平衡閥的平衡操作方法簡單，只需在運行前對調節(jié)閥的運行參數(shù)進行設置，運行中無需進行其它操作，即可保證調節(jié)支路參數(shù)動態(tài)穩(wěn)定；而靜態(tài)平衡閥的平衡過程中，定量調節(jié)往往需要復雜的計算，定性調節(jié)則需要反復調節(jié)和測量，對技術人員素質有較高要求。
采用自力式動態(tài)平衡閥同時解決靜態(tài)失調和動態(tài)失調，一般情況下，對于定流量質調節(jié)系統(tǒng)，應采用自力式流量控制閥；而對于以用戶為主動的變流量系統(tǒng)，則應采用自力式的壓差控制閥。在使用過程中，若出現(xiàn)自力式控制閥所在支路資用壓力過高，導致其工作開度過小、過流量及工況不穩(wěn)定等情況，則宜在該支路上串聯(lián)以靜態(tài)平衡閥消耗部分資用壓力，從而保證自力式控制閥處于較穩(wěn)定的開度調節(jié)區(qū)間。
（2） 設置自力式壓差閥+電動溫控閥
近今年來，集中供熱系統(tǒng)的“智慧化”建設和改造得到了快速發(fā)展。電動溫控閥作為一種“智慧化”過程中不可或缺的水力平衡自動控制設備得到了較廣泛應用。但從應用情況看，較多系統(tǒng)采用了“僅在用戶端設置電動溫控閥同時解決靜態(tài)失調和動態(tài)失調”的不合理的平衡措施。這種設置方式的不合理性主要表現(xiàn)在以下兩個方面:
其一，在靜態(tài)失調比較嚴重的情況下，常常會出現(xiàn)以下問題：近端用戶由于資用壓力過大，電動溫控閥在小開度和完全關閉兩種狀態(tài)來回切換，導致電池耗電量劇增，執(zhí)行器疲勞損壞，使用壽命縮短；中間用戶電動溫控閥調整幅度大，動作頻率高（甚至始終處于動作狀態(tài)）；而遠端用戶則由于資用壓差過小，動態(tài)閥即使在大開度狀態(tài)，也不能滿足流量要求，因而導致調節(jié)功能失效。
其二，目前采用的電動溫控閥，多數(shù)是根據(jù)溫度（室溫或回水溫度），以離散的數(shù)字變量進行控制的，屬于典型的反饋自控模式。在這個過程中，某一閥門的開度變化，瞬間就會引起其他未調整用戶的流量變化（壓力波以聲速傳播，在水中1000m/s以上）;但由于傳熱過程具有滯后性，整個系統(tǒng)由流量引起的溫度波動往往需要很長時間才能達到穩(wěn)定（甚至數(shù)小時以上）。因此，由此引起的整個系統(tǒng)動態(tài)平衡調節(jié)過程，需要持續(xù)更長時間才能完成。這種情況下，很可能上次擾動引起的平衡過程尚未完成，而后續(xù)擾動可能又引起新的平衡過程，從而導致系統(tǒng)的電動溫控閥始終處于調整或待調整的過程中。對于規(guī)模較大的管網(wǎng)，這種現(xiàn)象可能會更加明顯。
而采用“自力式壓差閥+電動溫控閥”的水力平衡方案，可完全避免上述問題的發(fā)生。同力自控閥門有限公司的一位技術人員曾跟我交流過這樣一個例子：供熱系統(tǒng)若只在用戶支路設置電動溫控閥，電動溫控閥的動作頻率大約在每小時10~12次以上；在該支路上加裝自力式壓差閥并其壓差設定在合理的一定范圍，則電動溫控閥的動作頻率可以降至每小時1~2次；而且，電動溫控閥的開度區(qū)間也存在大幅度減小。顯然，自力式壓差閥為電動溫控閥的正常、可靠、穩(wěn)定工作創(chuàng)造良好的工作條件。自力式壓差閥在此起兩方面的作用，一是解決全 網(wǎng)的靜態(tài)失調，二是解決用戶外部動態(tài)因素引起的動態(tài)失調；電動溫控閥則主要解決用戶內部動態(tài)因素引起的動態(tài)失調。
（3）設置靜態(tài)平衡閥+電動溫控閥
采用“靜態(tài)平衡閥+電動溫控閥”的平衡方案，也可以在一定程度上緩和電動溫控閥工作狀態(tài)不穩(wěn)定的問題。在該方案中，靜態(tài)平衡閥應解決全部靜態(tài)失調問題，電動溫控閥則解決全部動態(tài)因素引起的失調問題。
該方案與“自力式壓差閥+電動溫控閥”的水力平衡方案相比較而言，靜態(tài)平衡閥的平衡調節(jié)過程較復雜，若不能完全解決靜態(tài)失調，則靜態(tài)失調中沒有解決的部分則將由電動溫控閥承擔，從而可能導致電動溫控閥動作頻率提高和開度區(qū)間加大，進而導致壽命縮短和部件疲勞損壞等問題；同時，由于在該方案中，由用戶外部因素的動態(tài)失調也是由電動溫控閥承擔的，因此也在一定程度上增加了電動溫控閥工作狀態(tài)的不穩(wěn)定性。因此，該方案與第2種方案相比，第2種方案是更可取的水力平衡解決方案。
03結語
在同一個集中供熱管網(wǎng)中，靜態(tài)水力失調和動態(tài)水力失調同時存在。“僅在用戶末端設置電動溫控閥同時解決靜態(tài)失調和動態(tài)失調”的技術方案是不合理的。平衡方案須考慮平衡設施工作穩(wěn)定性和使用壽命問題。
文獻轉載：河南理工大學 徐文忠 教 授 著
01水力失調的產(chǎn)生原因
集中供熱系統(tǒng)的水力失調包括靜態(tài)水力失調和動態(tài)水力失調兩種類型。
（1） 靜態(tài)水力失調
假定一個供熱系統(tǒng)包括多個并聯(lián)用戶，每個用戶所需流量可按其各自的熱負荷 ，利用公式G=0.86*Q/Δt計算得到；而每個熱用戶的實際流量則是由各自的資用壓力（差）Δp和各用戶支路的實際阻抗值S確定的，可用公式G′=(ΔP/S)¹/²計算得到。
實際工程中，由于各用戶的資用壓力（差）ΔP和各用戶支路的阻抗值S并不都是匹配的，因而其通過的實際流量與根據(jù)熱負荷計算出所需流量往往是不一致的。離熱源近的用戶可能會由于資用壓力（差）ΔP偏大或阻抗值S相對偏小，實際流量大于所需流量；而離熱源遠的用戶則可能出現(xiàn)相反的情況。這種由各用戶的資用壓力（差）ΔP和各用戶支路的阻抗值S不匹配導致的、各用戶實際通過的流量與實際需要的流量不一致的現(xiàn)象就是靜態(tài)水力失調。
（2） 動態(tài)水力失調
假定一個供熱系統(tǒng)包括多個并聯(lián)用戶。調整某一用戶支路上的閥門，與該用戶并聯(lián)的其它用戶雖未進行調節(jié)，其流量也會或多或少地發(fā)生相應變化，從而使得用戶通過的實際流量和需要的流量不一致，就是動態(tài)失調現(xiàn)象。
造成動態(tài)失調的內在原因是，由于整個供熱系統(tǒng)是一個相互連通的同一整體，任何一處的閥門開度變化（自動或手動），都會對該處的壓力狀態(tài)產(chǎn)生一個改變。這個改變會以壓力波的形式以聲速（壓力波以聲速傳播，在水中1000m/s以上）向系統(tǒng)的其它各處傳遞，從而導致未進行閥門調節(jié)的并聯(lián)用戶的資用壓力（差）ΔP和實際流量發(fā)生相應變化。
02全 面水力平衡措施
雖然靜態(tài)失調和動態(tài)失調產(chǎn)生的原因及存在的形式不同，但它們往往共存于同一個管網(wǎng)系統(tǒng)中，對系統(tǒng)的總體水力失調狀況產(chǎn)生相互疊加的影響。因此，應采取相應措施予以消去。工程中采用以下水力平衡措施，可以較好解決集中供熱系統(tǒng)靜態(tài)失調和動態(tài)失調的問題。
（1） 設置自力式動態(tài)平衡閥
靜態(tài)失調和動態(tài)失調，雖然產(chǎn)生的原因不同，但在本質上是一致的，都是用戶支路阻抗值S與作用在該用戶的資用壓力（差）ΔP不匹配造成的；解決措施在本質上也是一致的，都是通過改變用戶支路阻抗值S，實現(xiàn)運行流量與所需流量相一致；而自力式的動態(tài)平衡閥，則能根據(jù)設定的流體參數(shù)，自動地調整自身的閥門的開度以改變支路的阻抗，從而克服靜態(tài)失調和動態(tài)失調現(xiàn)象。
因此，采用自力式的動態(tài)平衡閥，不僅可以解決動態(tài)失調，也能同時解決靜態(tài)失調問題。而且，采用自力式動態(tài)平衡閥解決靜態(tài)失調問題還有一個很重要的優(yōu)點，是自力式動態(tài)平衡閥的平衡操作方法簡單，只需在運行前對調節(jié)閥的運行參數(shù)進行設置，運行中無需進行其它操作，即可保證調節(jié)支路參數(shù)動態(tài)穩(wěn)定；而靜態(tài)平衡閥的平衡過程中，定量調節(jié)往往需要復雜的計算，定性調節(jié)則需要反復調節(jié)和測量，對技術人員素質有較高要求。
采用自力式動態(tài)平衡閥同時解決靜態(tài)失調和動態(tài)失調，一般情況下，對于定流量質調節(jié)系統(tǒng)，應采用自力式流量控制閥；而對于以用戶為主動的變流量系統(tǒng)，則應采用自力式的壓差控制閥。在使用過程中，若出現(xiàn)自力式控制閥所在支路資用壓力過高，導致其工作開度過小、過流量及工況不穩(wěn)定等情況，則宜在該支路上串聯(lián)以靜態(tài)平衡閥消耗部分資用壓力，從而保證自力式控制閥處于較穩(wěn)定的開度調節(jié)區(qū)間。
（2） 設置自力式壓差閥+電動溫控閥
近今年來，集中供熱系統(tǒng)的“智慧化”建設和改造得到了快速發(fā)展。電動溫控閥作為一種“智慧化”過程中不可或缺的水力平衡自動控制設備得到了較廣泛應用。但從應用情況看，較多系統(tǒng)采用了“僅在用戶端設置電動溫控閥同時解決靜態(tài)失調和動態(tài)失調”的不合理的平衡措施。這種設置方式的不合理性主要表現(xiàn)在以下兩個方面:
其一，在靜態(tài)失調比較嚴重的情況下，常常會出現(xiàn)以下問題：近端用戶由于資用壓力過大，電動溫控閥在小開度和完全關閉兩種狀態(tài)來回切換，導致電池耗電量劇增，執(zhí)行器疲勞損壞，使用壽命縮短；中間用戶電動溫控閥調整幅度大，動作頻率高（甚至始終處于動作狀態(tài)）；而遠端用戶則由于資用壓差過小，動態(tài)閥即使在大開度狀態(tài)，也不能滿足流量要求，因而導致調節(jié)功能失效。
其二，目前采用的電動溫控閥，多數(shù)是根據(jù)溫度（室溫或回水溫度），以離散的數(shù)字變量進行控制的，屬于典型的反饋自控模式。在這個過程中，某一閥門的開度變化，瞬間就會引起其他未調整用戶的流量變化（壓力波以聲速傳播，在水中1000m/s以上）;但由于傳熱過程具有滯后性，整個系統(tǒng)由流量引起的溫度波動往往需要很長時間才能達到穩(wěn)定（甚至數(shù)小時以上）。因此，由此引起的整個系統(tǒng)動態(tài)平衡調節(jié)過程，需要持續(xù)更長時間才能完成。這種情況下，很可能上次擾動引起的平衡過程尚未完成，而后續(xù)擾動可能又引起新的平衡過程，從而導致系統(tǒng)的電動溫控閥始終處于調整或待調整的過程中。對于規(guī)模較大的管網(wǎng)，這種現(xiàn)象可能會更加明顯。
而采用“自力式壓差閥+電動溫控閥”的水力平衡方案，可完全避免上述問題的發(fā)生。同力自控閥門有限公司的一位技術人員曾跟我交流過這樣一個例子：供熱系統(tǒng)若只在用戶支路設置電動溫控閥，電動溫控閥的動作頻率大約在每小時10~12次以上；在該支路上加裝自力式壓差閥并其壓差設定在合理的一定范圍，則電動溫控閥的動作頻率可以降至每小時1~2次；而且，電動溫控閥的開度區(qū)間也存在大幅度減小。顯然，自力式壓差閥為電動溫控閥的正常、可靠、穩(wěn)定工作創(chuàng)造良好的工作條件。自力式壓差閥在此起兩方面的作用，一是解決全 網(wǎng)的靜態(tài)失調，二是解決用戶外部動態(tài)因素引起的動態(tài)失調；電動溫控閥則主要解決用戶內部動態(tài)因素引起的動態(tài)失調。
（3）設置靜態(tài)平衡閥+電動溫控閥
采用“靜態(tài)平衡閥+電動溫控閥”的平衡方案，也可以在一定程度上緩和電動溫控閥工作狀態(tài)不穩(wěn)定的問題。在該方案中，靜態(tài)平衡閥應解決全部靜態(tài)失調問題，電動溫控閥則解決全部動態(tài)因素引起的失調問題。
該方案與“自力式壓差閥+電動溫控閥”的水力平衡方案相比較而言，靜態(tài)平衡閥的平衡調節(jié)過程較復雜，若不能完全解決靜態(tài)失調，則靜態(tài)失調中沒有解決的部分則將由電動溫控閥承擔，從而可能導致電動溫控閥動作頻率提高和開度區(qū)間加大，進而導致壽命縮短和部件疲勞損壞等問題；同時，由于在該方案中，由用戶外部因素的動態(tài)失調也是由電動溫控閥承擔的，因此也在一定程度上增加了電動溫控閥工作狀態(tài)的不穩(wěn)定性。因此，該方案與第2種方案相比，第2種方案是更可取的水力平衡解決方案。
03結語
在同一個集中供熱管網(wǎng)中，靜態(tài)水力失調和動態(tài)水力失調同時存在。“僅在用戶末端設置電動溫控閥同時解決靜態(tài)失調和動態(tài)失調”的技術方案是不合理的。平衡方案須考慮平衡設施工作穩(wěn)定性和使用壽命問題。
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