自力压差控制阀适用于变流工况分析

0 前言

在加热外网系统中，由于自力控制阀的广泛应用，有效克服了二次网络的水力失衡，使繁琐耗时的二次网络初始调节简单高效，二次网络水力失衡现象显著改善，取得了良好的经济和社会效益。

供热二次网络中使用的自动控制阀主要分为自动流量控制阀和自动压差控制阀两种。自动流量控制阀可以吸收网络的压力波动，保持被控环路的恒定流量。然而，由于它只适用于固定流量系统，一旦流量发生变化，就需要重新设置流量，这给运行管理带来了极大的不便，因此很少使用。自动压差控制阀可以在一定的流量范围内吸收网络的压力波动，克服内部干扰（被控环路内的阻力变化），保持被控环路的压差恒定，因此得到了广泛的应用。因此，可以说，自动压差控制阀适用于变流系统，但该说法并不准确。具体分析如下。

1 自力压差控制阀的工作原理

自力式压差控制阀是用压差作用来调节阀门的开度，利用阀芯的压降变化来弥补管路阻力的变化，自动消除管网的剩余压头及压力波动引起的流量变化，恒定用户进出口压差，从而使用户在工况变化时能保持压差基本不变。它的原理是在一定的流量范围内，可以有效地控制被控用户的压差恒定，即当用户的压差增大时，通过阀门的自动关小动作，它能保证被控用户压差保持恒定；反之，当用户的压差减小时，阀门自动开大，用户压差仍保持恒定。

2 自力压差控制阀不适用于以换热站为主动流量运行的热网

当水泵变频时，各等效点参数之间的关系。当水泵变频速度发生变化时，流量与速度成正比，扬程与速度平方成正比。因此，扬程与流量平方成正比。如果流量减少，扬程就会小，流量增加，扬程会变大。

图 楼栋用户与自力式压差控制阀图示

以换热站为主动流量运行时(如图1所示)，如果二次网流量减少，建筑热入口处的压差（P₁-P₂）减小被控环路的压差（P₁-P₂）当自力压差控制阀的自动阀芯也相应减小时，自力压差控制阀的自动阀芯将打开。（P₂-P₃）减小了被控环路的压差（P₁-P₂）变大，来维持被控环路的最初压差值（P₁-P₂）不变，由于自力压差控制阀的开启，近端建筑的流量增加，只影响远端建筑，使远端建筑的流量严重不足。二次网络近端建筑和远端建筑不能等同于总流量的变化，不能保持水力条件的平衡，二次网络出现动态水力紊乱。相反，当换热站循环水泵根据室外温度降低，需要增加循环水量时，建筑热入口处的压差（P₁-P₂）变大，被控环路的压差（P₁-P₂）自力式压差控制阀的自动阀芯也会相应变大，自力式压差控制阀本身的压差会被关闭。（P₂-P₃）变大，使被控环路的压差（P₁-P₂）为了保持被控环路的初始压差值（P₁-P₂）不变，由于自力压差控制阀关闭较小，无法增加被控环路的流量。因此，自力压差控制阀不适用于以换热站为主动变流量的热网。

为便于理解上述内容，可按数学公式进行（P₁-P₃）=（P₁-P₂） （P₂-P₃），简化理解为：建筑热入口处的压差（P₁-P₃）为了保持被控环路的压差（P₁-P₂）自力式压差控制阀本身的压差不变（P₂-P₃）应变小。反之，同理。

在以换热站为主动变流量运行的热网中，自力压差控制阀与水泵变频的关系是不可避免的。当水泵变频时，当流量减少时，扬程会变小，当流量增加时，扬程会变大。当换热站供应的流量（扬程）过少时，由于自力压差控制阀的作用，二次网络近端建筑和远端建筑冷热不均匀；当换热站供应的流量（扬程）过多时，由于自力压差控制阀的作用，供应的流量无法增加，换热站水泵无用，浪费能源，不符合节能要求。除非换热站水泵供应的流量只是满足用户的流量要求，但由于用户的调整，用户的流量会随时发生变化，变频水泵很难与其协调。如果换热站供应的流量（扬程）发生变化，不超过自力压差控制阀本身的调节范围，虽然节能不够，但仍能保持水力条件的平衡；如果换热站供应的流量（扬程）发生变化，超过自力压差控制阀本身的调节范围将不可避免。

3 自力压差控制阀适用于以用户为主动流量运行的热网

以用户为主动流量运行的前提，用户需要安装温度控制阀等自动控制装置，建筑热入口安装自力压差控制阀，换热站循环水泵采用变频控制。

自力压差控制阀支持被控环内部的自主调节。如图1所示，如开始时所示（P₁-P₂）此时，环路内部阻力发生变化，如支路①在这一刻，关闭P₂减小，（P₁-P₂）增大，压膜受力平衡被打破，阀瓣向下移动，阀口关闭，导致P2回到原来的大小，即（P₁-P₂）不变②它的流量G=KV（P₁-P₂），在支路①关闭前后的开度KV不变，（P₁-P₂）由于支路中自力压差控制阀的控制①如果流量在关闭前和关闭后保持不变，流量将保持不变G因此，被控环路内某一支路的流量变化不会影响其它支路。

自力压差控制阀在建筑热入口处的作用。事实上，对自力压差控制阀恒定压差的理解应该是恒定被控环路的压差（P₁-P₂），对于整个二次网系统，由于自力式压差控制阀本身的压差（P₂-P₃）建筑热入口（包括自力压差控制阀）的压差（P₁-P₃）变化，即自力压差控制阀前压差（P₁-P₂）是恒定的，阀后压差（P₁-P₃）是变化的。

自力压差控制阀与水泵变频之间的关系是以用户为主动变流量运行的热网。当用户热负荷降低，温度控制阀关闭小，被控环路阻力增加，压差增加时，自力压差控制阀也关闭小，增加自身阻力，抵消被控环路用户压差的增加，以保持被控环路压差（P₁-P₂）但此时，对于整个供热二次网系统，由于自力压差控制阀关闭较小，自力压差控制阀本身的压差（P₂-P₃）随着压差的增加，建筑热入口处(包括自力压差控制阀)的阻力增加，压差增加（P₁-P₃）它增加了，流量减少了。换热站循环水泵接到信号后，可通过变频调节减少扬程和流量，反馈给被控环路，表现为资用压力不足。此时，自力压差控制阀打开，自身阻力降低，压差降低，以补偿被控环路用户压差的变化，保持被控环路压差恒定。这种重复构成了换热站循环水泵变频-自力压差控制阀-温度控制阀的反馈控制。为防止用户流量变化，超出自力压差控制阀本身的调节范围，导致自力压差控制阀失效，可根据室外温度变化改变二次网络供水温度；根据用户流量变化，换热站收到反馈信息，水泵被动变频改变二次网络供水流量，即换热站被动质量和数量的综合调节。

自力压差控制阀特别适用于家庭测量或自动控制系统。温度控制阀安装在用户室内，自力压差控制阀安装在建筑热入口处，换热站循环水泵采用变频控制。这种以用户为主动流量的运行模式是未来的发展方向，也是最节能的。

4 结论

使用自力压差控制阀，调整对象主要是自力压差控制阀前被控环路的工况参数。以换热站为主动变流量调节时，往往不能同时考虑阀门前后管网的工况参数(不能等比变化)；当用户主动变流量调节时，换热站可以自动补偿阀门前被控环路，因此没有问题。

综上所述，自力压差控制阀不适用于以热交换站为主动流量运行的热网，适用于以用户为主动流量运行的热网。热交换站的变频泵应随着用户的热负荷而相应变化，以最节能。