集中供熱系統普遍存在水力失調問題，在實際運行中各熱用戶單位供暖面積供熱介質流量與設計流量不符，導致近熱遠冷的熱力失調現象。為解決水力失調問題，供熱單位往往采取大流量、小溫差的運行方式，從而導致供熱系統造價升高，運行費用增大，能源浪費嚴重^[1]。由于大流量運行能掩蓋局部水力失調帶來的問題，因此設計、運行管理人員都默認了這種既不合理又不經濟的運行方式。按設計要求，一般住宅建筑的單位供暖面積供熱介質體積流量為2~3L/（m².h），但實際運行中已達到4~5L/（m^2.h）。設計供、回水溫差為25℃，但大多數供熱系統僅為5~10℃。因此，有必要采取措施消除供熱系統水力失調，其中在供熱管道上設置流量調節元件是措施。本文對自力式流量控制閥控制流量的理論依據、結構及工作原理進行分析。

      1 流量調節元件

     *初的水力調節使用調節性能很差的閘閥或截止閥進行經驗調節，收效甚微。隨后出現了在供熱管道上加設調壓孔板的調節方法，但調壓孔板的規格繁多，須經常更換，而且調節精度不高。近年來，國內研制了一種調節元件——自力式流量控制閥。自力式流量控制閥是一種不需外加動力即可自動消除供熱系統剩余壓頭，并使供熱介質流量恒定的裝置^[2~4]。自力式流量控制閥的初始設定極為方便，只需根據供熱介質設計流量，使用專用工具旋轉流量設定調節閥，使流量刻度與設計流量值相同即可。一經設定，自力式流量控制閥不受供熱介質壓力或熱負荷變化的影響，可始終保持初設值。自力式流量控制閥的性能穩定，實際運行中供熱系統水力失調度的變化范圍為0.9~1.1。

      2 理論依據

     孔板節流原理是自力式流量控制閥使流量恒定的理論依據。通過孔板孔口的供熱介質體積流量計算式為：

                       （1）

     式中q_v——通過孔板孔口的供熱介質體積流量，m³/s
            d_h——孔口直徑，m
            △p—孔口前后供熱介質壓力差，Pa
            ρ——供熱介質密度，kg/m³
            d_p—— 供熱管道直徑，m

     由式（1）可知，當供熱管道直徑d_p、孔口前后供熱介質壓力差△p不變時，供熱介質體積流量q_v與孔口直徑d_h有關。自力式流量控制閥就是將孔口直徑d_h可任意調節的孔板，安裝在能自動消除供熱系統剩余壓頭的裝置內，利用壓力差為動力，自動使供熱介質流量恒定的一種調節元件。

      3 結構及工作原理

      3.1 結構

     自力式流量控制閥結構見圖1。

     由圖1可知，自力式流量控制閥由1個流量設定調節閥（手動調節孔板）與由2個自動閥瓣及彈簧、膜片等組成的自動調節閥（自動調節孔板）組成。

      3.2 工作原理

     孔口前后供熱介質壓力差的計算式為：

     △P=Sq²_v               （2）

     式中：S——孔板阻力數，Pa.h²/m⁶

     由式（2）可知，當手動調節孔板兩端的壓力差與孔板的阻力數恒定時，通過該孔板的供熱介質體積流量為恒定值。當自動調節孔板兩端的壓力差與孔板的阻力數成等比變化時，通過自動調節孔板的供熱介質體積流量為恒定值。將手動、自動調節孔板結合在一起，從而實現了自動恒定供熱介質流量。

     若供熱系統中供水壓力提高，自力式流量控制閥兩端的壓力差（P_i-P₀）增大，由于手動調節孔板定位后阻力數不變，而膜片前后壓力差（P-P₀）也增大，從而克服彈簧的彈力，帶動自動閥瓣上移，縮小流通面積，直到膜片受力平衡為止，這時膜片前后壓力差（P-P₀）又恢復至設定值，供熱介質流量也恢復到初設值。

     供熱系統是復雜的水力系統，各環路間水力工況的變化相互影響、相互制約。只要有1個熱用戶供熱介質流量發生變化，就會引起其他熱用戶供熱介質流量發生改變，因此使用手動調節閥調節流量已不能適應各環路間水力工況的變化。自力式流量控制閥除了有恒定流量的功能外，更重要的是有自動消除供熱系統剩余壓頭的功能，可在復雜的供熱系統中，實現一次設定后便保持供熱介質流量恒定不變的效果。即使在供熱介質壓力或熱用戶用熱情況頻繁變化時，也能恒定供熱介質流量，從而解決了供熱系統水力失調問題。

      4 結語

     實踐證明，安裝自力式流量控制閥后，供熱系統水力工況穩定，熱盡其用，因此安裝自力式流量控制閥是一項很好的節能措施。

      參考文獻：

     [1]包敦巖王曉東供熱系統的熱力平衡及水力調節[J].煤氣與熱力，2005，25（10）：24~27
     [2]陶建黨李建民自力式流量控制閥在二級熱網應用的效益分析[J].煤氣與熱力2002，22（4）：340~341
     [3]黃普.自力式壓差控制閥使用的探討[J].煤氣與熱力，2002，22（5）：459~461.
      [4]魏一然.熱計量供暖系統節能控制的探討[J].煤氣與熱力，2002，22（6）：507~509

原創作者：上海艾迪爾自控儀表有限公司