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| 平衡閥 |
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平衡閥是一種特殊功能的閥門，閥門本身無特殊之處，只在於使用功能和場所有區別。 在某些行業中，由於介質（各類可流動的物質）在管道或容器的各個部分存在較大的壓力差或流量差，為減小或平衡該差值，在相應的管道或容器之間安設閥門，用以調節兩側壓力的相對平衡，或通過分流的方法達到流量的平衡，該閥門就叫平衡閥。
目錄
基本內容
中文名：平衡閥
作用：在水力工況下動態、靜態平衡調節
特殊功能：數字鎖定
定義
平衡閥是在水力工況下，起到動態、靜態平衡調節的閥門。平衡閥可分為三種類型：靜態平衡閥、動態平衡閥及壓差無關型平衡閥。靜態平衡 閥亦稱平衡閥、手動平衡閥、數字鎖定平衡閥、雙位調節閥等，它是通過改變閥芯與閥座的間隙（開度），調整閥門的Kv（閥門流通能力）來改變流經閥門的流動阻力以達到調節流量的目的，其作用對象是系統的阻力，消除系統中阻力不平衡的現象，從而能夠將新的水量按照設計計算的比例平衡分配，各支路同時按比例增減。靜態平衡閥在系統中應用場合可以在：總管、立管、水平支管以及末端等使用，效果等同於同程管。
動態平衡閥分為動態流量平衡閥，動態壓差平衡閥。動態流量平衡閥亦稱：限流閥、定流量閥、自動平衡閥等，它是根據系統工況（壓差）變動而自動變化阻力係數，在一定的壓差範圍內，可以有效地控制使通過的流量保持一個常值，即當閥門前後的壓差增大時，通過閥門的自動關小的動作能夠保持流量不增大，反之，當壓差減小時，閥門自動開大，流量仍然保持恆定，但是，當壓差小於或大於閥門的正常工作範圍時，它不能提供額外的壓力，此時閥門打到全開或全關位置流量仍然比設定流量低或高不能控制。通常動態流量平衡閥應用於定流量系統或應用於一次側定頻的主機出口處。 動態壓差平衡閥，亦稱自力式壓差控制閥、差壓控制器、穩壓變量同步器、壓差平衡閥等，它是用壓差作用來調節閥門的開度，利用閥芯的壓降變化來彌補管路阻力的變化，從而使在工況變化時能保持壓差基本不變，它的原理是在一定的流量範圍內，可以有效地控制被控系統的壓差恆定，即當系統的壓差增大時，通過閥門的自動關小動作，它能保證被控系統壓差增大反之，當壓差減小時，閥門自動開大，壓差仍保持恆定。 自力自身壓差控制閥，在控制範圍內自動閥塞為關閉狀態，閥門兩端壓差超過預設定值，閥塞自動打開並在感壓膜作用下自動調節開度，保持閥門兩端壓差相對恆定。動態壓差平衡閥通常與靜態平衡閥配套使用，由於動態壓差平衡閥不可直接測得管路中流量，需靜態平衡閥配合才能精確調試。
主要原理
平衡閥是一種具有數字鎖定特殊功能的調節型閥門，採用直流型閥體結構，具有更好的等百分比流量特性，能夠合理地分配流量，有效地解決供熱（空調）系統中存在的室溫冷熱不均問題。同時能準確地調節壓降和流量，用以改善管網系統中液體流動狀態，達到管網液體平衡和節約能源的目的。閥門設有開啟度指示、開度鎖定裝置及用於流量測定的測壓小閥，只要在各支路及用戶入口裝上適當規格的平衡閥，並用專用智能儀表進行一次性調試後鎖定，將系統的總水量控制在合理的範圍內、從而克服了「大流量，小溫差」的不合理現象。平衡閥既可安裝在供水管上，也可以安裝在回水管上，一般要安裝在回水管上，尤其對於高溫環路，為方便調試，更要裝在回水管上，安裝了平衡閥的供（回）水管不必再設截止閥。在管道系統中安裝平衡閥，通過對其的調節來改變系統管道特性阻力數比值，達到與設計要求一致。系統調試合格後，不存在靜態水力失衡問題。調試合格的系統如處於部分負荷運行狀態，在總流量減少時由平衡閥所調節的各分支管道會自動同比減少流量，但各分支管道所設定的流量比值不變。
實際應用
當系統的運行調節採用集中量調節（比如水泵的變速調節等）時，不能採用平衡閥和自力式壓差平衡閥。因為這種調節是通過改變水量實現的，因而調節時改變了系統的水力工況，所以若採用平衡閥，勢必造成有的閥能正常工作，但系統流量過大（超過此時的熱負荷所對應的流量），有的閥全開仍達不到流量要求，有的閥因兩端壓差達不到啟動壓差而不能正常工作，即出現流量分配的混亂。顯然，由於平衡閥的存在而造成了系統集中調節不能實現。這時若採用手動調節閥，則系統總流量增減時，各支路、各用戶的流量可以同比例增減，即系統的集中調節可以傳達至每一個末端裝置。當系統的運行調節為質調節時，可以採用平衡閥和自力式壓差平衡閥，因為這種調節方式只改變供水溫度，而與系統的水力工況無關，即在不改變系統的水力工況的情況下，把調節傳達到每個用戶和設備。採用平衡閥，可以吸收網路的壓力波動，維持被控負載的流量恆定。採用平衡閥可以吸收網路的壓力波動，以及克服內擾（被控環路內部的阻力變化），以維持施加於被控環路上壓差恆定。當系統採用分階段改變流量的質調節時，雖然每個階段流量不變。但若採用平衡閥，每個流量階段要對控制流量或控制壓差進行設定，給運行管理帶來很大不便，所以不宜採用。
性能特點
1、理想的調節性能；2、優秀的截止功能；
3、精確到1/10圈的開啟狀態顯示；
4、理論流量特性曲線為等百分比特性曲線；
5、國家專利型啟閉鎖定裝置；
6、對應每個整圈都有因定的流量係數，調試中只要測量出閥門兩端壓差，就可以方便計算出流經閥門的流量；
7、聚四氟乙烯和硅膠密封，密封性能可靠；
8、內部元件採用YICr18Ni9或銅合金製造，抗腐蝕能力強，使用壽命長；
9、內升降閥杆，無須預留操作空間。
10、它是一種組合閥。
其中的ZLF自力式平衡閥是一種利用介質本身的壓力變化來進行自我調控，從而保持流經該被控系統的流量不變的閥門，具有流量指示，可在線調節，適用於供熱及空調系統等非腐蝕性介質。運行前一次性測試調節，可使系統流量自動互定在預先設置的設定直，該閥門流量調節準確，操作簡單，運行平穩，性能可靠，使用壽命長。
主要特點
(1)直線型流量特性即在閥門前後壓差不變情況下，流量與開度大體上成線性關係；(2)有精確的開度指示(3)有開度鎖定裝置非管理人員不能隨便改變開度；表連接，可方便地顯示閥門前後的壓差及流經閥門的流量。儘管平衡閥具有很多優點，但它在空調水系統的應用還存在不少問題。如果這些問題解決不好，平衡閥的特點並不能充分顯現出來。平衡閥的作用是為了調節系統內，各個分配點的（如每一個樓座）的預定流量。每一座樓的入口處都安裝平衡閥，可以使供暖系統的總流量得到合理分配。
原理
平衡閥的原理是閥體內的反調節，當入口處壓力加大時，自動減小通徑，減少流量的變化，反之亦然。如果反接，這套調節系統就不起作用。而且起調節作用的閥片，是有方向性的，反向的壓力甚至可以減少甚至封閉流量。 既然安裝平衡閥是為了更好的供暖，就不存在反裝的問題。如果是反裝，就是人為的錯誤，當然就會糾正。平衡閥屬於調節閥範疇，它的工作原理是通過改變閥芯與閥座的間隙（即開度），改變流體流經閥門的流通阻力，達到調節流量的目的。
閥門係數
Kv為平衡閥的閥門係數。它的定義是：當平衡閥前後差壓為1bar（約1kgf/cm2）時，流經平衡閥的流量值（m/h）。平衡閥全開時的閥門係數相當於普通閥門的流通能力。如果平衡閥開度不變，則閥門係數Kv不變，也就是說閥門係數Kv由開度而定。通過實測獲得不同開度下的閥門係數，平衡閥就可做為定量調節流量的節流件。在管網平衡調試時，用軟管將被調試的平衡閥的測壓小閥與專用智能儀表連接，儀表可顯示出流經閥門的流量值（及壓降值），經與儀表人機對話，向儀表輸入該平衡閥處要求的流量值後，儀表通過計算、分析、得出管路系統達到水力平衡時該閥門的開度值。平衡閥屬於調節閥範疇，它的工作原理是通過改變閥芯與閥座的間隙，變流體流經閥門的流通阻力，達到調節流量的目的。1.不應隨意變動平衡閥開度管網系統安裝完畢，並具備測試條件後，使用專用智能儀表對全部平衡閥進行調試整定，並將各閥門開度鎖定，使管網實現水力工況平衡。在管網系統正常運行過程中，不應隨意變動平衡閥的開度，特別是不應變動開度鎖定裝置。2.不必再安裝截止閥。在檢修某一環路時，可將該環路上的平衡閥關閉，此時平衡閥起到截止閥截斷水流的作用，檢修完畢後再回復到原來鎖定的位置。因此安裝了平衡閥，就不必再安裝截止閥。 3.系統增設（或取消）環路時應重新調試整定在管網系統中增設（或取消）環路時，除應增加（或關閉）相應的平衡閥之外，原則上所有新設的平衡閥及原有系統環路中的平衡閥均應重新調試整定（原環路中支管平衡閥不必重新調整）。在空調及採暖系統中，作為輸配能量的水循環系統的水力平衡是非常重要的。一個平衡的水力系統是滿足用戶需求、節約運行能耗的基礎。 在空調及採暖系統中，冷（熱）媒由閉式管路系統輸配到各用戶。對於一個設計優良的管網系統，各用戶在末端控制閥（電控閥、溫控閥等）的開度為100%時應該均能獲得設計水量，而各用戶在末端控制閥的開度改變時既可得到所需的流量又互不干擾。這樣的水系統是一個水力平衡的系統，否則就是水力不平衡系統，水力不平衡又稱水力失調。這種水力失調是隨機變化的、動態的。這種失調現象靜態平衡閥無法解決，只能用動態平衡閥來解決。
調節原理
平衡閥相當於一個局部阻力可以改變的節流元件，對不可壓縮流體，由流量方程式可得：式中：Q－－流經平衡閥的流量 ξ－－平衡閥的阻力係數 P1－－閥前壓力P2－－閥後壓力 F－－平衡閥接管截面積 ρ－－流體的密度由上式可以看出，當F一定（即對某一型號的平衡閥），閥門前後壓降P1-P2不變時，流量Q僅受平衡閥阻力影響而變化。ξ增大（閥門關小時），Q減小；反之，ξ減小（閥門開大時），Q增大。平衡閥就是以改變閥芯的開度來改變阻力係數，達到調節流量的目的。靜態平衡閥的使用場合靜態平衡閥操作複雜，調節時需配備智能儀表，即使有專業的技術人員用戶流量的藕合現象也很難使用戶[1]
達到平衡狀態。利用閥門KV值及閥門曲線來確定閥門開度的方靜態平衡閥是常用的老水力平衡產品，它適合以熱源為主變流量的系統。調節時各用戶間流量相互藕合作用，真正的把龐大的熱用戶調節平衡是很難實現的。
分類
1，動態平衡閥(原理是使末端流量不會因為管網壓力波動受影響，適用於異程管路，變流量水系統）（1）動態平衡電動調節閥〔空調箱、新風機組用〕在一個閥體上實現動態流量平衡和比例積分調節同步的功能。可根據水溫自動進行季節轉換，保持冬夏兩季的水力平衡。（2）動態平衡電動二通閥（風機盤管用）在一個閥體上實現電動二通閥和動態平衡同步的功能，以保證風機盤管的用水量穩定。進入盤管水流量的變化只與溫度有關而與系統壓力變化無關。（3）動態壓差平衡閥（分集水器間用）具備保持系統供回水間壓差穩定的功能。當供回水壓差超過設定值時，閥門開始工作調節，直至供回水的壓差穩定在設定值狀態下2，靜態平衡閥是早前主流的設計方案，因為那時候水系統大多都是同程管路，而且是定流量的水系統，所以用靜態平衡閥。
作用
平衡閥是一種特殊功能的閥門，有定量的測量功能和調節功能，系統調試時，調試人員通過與專用智能儀表人機對話，對平衡閥進行調整，即可實現系統的水力平衡。它具有良好的流量調節特性，相對流量與相對開度呈線性關係。有精確的閥門開度指示，最小讀數為閥門全開度的1℅。有可靠的開度鎖定記憶裝置，閥門開度變動後可恢復至原鎖定位置。有截止功能，安裝了平衡閥就不必再安裝截止閥。
優點
方便使用∶工程施工較為靈活，工程安裝分期完工或設備分期使用都不會影響水系統平衡；方便更改∶當某些區域的水系統需要重新設計時，不會影響其它區域的水系統設計和平衡；減少耗電量∶由於整個水系統得到平衡，保證制冷機組（鍋爐、換熱器）及水泵以最佳的工作狀態運行，具有明顯的節能效果；降低磨損和減少浪費∶由於保證水流量不會超過原來設計，保障所有設備的耐用性，避免流量過大而造成的銅管損耗；提高安全性∶由於水系統的流量平衡是自動進行，杜絕了人為破壞性調節的可能性。對設計人員而言∶減小的工作量，更靈活減輕了工作量∶無需對整個管道進行繁瑣的阻力計算，加快設計速度；可以大膽使用異程式系統∶節省管材、相應材料及安裝費用，把平衡水力系統的工作交給動態流量平衡閥來完成；可以避免因水系統不平衡帶來的其他許多麻煩。
安裝
平衡閥的安裝
1)、取掉法蘭端兩邊的保護蓋，在閥完全打開的狀態下進行沖洗清潔。
2)、帶執行機構平衡閥安裝前應按規定的信號（電或氣）進行整機測試（防止因運輸產生振動影響使用性能），合格後方可上線安裝（接線按電動執行機構線路圖）。
3)、準備與管道連接前，須沖洗和清除乾淨管道中殘存的雜質（這些物質可能會損壞閥座和球芯）。
4)、在安裝期間，請不要用閥的執行機構部分作為起重的吊裝點，以避免損壞執行機構及附件。
5)、本類閥應安裝在管道的水平方向或垂直方向。
6)、安裝點附近的管道不可有低垂或者承受外力的現象，可以用管道支架或者支撐物來消除管線的偏離。
7)、與管道連接後，請用規定的扭矩交叉鎖緊法蘭連接螺栓。
平衡閥的主要特點是本身結構緊湊，密封可靠，結構簡單，密封面與球面常在閉合狀態，不易被介質沖蝕，易於操作和維護，適用於水、溶劑、酸和天然氣等一般工作介質，而且還適用於工作條件惡劣的介質，如氧氣、過氧化氫、甲烷和乙烯等，在各行業得到廣泛的應用。平衡閥閥體可以是整體的，也可以是組合式的。平衡閥工作原理:平衡閥只需要用旋轉90度的操作和很小的轉動力矩就能達到接通或切斷管道的介質。
應用分析
一、平衡閥
平衡閥正確地理解應為水力工況平衡用閥。從這一觀念出發一切用於水力工況平衡的閥門如調節閥、減壓閥、自力式流量控制閥、自力式壓差控制閥都應看成水力工況平衡用閥——平衡閥。而市場上稱為平衡閥的產品，僅是附加了流量測試功能的一種手動調節閥。靜態平衡閥是指手動調節閥或手動平衡閥。動態平衡閥是指自力式流量控制閥和自力式壓差控制閥。自力式流量控制閥也曾稱作自力式流量控制器、自力式平衡閥。自力式壓差控制閥在北歐也稱為Automotic Balamce Valve即自動平衡閥。[1]
二、水力工況和水力工況平衡
一般地說供熱、空調的管網都是閉路循環的管網，其水力工況是指系統各點的壓力，各管段的流量、壓差。由公式△P=SG2△P——壓差或稱阻力損失S——管段或系統的阻力係數G——管段或系統的流量可知，流量和壓力是相關參數，流量和壓力的調控互為手段和目的。減壓手段是減少上游管路的流量；減少流量也必湎是減少管路前點的壓力或增加管路後點的壓力。流量變化必然導致壓力的變化；S值不變的系統，壓差的變化必然起因於流量的改變。因此說沒有一種不影響壓力的流量控制閥，也沒有一種不影響流量的壓力控制閥。水力工況平衡是指流理的合理分配。在供熱和空調管網中，水是熱載體介質，水流量的合理分配是熱力工況平衡的基礎。以供熱系統為例，設計者在進行水力工況計算時在各分支流量為設計值的假想情況下進行的。由於管材及最高流速成的限制，設計上實現水力平衡幾乎是不可能的。這樣勢必造成近端阻力係數不能達到設計理想狀態，形成近端流量過大，遠端流量不足的失調現象。由於水力工況設計成了一個設計水壓圖，而實際運行時這一水壓圖必須由閥門平衡調節而形成。用閥門調節水力工況的過程是建立合理水壓圖的過程，在設計合理的情況下，這兩個水壓圖會會合得很好。由於運行水力工況是水泵的工作曲線與外網特性曲線交點形成的。對於外網特性曲線△P=SG2，由於並聯的近端支路S值會小於設計值，造成總S值遠小於設計值，循環水泵在小揚程大流量工況下運行，使水泵在大軸功率，低效率點運行。嚴重時可能出現軸功率大於電機銘牌功率，電機超額定電流，直至燒電機事故發生。調網的過程就是用平衡閥增加近端阻力，使近端支路S值增大至設計值，總S值增大至設計值。使遠近流量分配均勻合理，循環水泵在設計工況下運行，達到節熱、節電，提高供熱質量的目的。運行崗們工作者常對一些水力工況失衡現象形成誤解：（1）水泵出力不足，水泵實際揚程小於銘牌揚程，導致辭末端過不去水。實際上是由於近端支線阻力小、流量大，造成遠端流量小，水泵工作點偏移在大流量、小揚程、低效率的工作點。（2）鍋爐或換熱器阻力大，所有鍋爐或換熱器廠商標稱阻力都遠小於實際阻力。實際上總循環水量的加大必然導致辭鍋爐換熱器等阻力加大。水流量增大40%，阻力增加100%。（3）鍋爐出力不足,實際上流量加大後供回水溫差不可能更大。當然煤質和風系統不正常也可能造成鍋爐出力問題。
三、調網水壓圖分析和平衡閥的安裝位置
調網的過程是利用平衡閥使各分支達到合理流量的過程。近端資用壓頭大於用戶需用壓頭必然導致流量過大。必須用閥門消耗富裕壓頭富裕壓頭=資用壓頭-需用壓頭），如果用戶供水管安裝平衡閥調網，則P3近似等於P4，P2壓力線如圖三所示，近乎平行P4。如果用戶回水管安裝平衡閥調網，則P2近似等於P1，P3壓力線近乎平行P1。戶內實際供水壓力為P2，回水壓力為P3。如果壓力過低會導致運行倒空，壓力過高導致耐壓等級較低的元件（如散熱器）的壓力破壞。因此對地形高差大的管網應按上述因素考慮平衡閥的安裝位置。即在地形低洼處樓群平衡閥宜安裝於供水，以保證戶內不起壓；在地形較高位置平衡閥宜安裝於回水，以保證用戶不倒空。對於大型直聯管網，如電廠凝汽供熱管網，供熱半徑很大，外網供回水壓差很大，因此對平衡閥安裝位置應作特殊考慮。煙臺某電廠凝汽供管網外網供回水壓差52米水柱，考慮散熱器耐壓能力，末端回水壓力設定為0.35MPa（35米水柱），前端回水壓力僅為0.1MPa（10米水柱），而前端供水壓力高達0.62MPa（62米水柱），如果平衡閥安裝在回水管上，被控用戶的回水壓力P3可能接近0.6MPa，必將造成散熱器的壓力破壞；如果平衡閥安裝於供水管上，近端用戶的供水壓力P2隻有十幾米水柱必然導致運行倒空。因此從設計上應採取供回水都安裝平衡閥的方案，形成圖四的水壓圖。具體作法是入戶口供水管安裝自力式流量控制閥，在地形高差不超出10米的建築群的分支回水管上安裝手動的平衡閥。這裡自力式流量控制閥負責控制分配流量；手動平衡閥調整壓力，使閥前壓力達到0.25MPa的滿水運行工況。自力式流量控制閥只依據流量大小「肓目」控制壓力，如果安裝回水管上，不待手動調整壓力，已經出現壓力破壞事故。自力閥安裝在供水未手動調整壓力時，可能出現運行倒空而影響供熱效果，不可能發生事故。
四、用戶主動變流量和熱源主動變流量的概念
對於供熱系統在傳統的供熱體制下是一種平均分配的供熱模式，這種供熱模式一般採取定流量的質調節供熱方式。也有少數大型管網出於節約運行電能的目的，採取質量並調方式。但在平均代熱的前提下，流理的變化僅決定於室外氣溫變化，因此其控制方式，僅考慮採用室外溫度單一參數控制熱源循環泵的轉速，實現變流量運行。這種變流量運可定義為熱源主動變流量方式。在熱計量收費的運行方式下，供熱負荷及循環水流量的變化取決於用戶需求，系統總循環流量的變化決定於用戶的變化，這種變流量機制可定義為用戶主動變流量方式。有一些業內人士提出計量收費的室內系統採用水平跨越管式系統，企圖沿用定流量方式運行，這裡估且不論水平跨越是否可實現流量運行，單就定流量運行方式浪費運行電能這一項就應予以廢止。這種計量收費流量控制方案，以下述方案為最佳可行方案：取3—5個末端供回水壓差信號為熱循環流量的控制信號，當全部壓差信號都大於設定值時循環水泵降低轉速，當任意一個壓差小於設定值時，循環水泵增加轉速。[1]