集中供热系统普遍存在水力失调问题，在实际运行中各热用户单位供暖面积供热介质流量与设计流量不符，导致近热远冷的热力失调现象。为解决水力失调问题，供热单位往往采取大流量、小温差的运行方式，从而导致供热系统造价升高，运行费用增大，能源浪费严重^[1]。由于大流量运行能掩盖局部水力失调带来的问题，因此设计、运行管理人员都默认了这种既不合理又不经济的运行方式。按设计要求，一般住宅建筑的单位供暖面积供热介质体积流量为2~3L/（m².h），但实际运行中已达到4~5L/（m^2.h）。设计供、回水温差为25℃，但大多数供热系统仅为5~10℃。因此，有必要采取措施消除供热系统水力失调，其中在供热管道上设置流量调节元件是措施。本文对自力式流量控制阀控制流量的理论依据、结构及工作原理进行分析。

      1 流量调节元件

     *初的水力调节使用调节性能很差的闸阀或截止阀进行经验调节，收效甚微。随后出现了在供热管道上加设调压孔板的调节方法，但调压孔板的规格繁多，须经常更换，而且调节精度不高。近年来，国内研制了一种调节元件——自力式流量控制阀。自力式流量控制阀是一种不需外加动力即可自动消除供热系统剩余压头，并使供热介质流量恒定的装置^[2~4]。自力式流量控制阀的初始设定极为方便，只需根据供热介质设计流量，使用专用工具旋转流量设定调节阀，使流量刻度与设计流量值相同即可。一经设定，自力式流量控制阀不受供热介质压力或热负荷变化的影响，可始终保持初设值。自力式流量控制阀的性能稳定，实际运行中供热系统水力失调度的变化范围为0.9~1.1。

      2 理论依据

     孔板节流原理是自力式流量控制阀使流量恒定的理论依据。通过孔板孔口的供热介质体积流量计算式为：

                       （1）

     式中q_v——通过孔板孔口的供热介质体积流量，m³/s
            d_h——孔口直径，m
            △p—孔口前后供热介质压力差，Pa
            ρ——供热介质密度，kg/m³
            d_p—— 供热管道直径，m

     由式（1）可知，当供热管道直径d_p、孔口前后供热介质压力差△p不变时，供热介质体积流量q_v与孔口直径d_h有关。自力式流量控制阀就是将孔口直径d_h可任意调节的孔板，安装在能自动消除供热系统剩余压头的装置内，利用压力差为动力，自动使供热介质流量恒定的一种调节元件。

      3 结构及工作原理

      3.1 结构

     自力式流量控制阀结构见图1。

     由图1可知，自力式流量控制阀由1个流量设定调节阀（手动调节孔板）与由2个自动阀瓣及弹簧、膜片等组成的自动调节阀（自动调节孔板）组成。

      3.2 工作原理

     孔口前后供热介质压力差的计算式为：

     △P=Sq²_v               （2）

     式中：S——孔板阻力数，Pa.h²/m⁶

     由式（2）可知，当手动调节孔板两端的压力差与孔板的阻力数恒定时，通过该孔板的供热介质体积流量为恒定值。当自动调节孔板两端的压力差与孔板的阻力数成等比变化时，通过自动调节孔板的供热介质体积流量为恒定值。将手动、自动调节孔板结合在一起，从而实现了自动恒定供热介质流量。

     若供热系统中供水压力提高，自力式流量控制阀两端的压力差（P_i-P₀）增大，由于手动调节孔板定位后阻力数不变，而膜片前后压力差（P-P₀）也增大，从而克服弹簧的弹力，带动自动阀瓣上移，缩小流通面积，直到膜片受力平衡为止，这时膜片前后压力差（P-P₀）又恢复至设定值，供热介质流量也恢复到初设值。

     供热系统是复杂的水力系统，各环路间水力工况的变化相互影响、相互制约。只要有1个热用户供热介质流量发生变化，就会引起其他热用户供热介质流量发生改变，因此使用手动调节阀调节流量已不能适应各环路间水力工况的变化。自力式流量控制阀除了有恒定流量的功能外，更重要的是有自动消除供热系统剩余压头的功能，可在复杂的供热系统中，实现一次设定后便保持供热介质流量恒定不变的效果。即使在供热介质压力或热用户用热情况频繁变化时，也能恒定供热介质流量，从而解决了供热系统水力失调问题。

      4 结语

     实践证明，安装自力式流量控制阀后，供热系统水力工况稳定，热尽其用，因此安装自力式流量控制阀是一项很好的节能措施。

      参考文献：

     [1]包敦岩王晓东供热系统的热力平衡及水力调节[J].煤气与热力，2005，25（10）：24~27
     [2]陶建党李建民自力式流量控制阀在二级热网应用的效益分析[J].煤气与热力2002，22（4）：340~341
     [3]黄普.自力式压差控制阀使用的探讨[J].煤气与热力，2002，22（5）：459~461.
      [4]魏一然.热计量供暖系统节能控制的探讨[J].煤气与热力，2002，22（6）：507~509

原创作者：上海艾迪尔自控仪表有限公司