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浅析流量调节阀的选型设计

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摘要：流量调节阀，在计量收费的供热系统中，占有非常重要的地位。因此，如何正确的进行流量调节阀的选型与设计，就显得特别关键！本文从流量调节阀的构造及工作原理入手，提出在调节阀的选型与设计中应注意的问题。

摘要：流量调节阀，在计量收费的供热系统中，占有非常重要的地位。因此，如何正确的进行流量调节阀的选型与设计，就显得特别关键！本文从流量调节阀的构造及工作原理入手，提出在调节阀的选型与设计中应注意的问题。在温控阀的选型设计中，在选出与管道同口径的温控阀的同时，还要给选定的温控阀造成一个理想的压差工作条件；电动调节阀是适用于计算机监控系统中进行流量调节的设备，一般多在无人值守的热力站中采用；对手动平衡法来说，如何利用阀门的特性曲线分析阀门的调节性能，如何解决阀门在小开度情况下阀门容易导致导致汽水击现象的问题；对自力式流量控制阀在设计选型时注意阀门有最小工作差的要求。
关键词：温控阀电动调节阀平衡阀差压调节阀
供热系统实行热计量收费可以节约能源，提高供热系统的能效。就目前现状而言，我国供热系统的能效只有30％左右。人们往往只注意锅炉和外网的热损失，而忽略了热用户散热损失。热用户散热损失，主要是由于冷热不均造成的，这部分热损失约为30～40％，是相当可观的的。供热系统搞计量收费，从节能的角度考虑，主要是挖掘这部分的节能潜力。

计量收费主要通过三个途径宏观节能：首先是装设了流量调节阀，实现了流量平衡，进而克服了冷热不均现象；其次是通过温控阀的作用，利用了太阳能、家电、照明等设备的自由热；第三是提高了用热居民的节能意识，减少了开窗户等的无谓散热。而这三条节能途径，其中有二条都是通过流量调节阀来实现的。可见，流量调节阀，在计量收费的供热系统中，占有何等重要的地位。因此，如何正确的进行流量调节阀的选型设计，就显得非常重要。
一、温控阀
1、散热器温控阀的构造及工作原理(1)
用户室内的温度控制是通过散热器恒温控制阀来实现的。散热器恒温控制阀是由恒温控制器流量调节阀以及一对连接件组成，其中恒温控制器的核心部件是传感器单元，即温包。温包可以感应周围环境温度的变化而产生体积变化，带动调节阀阀芯产生位移，进而调节散热器的水量来改变散热器的散热量。恒温阀设定温度可以人为调节，恒温阀会按设定要求自动控制和调节散热器的水量，从而来达到控制室内温度的目的。

温控阀一般是装在散热器前，通过自动调节流量，实现居民需要的室温。温控阀有二通温控阀和三通温控阀之分。三通温控阀主要用于带有跨越管的单管系统，其分流系数可以在0～100％的范围内变动，流量调节余地大，但价格比较贵，结构较复杂。二通温控阀有的用于双管系统，有的用于单管系统。用于双管系统的二通温控阀阻力较大；用于单管系统的阻力较小。温控阀的感温包与阀体一般组装成一个整体，感温包本身即是现场室内温度传感器。如果需要，可以采用远程温度传感器；远程温度传感器置于要求控温的房间，阀体置于供暖系统上的某一部位。

2、温控阀的选型设计

温控阀是供暖系统流量调节的最主要的调节设备，其他调节阀都是辅助设备，因此温控阀是必备的。一个供暖系统如果不设置温控阀就不能称之谓热计量收费系统。
在温控阀的设计中，正确选型十分重要。温控阀的选型目的，是根据设计流量（已知热负荷下），允许阻力降确定KV值（流量系数）；然后由KV值确定温控阀的直径（型号）。因此，设计图册或厂家样本一定要给出KV值与直径的关系，否则不便于设计人员使用。
在温控阀的选型设计中，绝不是简单挑选与管道同口径的温控阀即完事大吉。而是要在选型的过程中，给选定的温控阀造成一个理想的压差工作条件。一个温控阀通常的工作压差在2～3mH2O之间，最大不超过6～10mH2O。为此，一定要给出温控阀的预设定值的范围，以防止产生噪音，影响温控阀正常工作。当在同一KV值下，有二种以上口径的选择时，应优先选择口径小的温控阀，其目的是为了提高温控阀的调节性能。

二、电动调节阀

电动调节阀是适用于计算机监控系统中进行流量调节的设备。一般多在无人值守的热力站中采用。电动调节阀由阀体、驱动机构和变送器组成。温控阀是通过感温包进行自力式流量调节的设备，不需要外接电源；而电动调节阀一般需要单相220V电源，通常作为计算机监控系统的执行机构（调节流量）。电动调节阀或温控阀都是供热系统中流量调节的最主要的设备，其它都是其辅助设备。

三、平衡阀

平衡阀分手动平衡阀和自力式平衡阀。无论手动平衡阀还是自力式平衡阀，它们的作用都是使供热系统的近端增加阻力，限制实际运行流量不要超过设计流量；换句话说，其作用就是克服供热系统近端的多余资用压头，使电动调节阀或温控阀能在一个许可的资用压头下工作。因此，手动平衡阀和自力式平衡阀，它们都是温控阀或电动调节阀的辅助流量调节装置，但又是非常重要的，如果选型不当，或设计不合理，电动调节阀或温控阀都不能很好工作。

1、手动平衡阀

1. 1手动平衡阀的工作原理

手动平衡阀是一次性手动调节的，不能够自动地随系统工况变化而变化阻力系数，所以称静态平衡阀。手动平衡阀作用的对象是阻力，能够起到手动可调孔板的作用，来平衡管网系统的阻力，达到各个环路的阻力平衡的作用。能够解决系统的稳态失调问题：当运行工况不同于设计工况时，循环水量多于或小于设计工况，由于平衡阀平衡的是系统阻力，能够将新的水量按照设计计算的比例平衡的分配，使各个支路的流量将同时按比例增减，仍然满足当前负荷下所对应的流量要求

1. 2手动平衡阀的选型与设计中应注意的问题(2)

(1)阀门特性曲线决定了阀门的调节性能，如截止阀的流量曲线，如果认为95％～100％之间的流量变化是没有意义的，那么开度从0～5％即实现了流量的全程变化，这样的阀门是不能作为水利工况平衡调节使用的。由于阀门理论特性曲线实在顶压差下测定的，而实际工况只要阀权度不为1则阀门在小开度线阀门前后压差大，大开度是阀前后压差小，导致阀dG/dC值在小开度变大，在大开度时变小，使阀门实际工作曲线向快开方向偏移，阀权度越小其偏移越大，对于直线特性的阀门由于实际性能的偏移会导致阀门的有效调节的得开度空间变小，因此阀门的理论性曲线以下弦弧如等百分比特性为好。等百分比特性曲线阀门，在阀权度0.3～0.5时实际工作曲线可能接近直线特性。

(2)通常阀门在小开度情况下阀门的流速过高，在阀后会形成旺盛紊流的涡旋区，涡旋区和新压力很低，该处压力低于水温对应的饱和压力时水蒸气的闪发挥导致汽水击现象：严重的噪音，阀门及管道的振动，阀门、管道、管支架的破坏。防治这种事故的发生首先在阀们流道设计上考虑阀塞和阀座在小开度时形成狭长的节流通道，约束旺盛紊流涡旋的形成；其次选用阀门时尽量加大阀权度，以避免阀门在小开度下运行。另外，在不牵涉压力工况问题时尽量碱平衡阀安装在水温较低的回水管道上。
2、自力式平衡阀

2. 1自力式平衡阀工作原理

自力式平衡阀则可在没有外接电源的情况下，自动实现系统的流量平衡。自力式平衡阀是通过保持孔板（固定孔径前后压差一定而实现流量限定的，因此，也可称定流量阀。

定流量阀作用对象是流量，能够锁定流经阀门的水量，而不是针对阻力的平衡。他能够解决系统的动态失调问题：为了保持单台制冷机、锅炉、冷却塔、换热器这些设备的高效率运行，就需要控制这些设备流量固定于额定值；从系统末端来看，为了避免动态调节的相互影响，也需要在末端装置或分支处限制流量。

在设计中应注意的问题

自力式流量控制阀的缺点是在于阀门有最小工作差的要求，一般产品要求最小工作压差20KPa，如果安装在最不利回路上，势必要求循环水泵多增加2米水柱的工作扬程，所以应采取近端安装，远端不安的方法。用户离热源距离大于供热半径的80％时就不要安装这种自力式流量控制阀。

四、差压调节阀

1、差压调节阀的原理

差压调节阀的原理，本质上和自力式平衡阀是一样的。只不过自力式平衡阀中，孔板是作为一个部件存在于阀体中的；而差压调节阀中没有孔板这一部件，而是把差压调节阀后面的系统看作一个孔板，因此，调节阀的差压值实际指的是其后系统出入口压力差值。从差压调节阀的结构可以看出：这种调节阀，目的是控制其后系统出入口压力差值固定不变。基本功能是根据热用户热负荷的需求，自动调整热用户的运行流量。当一幢建筑，由于有的热用户要求室温降低，则相应房间温控阀的开度变小，导致差压调节阀的压差值变大，超过设定值，此时压差调节阀自动关小阀芯，增大节流作用，使其系统压差值减小，直至恢复为设定值。最终的效果是减少流量，适应热用户的需热要求，借以减轻温控阀的频繁操作。热用户要求提高室温时，压差调节阀的作用正好相反(3)。

2、在设计时应注意的问题

有人认为在各户内系统或立管上，都应装置压差调节阀。经过模拟计算：如果在建筑物的热入口，统一安装了平衡阀（含手动、自力式）或压差调节阀（但设计要合理），则室内温控阀在任何调节范围内，其前后压差都不会超过6～10mH2O，即温控阀都能在合理的条件下工作。因此，过多安装压差调节阀没有必要，也是不经济的。

五、循环水泵变流量运行时，流量调节阀的选择

这里主要指手动平衡阀、自力式平衡阀和压差调节阀的选择。在循环水泵变流量运行时，手动平衡阀呈等比失调，最有利于温控阀的运行；但其缺点是手工操作太多，难以实现理想调节。循环水泵变流量运行，各热用户入口最理想的设定压差值应是随室外气温变动的。对于这一点，自力式平衡阀、差压调节阀，都不够理想，但不会出现调节的失控。因此可采用这一类型的调节阀，这对提高供热系统的调节性能是有好处的。

参考文献

（1）涂光备，袁哲宁，黄保民等《供热计量技术》北京：中国建筑工业出版社，2003

（2）崔笑千《关于平衡阀的应用》中国建筑学会建筑热能动力分会第十二届学术交流大会论文集，郑州，2003

（3）施俊良《调节阀的选择》北京：中国建筑工业出版社，1986


采购前阀门选型的步骤和依据：

在流体管道系统中，阀门是控制元件，其主要作用是隔离设备和管道系统、调节流量、防止回流、调节和排泄压力。由于管道系统选择最适合的阀门显得非常重要，所以，了解阀门的特性及选择阀门的步骤和依据也变得至关重要起来。

阀门行业到目前为止，已能生产种类齐全的闸阀、截止阀、节流阀、旋塞阀、球阀、电动阀、隔膜阀、止回阀、安全阀、减压阀、蒸汽疏水阀和紧急切断阀等12大类、3000多个型号、4000多个规格的阀门产品；最高工作压力为600MPa，最大公称通径达5350mm，最高工作温度为1200℃，最低工作温度为-196℃，适用介质为水、蒸汽、油品、天然气、强腐蚀性介质（如浓硝酸、中浓度硫酸等）、易燃介质（如笨、乙烯等）、有毒介质（如硫化氢）、易爆介质及带放射性介质（金属钠、-回路纯水等）。

阀门承压件材质铸铜、铸铁、球墨铸铁、高硅铸铁、铸钢、锻钢、高、低合金钢、不锈耐酸钢、哈氏合金、因科镍尔、蒙乃尔合金、双相不锈钢、钛合金等。并且能够生产各种电动、气动、液动阀门驱动装置。面对如此众多的阀门品种和如此复杂的各种工况，要选择管道系统最适合安装的阀门产品，我以为，首先应了解阀门的特性；其次应掌握选择阀门的步骤和依据；再者应遵循选择阀门的原则。

1．阀门的特性一般有两种，使用特性和结构特性。

使用特性：它确定了阀门的主要使用性能和使用范围，属于阀门使用特性的有：阀门的类别（闭路阀门、调节阀门、安全阀门等）；产品类型（闸阀、截止阀、蝶阀、球阀等）；阀门主要零件（阀体、阀盖、阀杆、阀瓣、密封面）的材料；阀门传动方式等。结构特性：它确定了阀门的安装、维修、保养等方法的一些结构特性，属于结构特性的有：阀门的结构长度和总体高度、与管道的连接形式（法兰连接、螺纹连接、夹箍连接、外螺纹连接、焊接端连接等）；密封面的形式（镶圈、螺纹圈、堆焊、喷焊、阀体本体）；阀杆结构形式（旋转杆、升降杆）等。

2．选择阀门的步骤和依据大体如下：

⑴选择步骤

1. 明确阀门在设备或装置中的用途，确定阀门的工作条件：适用介质、工作压力、工作温度等等。

2. 确定与阀门连接管道的公称通径和连接方式：法兰、螺纹、焊接等。

3. 确定操作阀门的方式：手动、电动、电磁、气动或液动、电气联动或电液联动等。

4. 根据管线输送的介质、工作压力、工作温度确定所选阀门的壳体和内件的材料：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、碳素钢、合金钢、不锈耐酸钢、铜合金等。

5. 确定阀门的型式：闸阀、截止阀、球阀、蝶阀、节流阀、安全阀、减压阀、蒸汽疏水阀、等。

6. 确定阀门的参数：对于自动阀门，根据不同需要先确定允许流阻、排放能力、背压等，再确定管道的公称通径和阀座孔的直径。

7. 确定所选用阀门的几何参数：结构长度、法兰连接形式及尺寸、开启和关闭后阀门高度方向的尺寸、连接的螺栓孔尺寸和数量、整个阀门外型尺寸等。

8. 利用现有的资料：阀门产品目录、阀门产品样本等选择适当的阀门产品。

⑵选择阀门的依据在了解掌握选择阀门步骤的同时，还应进一步了解选择阀门的依据。

1. 所选用阀门的用途、使用工况条件和操纵控制方式。

2. 工作介质的性质：工作压力、工作温度、腐蚀性能，是否含有固体颗粒，介质是否有毒，是否是易燃、易爆介质，介质的黏度等等。

3. 对阀门流体特性的要求：流阻、排放能力、流量特性、密封等级等等。

4. 安装尺寸和外形尺寸要求：公称通径、与管道的连接方式和连接尺寸、外形尺寸或重量限制等。⑤对阀门产品的可靠性、使用寿命和电动装置的防爆性能等的附加要求。（在选定参数时应注意：如果阀门要用于控制目的，必须确定如下额外参数：操作方法、最大和最小流量要求、正常流动的压力降、关闭时的压力降、阀门的最大和最小进口压力。）根据上述选择阀门的依据和步骤，合理、正确地选择阀门时还必须对各种类型阀门的内部结构进行详细了解，以便能对优先选用的阀门做出正确的抉择。管道的最终控制是阀门。阀门启闭件控制着介质在管道内的流束方式，阀门流道的形状使阀门具备一定的流量特性，在选择管道系统最适合安装的阀门时必须考虑到这一点。

如下为选择阀门应遵循的原则：

⑴截止和开放介质用的阀门流道为直通式的阀门，其流阻较小，通常选择作为截止和开放介质用的阀门。向下闭合式阀门（截止阀、柱塞阀）由于其流道曲折，流阻比其他阀门高，故较少选用。在允许有较高流阻的场合，可选用闭合式阀门。

⑵控制流量用的阀门通常选择易于调节流量的阀门作为控制流量用。向下闭合式阀门（如截止阀）适于这一用途，因为它的阀座尺寸与关闭件的行程之间成正比关系。旋转式阀门（旋塞阀、蝶阀、球阀）和挠曲阀体式阀门（夹紧阀、隔膜阀）也可用于节流控制，但通常只能在有限的阀门口径范围内适用。闸阀是以圆盘形闸板对圆形阀座口做横切运动，它只有在接近关闭位置时，才能较好地控制流量，故通常不用于流量控制。

⑶换向分流用的阀门根据换向分流的需要，这种阀门可有三个或更多的通道。旋塞阀和球阀较适用于这一目的，因此，大部分用于换向分流的阀门都选取这类阀门中的一种。但是在有些情况下，其他类型的阀门，只要把两个或更多个阀门适当地相互连接起来，也可作换向分流用。

⑷带有悬浮颗粒的介质用阀门当介质中带有悬浮颗粒时，最适于采用其关闭件沿密封面的滑动带有擦拭作用的阀门。如果关闭件对阀座的来回运动是竖直的，那末就可能夹持颗粒，因此这种阀门除非密封面材料可以允许嵌入颗粒，否则只适用于基本清洁的介质。球阀和旋塞阀在启闭过程中对密封面均有擦拭作用，故适宜用在带有悬浮颗粒的介质中。目前，无论在石油、化工，还是在别的行业的管道系统，阀门应用、操作频率和服务千变万化，要控制或杜绝那怕是低微的泄漏，最重要、最关键的设备还数阀门。管道的最终控制是阀门，阀门在各个领域的服务和可靠表现是独一无二的。

采购后阀门检查及维修保养

阀门维修保养不及时，造成阀门失修渗漏或开关不灵;阀门未定期检修试压，甚至使用多年未进行清洗、试压和技术鉴定，致使杂物沉积于阀内，关闭不严，严重渗油、窜油;阀门检修后未关闭，或者拆除阀门后未封堵管口;阀门尘兰垫片使用了不耐油不耐压材料等。因此，要加强对阀门的检查，力争做到防患于未然。

阀门检查的主要内容：

1、阀杆动密封及法兰垫片静密封处是否渗漏
2、启闭状态是否正常

3、阀体有无损伤及渗漏等异常现象4、将平时常开或常闭的阀门转动1～2圈或做1次升降试验

5、对常开或常闭阀门阀杆部位润滑
6、检查和调试气动阀门的动力头及电气系统