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空調專用動態平衡法

平衡閥是一種具有特殊功能的閥門。通過安裝平衡閥可以將系統的總水量控制在合理的范圍內,從而克服"流量大,小溫差"的不合理運行工況。還可以有效地解決供熱(空調)系統中存在的室溫冷熱不均問題。

 

什么是平衡閥   平衡閥是在水力工況下,起到動態、靜態平衡調節的閥門。有靜態平衡閥和動態平衡閥。

靜態平衡 SP45F-16

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),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,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,仍然滿足當前氣候需要下的部份負荷的流量需求,起到熱平衡的作用。 動態平衡閥分為動態流量平衡閥,動態壓差平衡閥,自力式自身壓差控制閥等。

動態流量平衡閥亦稱:TP41F

自力式流量控制閥、自力式平衡閥、定流量閥、自動平衡閥等,它是跟據系統工況(壓差)變動而自動變化阻力系數,在一定的壓差范圍內,可以有效地控制通過的流量保持一個常值,即當閥門前后的壓差增大時,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,流量仍照保持恒定,但是,當壓差小于或大于閥門的正常工作范圍時,它畢竟不能提供額外的壓頭,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。 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范圍內,可以有效地控制被控系統的壓差恒定,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,壓差仍保持恒定。 自力自身壓差控制閥,在控制范圍內自動閥塞為關閉狀態,閥門兩端壓差超過預設定值,閥塞自動打開并在感壓膜作用下自動調節開度,保持閥門兩端壓差相對恒定。

性能與特點

  1、理想的調節性能;

動態平衡閥

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系數,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、內部元件采用YICr18Ni9或銅合金制造,抗腐蝕能力強,使用壽命長;

  9、內升降閥桿,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,適用于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

  即在閥門前后壓差不變情況下,流量與開度大體上成線性關系;

(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后的壓差及流經閥門的流量。盡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,平衡閥的特點并不能充分顯現出來。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。平衡閥屬于調節閥范疇,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。平衡閥相當于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。

閥門系數

  Kv為平衡閥的閥門系數。它的定義是:當平衡閥前后差壓為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系數相當于普通閥門的流通能力。如果平衡閥開度不變,則閥門系數Kv不變,也就是說閥門系數Kv由開度而定。通過實測獲得不同開度下的閥門系數,平衡閥就可做為定量調節流量的節流元件。

  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后,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。平衡閥屬于調節閥范疇,它的工作原理是通過改變閥芯與閥座的間隙,改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,并具備測試條件后,使用專用智能儀表對全部平衡閥進行調試整定,并將各閥門開度鎖定,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,檢修完畢后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)。在空調及采暖系統中,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。 在空調及采暖系統中,冷(熱)媒由閉式管路系統輸配到各用戶。對于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

  平衡閥屬于調節閥范疇,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。平衡閥相當于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--平衡閥的阻力系數 P1--閥前壓力

  P2--閥后壓力 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),閥門前后壓降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系數,達到調節流量的目的。

  Kv為平衡閥的閥門系數。它的定義是:當平衡閥前后差壓為1bar(約1kgf/cm2)時,流經平衡閥的流量值(m3/h)。平衡閥全開時的閥門系數相當于普通閥門的流通能力。如果平衡閥開度不變,則閥門系數Kv不變,也就是說閥門系數Kv由開度而定。通過實測獲得不同開度下的閥門系數,平衡閥就可做為定量調節流量的節流元件。

  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后,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。

  靜態平衡閥的使用場合

   靜態平衡閥操作復雜,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

  

平衡閥

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。

  (由空侶網暖通專家提供)

按照功能和用途分為

  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,適用于異程管路,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,靜態平衡閥是十年前主流的設計方案,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系。

  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,閥門開度變動后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;

  減少耗電量由于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于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;

  提高安全性由于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。

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于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。

  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——管段或系統的阻力系數

  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后點的壓力。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于流量的改變。因此說沒有一咱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。由于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系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。

  由于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。

  由于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。

  對于外網特性曲線P=SG2,由于并聯的近端支路S值會小于設計值,造成總S值遠小于設計值,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于電機銘牌功率,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,水泵實際揚程小于銘牌揚程,導致辭末端過不去水。

  實際上是由于近端支線阻力小、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于實際阻力。

  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,實際上流量加大后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。近端資用壓頭大于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近似等于P4P2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近似等于P1P3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于供水,以保證戶內不起壓;在地形較高位置平衡閥宜安裝于回水,以保證用戶不倒空。

  對于大型直聯管網,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0.35MPa35米水柱),前端回水壓力僅為0.1MPa10米水柱),而前端供水壓力高達0.62MPa62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;如果平衡閥安裝于供水管上,近端用戶的供水壓力P2只有十幾米水柱必然導致運行倒空。因此從設計上應采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米的建筑群的分支回水管上安裝手動的平衡閥。這里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

  對于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,這種供熱模式一般采取定流量的質調節供熱方式。也有少數大型管網出于節約運行電能的目的,采取質量并調方式。但在平均代熱的前提下,流理的變化僅決定于室外氣溫變化,因此其控制方式,僅考慮采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于用戶需求,系統總循環流量的變化決定于用戶的變化,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采用水平跨越管式系統,企圖沿用定流量方式運行,這里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于設定值時循環水泵降低轉速,當任意一個壓差小于設定值時,循環水泵增加轉速。

閘閥、截止閥、球閥、蝶閥、止回閥、旋塞閥、高溫帶吹掃閘閥、高壓臨氫閥、高溫耐磨自密封閘閥、高溫耐磨管線球閥、雙向流硬碰硬旋球閥、多晶硅專用閥、
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