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空调专用动态平衡法

平衡阀是一种具有特殊功能的阀门。通过安装平衡阀可以将系统的总水量控制在合理的范围内,从而克服"流量大,小温差"的不合理运行工况。还可以有效地解决供热(空调)系统中存在的室温冷热不均问题。

 

什么是平衡阀 ?  平衡阀是在水力工况下,起到动态、静态平衡调节的阀门。有静态平衡阀和动态平衡阀。

静态平衡 SP45F-16

阀亦称平衡阀、手动平衡阀、数字锁定平衡阀、双位调节阀等,它是通过改变阀芯与阀座的间隙(开度),来改变流经阀门的流动阻力以达到调节流量的目的,其作用对象是系统的阻力,能够将新的水量按照设计计算的比例平衡分配,各支路同时按比例增减,仍然满足当前气候需要下的部份负荷的流量需求,起到热平衡的作用。 动态平衡阀分为动态流量平衡阀,动态压差平衡阀,自力式自身压差控制阀等。

动态流量平衡阀亦称:TP41F

自力式流量控制阀、自力式平衡阀、定流量阀、自动平衡阀等,它是跟据系统工况(压差)变动而自动变化阻力系数,在一定的压差范围内,可以有效地控制通过的流量保持一个常值,即当阀门前后的压差增大时,通过阀门的自动关小的动作能够保持流量不增大,反之,当压差减小时,阀门自动开大,流量仍照保持恒定,但是,当压差小于或大于阀门的正常工作范围时,它毕竟不能提供额外的压头,此时阀门打到全开或全关位置流量仍然比设定流量低或高不能控制。 动态压差平衡阀,亦称自力式压差控制阀、差压控制器、稳压变量同步器、压差平衡阀等,它是用压差作用来调节阀门的开度,利用阀芯的压降变化来弥补管路阻力的变化,从而使在工况变化时能保持压差基本不变,它的原理是在一定的流量范围内,可以有效地控制被控系统的压差恒定,即当系统的压差增大时,通过阀门的自动关小动作,它能保证被控系统压差增大反之,当压差减小时,阀门自动开大,压差仍保持恒定。 自力自身压差控制阀,在控制范围内自动阀塞为关闭状态,阀门两端压差超过预设定值,阀塞自动打开并在感压膜作用下自动调节开度,保持阀门两端压差相对恒定。

性能与特点

  1、理想的调节性能;

动态平衡阀

2、优秀的截止功能;

  3、精确到1/10圈的开启状态显示;

  4、理论流量特性曲线为等百分比特性曲线;

  5、国家专利型启闭锁定装置;

  6、对应每个整圈都有因定的流量系数,调试中只要测量出阀门两端压差,就可以方便计算出流经阀门的流量;

  7、聚四氟乙烯和硅胶密封,密封性能可靠;

  8、内部元件采用YICr18Ni9或铜合金制造,抗腐蚀能力强,使用寿命长;

  9、内升降阀杆,无须预留操作空间。

  10、它是一种组合阀。

  其中的ZLF自力式平衡阀是一种利用介质本身的压力变化来进行自我调控,从而保持流经该被控系统的流量不变的阀门,具有流量指示,可在线调节,适用于供热及空调系统等非腐蚀性介质。运行前一次性测试调节,可使系统流量自动互定在预先设置的设定直,该阀门流量调节准确,操作简单,运行平稳,性能可靠,使用寿命长。

主要特点

(1)直线型流量特性

  即在阀门前后压差不变情况下,流量与开度大体上成线性关系;

(2)有精确的开度指示

(3)有开度锁定装置

  非管理人员不能随便改变开度;表连接,可方便地显示阀门前后的压差及流经阀门的流量。尽管平衡阀具有很多优点,但它在空调水系统的应用还存在不少问题。如果这些问题解决不好,平衡阀的特点并不能充分显现出来。平衡阀的作用是为了调节系统内,各个分配点的(如每一个楼座)的预定流量。每一座楼的入口处都安装平衡阀,可以使供暖系统的总流量得到合理分配。

原理

  平衡阀的原理是阀体内的反调节,当入口处压力加大时,自动减小通径,减少流量的变化,反之亦然。如果反接,这套调节系统就不起作用。而且起调节作用的阀片,是有方向性的,反向的压力甚至可以减少甚至封闭流量。 既然安装平衡阀是为了更好的供暖,就不存在反装的问题。如果是反装,就是人为的错误,当然就会纠正。平衡阀属于调节阀范畴,它的工作原理是通过改变阀芯与阀座的间隙(即开度),改变流体流经阀门的流通阻力,达到调节流量的目的。平衡阀相当于一个局部阻力可以改变的节流元件,对不可压缩流体,由流量方程式可得。

阀门系数

  Kv为平衡阀的阀门系数。它的定义是:当平衡阀前后差压为1bar(约1kgf/cm2)时,流经平衡阀的流量值(m/h)。平衡阀全开时的阀门系数相当于普通阀门的流通能力。如果平衡阀开度不变,则阀门系数Kv不变,也就是说阀门系数Kv由开度而定。通过实测获得不同开度下的阀门系数,平衡阀就可做为定量调节流量的节流元件。

  在管网平衡调试时,用软管将被调试的平衡阀的测压小阀与专用智能仪表连接,仪表可显示出流经阀门的流量值(及压降值),经与仪表人机对话,向仪表输入该平衡阀处要求的流量值后,仪表通过计算、分析、得出管路系统达到水力平衡时该阀门的开度值。平衡阀属于调节阀范畴,它的工作原理是通过改变阀芯与阀座的间隙,改变流体流经阀门的流通阻力,达到调节流量的目的。

  1.不应随意变动平衡阀开度管网系统安装完毕,并具备测试条件后,使用专用智能仪表对全部平衡阀进行调试整定,并将各阀门开度锁定,使管网实现水力工况平衡。在管网系统正常运行过程中,不应随意变动平衡阀的开度,特别是不应变动开度锁定装置。

  2.不必再安装截止阀。在检修某一环路时,可将该环路上的平衡阀关闭,此时平衡阀起到截止阀截断水流的作用,检修完毕后再回复到原来锁定的位置。因此安装了平衡阀,就不必再安装截止阀。 3.系统增设(或取消)环路时应重新调试整定在管网系统中增设(或取消)环路时,除应增加(或关闭)相应的平衡阀之外,原则上所有新设的平衡阀及原有系统环路中的平衡阀均应重新调试整定(原环路中支管平衡阀不必重新调整)。在空调及采暖系统中,作为输配能量的水循环系统的水力平衡是非常重要的。一个平衡的水力系统是满足用户需求、节约运行能耗的基础。 在空调及采暖系统中,冷(热)媒由闭式管路系统输配到各用户。对于一个设计优良的管网系统,各用户在末端控制阀(电控阀、温控阀等)的开度为100%时应该均能获得设计水量,而各用户在末端控制阀的开度改变时既可得到所需的流量又互不干扰。这样的水系统是一个水力平衡的系统,否则就是水力不平衡系统,水力不平衡又称水力失调。这种水力失调是随机变化的、动态的。这种失调现象静态平衡阀无法解决,只能用动态平衡阀来解决。

调节原理

  平衡阀属于调节阀范畴,它的工作原理是通过改变阀芯与阀座的间隙(即开度),改变流体流经阀门的流通阻力,达到调节流量的目的。平衡阀相当于一个局部阻力可以改变的节流元件,对不可压缩流体,由流量方程式可得:

  式中:Q--流经平衡阀的流量 ξ--平衡阀的阻力系数 P1--阀前压力

  P2--阀后压力 F--平衡阀接管截面积 ρ--流体的密度

  由上式可以看出,当F一定(即对某一型号的平衡阀),阀门前后压降P1-P2不变时,流量Q仅受平衡阀阻力影响而变化。ξ增大(阀门关小时),Q减小;反之,ξ减小(阀门开大时),Q增大。平衡阀就是以改变阀芯的开度来改变阻力系数,达到调节流量的目的。

  Kv为平衡阀的阀门系数。它的定义是:当平衡阀前后差压为1bar(约1kgf/cm2)时,流经平衡阀的流量值(m3/h)。平衡阀全开时的阀门系数相当于普通阀门的流通能力。如果平衡阀开度不变,则阀门系数Kv不变,也就是说阀门系数Kv由开度而定。通过实测获得不同开度下的阀门系数,平衡阀就可做为定量调节流量的节流元件。

  在管网平衡调试时,用软管将被调试的平衡阀的测压小阀与专用智能仪表连接,仪表可显示出流经阀门的流量值(及压降值),经与仪表人机对话,向仪表输入该平衡阀处要求的流量值后,仪表通过计算、分析、得出管路系统达到水力平衡时该阀门的开度值。

  静态平衡阀的使用场合

   静态平衡阀操作复杂,调节时需配备智能仪表,即使有专业的技术人员用户流量的藕合现象也很难使用户

  

平衡阀

达到平衡状态。利用阀门KV值及阀门曲线来确定阀门开度的方静态平衡阀是常用的老水力平衡产品,它适合以热源为主变流量的系统。调节时各用户间流量相互藕合作用,真正的把庞大的热用户调节平衡是很难实现的。

  (由空侣网暖通专家提供)

按照功能和用途分为

  1,动态平衡阀(原理是使末端流量不会因为管网压力波动受影响,适用于异程管路,变流量水系统)

  (1)动态平衡电动调节阀〔空调箱、新风机组用〕

  在一个阀体上实现动态流量平衡和比例积分调节同步的功能。可根据水温自动进行季节转换,保持冬夏两季的水力平衡。

  (2)动态平衡电动二通阀(风机盘管用)

  在一个阀体上实现电动二通阀和动态平衡同步的功能,以保证风机盘管的用量稳定。进入盘管水流量的变化只与温度有关而与系统压力变化无关。

  (3)动态压差平衡阀(分集水器间用)

  具备保持系统供回水间压差稳定的功能。当供回水压差超过设定值时,阀门开始工作调节,直至供回水的压差稳定在设定值状态下

  2,静态平衡阀是十年前主流的设计方案,因为那时候水系统大多都是同程管路,而且是定流量的水系统,所以用静态平衡阀。

作用

  平衡阀是一种特殊功能的阀门,有定量的测量功能和调节功能,系统调试时,调试人员通过与专用智能仪表人机对话,对平衡阀进行调整,即可实现系统的水力平衡。

  它具有良好的流量调节特性,相对流量与相对开度呈线性关系。

  有精确的阀门开度指示,最小读数为阀门全开度的1℅

  有可靠的开度锁定记忆装置,阀门开度变动后可恢复至原锁定位置。

  有截止功能,安装了平衡阀就不必再安装截止阀。

优点

  方便使用工程施工较为灵活,工程安装分期完工或设备分期使用都不会影响水系统平衡;

  方便更改当某些区域的水系统需要重新设计时,不会影响其它区域的水系统设计和平衡;

  减少耗电量由于整个水系统得到平衡,保证制冷机组(锅炉、换热器)及水泵以最佳的工作状态运行,具有明显的节能效果;

  降低磨损和减少浪费由于保证水流量不会超过原来设计,保障所有设备的耐用性,避免流量过大而造成的铜管损耗;

  提高安全性由于水系统的流量平衡是自动进行,杜绝了人为破坏性调节的可能性。

  对设计人员而言减小的工作量,更灵活

  减轻了工作量无需对整个管道进行繁琐的阻力计算,加快设计速度;

  可以大胆使用异程式系统节省管材、相应材料及安装费用,把平衡水力系统的工作交给动态流量平衡阀来完成;

  可以避免因水系统不平衡带来的其他许多麻烦。

应用分析

  一、平衡阀

  平衡阀正确地理解应为水力工况平衡用阀。从这一观念出发一切用于水力工况平衡的阀门如调节阀、减压阀、自力式流量控制阀、自力式压差控制阀都应看成水力工况平衡用阀——平衡阀。而市场上称为平衡阀的产品,仅是附加了流量测试功能的一种手动调节阀。

  静态平衡阀是指手动调节阀或手动平衡阀。动态平衡阀是指自力式流量控制阀和自力式压差控制阀。自力式流量控制阀也曾称作自力, 式流量控制器、自力式平衡阀。自力式压差控制阀在北欧也称为Automotic Balamce Valve即自动平衡阀。

  二、水力工况和水力工况平衡

  一般地说供热、空调的管网都是闭路循环的管网,其水力工况是指系统各点的压力,各管段的流量、压差。由公式P=SG2

  P——压差或称阻力损失

  S——管段或系统的阻力系数

  G——管段或系统的流量

  可知,流量和压力是相关参数,流量和压力的调控互为手段和目的。减压手段是减少上游管路的流量;减少流量也必湎是减少管路前点的压力或增加管路后点的压力。流量变化必然导致压力的变化;S值不变的系统,压差的变化必然起因于流量的改变。因此说没有一咱不影响压力的流量控制阀,也没有一种不影响流量的压力控制阀。

  水力工况平衡是指流理的合理分配。在供热和空调管网中,水是热载体介质,水流量的合理分配是热力工况平衡的基础。以供热系统为例,设计者在进行水力工况计算时在各分支流量为设计值的假想情况下进行的。由于管材及最高流速成的限制,设计上实现水力平衡几乎是不可能的。这样势必造成近端阻力系数不能达到设计理想状态,形成近端流量过大,远端流量不足的失调现象。

  由于水力工况设计成了一个设计水压图,而实际运行时这一水压图必须由阀门平衡调节而形成。用阀门调节水力工况的过程是建立合理水压图的过程,在设计合理的情况下,这两个水压图会会合得很好。

  由于运行水力工况是水泵的工作曲线与外网特性曲线交点形成的。

  对于外网特性曲线P=SG2,由于并联的近端支路S值会小于设计值,造成总S值远小于设计值,循环水泵在小扬程大流量工况下运行,使水泵在大轴功率,低效率点运行。严重时可能出现轴功率大于电机铭牌功率,电机超额定电流,直至烧电机事故发生。

  调网的过程就是用平衡阀增加近端阻力,使近端支路S值增大至设计值,总S值增大至设计值。使远近流量分配均匀合理,循环水泵在设计工况下运行,达到节热、节电,提高供热质量的目的。

  运行岗们工作者常对一些水力工况失衡现象形成误解:

  (1)水泵出力不足,水泵实际扬程小于铭牌扬程,导致辞末端过不去水。

  实际上是由于近端支线阻力小、流量大,造成远端流量小,水泵工作点偏移在大流量、小扬程、低效率的工作点。

  (2)锅炉或换热器阻力大,所有锅炉或换热器厂商标称阻力都远小于实际阻力。

  实际上总循环水量的加大必然导致辞锅炉换热器等阻力加大。水流量增大40%,阻力增加100%

  (3)锅炉出力不足,实际上流量加大后供回水温差不可能更大。当然煤质和风系统不正常也可能造成锅炉出力问题。

  三、调网水压图分析和平衡阀的安装位置

  调网的过程是利用平衡阀使各分支达到合理流量的过程。近端资用压头大于用户需用压头必然导致流量过大。必须用阀门消耗富裕压头富裕压头=资用压头-需用压头),如果用户供水管安装平衡阀调网,则P3近似等于P4,P2压力线如图三所示,近乎平行P4。如果用户回水管安装平衡阀调网,则P2近似等于P1,P3压力线近乎平行P1。

  户内实际供水压力为P2,回水压力为P3。如果压力过低会导致运行倒空,压力过高导致耐压等级较低的元件(如散热器)的压力破坏。

  因此对地形高差大的管网应按上述因素考虑平衡阀的安装位置。即在地形低洼处楼群平衡阀宜安装于供水,以保证户内不起压;在地形较高位置平衡阀宜安装于回水,以保证用户不倒空。

  对于大型直联管网,如电厂凝汽供热管网,供热半径很大,外网供回水压差很大,因此对平衡阀安装位置应作特殊考虑。

  烟台某电厂凝汽供管网外网供回水压差52米水柱,考虑散热器耐压能力,末端回水压力设定为0。35MPa35米水柱),前端回水压力仅为0.1MPa10米水柱),而前端供水压力高达0.62MPa62米水柱),如果平衡阀安装在回水管上,被控用户的回水压力P3可能接近0。6MPa,必将造成散热器的压力破坏;如果平衡阀安装于供水管上,近端用户的供水压力P2只有十几米水柱必然导致运行倒空。因此从设计上应采取供回水都安装平衡阀的方案,形成图四的水压图。

  具体作法是入户口供水管安装自力式流量控制阀,在地形高差不超出10米的建筑群的分支回水管上安装手动的平衡阀。这里自力式流量控制阀负责控制分配流量;手动平衡阀调整压力,使阀前压力达到0。25MPa的满水运行工况。自力式流量控制阀只依据流量大小肓目控制压力,如果安装回水管上,不待手动调整压力,已经出现压力破坏事故。自力阀安装在供水未手动调整压力时,可能出现运行倒空而影响供热效果,不可能发生事故。

  四、用户主动变流量和热源主动变流量的概念

  对于供热系统在传统的供热体制下是一种平均分配的供热模式,这种供热模式一般采取定流量的质调节供热方式。也有少数大型管网出于节约运行电能的目的,采取质量并调方式。但在平均代热的前提下,流理的变化仅决定于室外气温变化,因此其控制方式,仅考虑采用室外温度单一参数控制热源循环泵的转速,实现变流量运行。这种变流量运可定义为热源主动变流量方式。

  在热计量收费的运行方式下,供热负荷及循环水流量的变化取决于用户需求,系统总循环流量的变化决定于用户的变化,这种变流量机制可定义为用户主动变流量方式。

  有一些业内人士提出计量收费的室内系统采用水平跨越管式系统,企图沿用定流量方式运行,这里估且不论水平跨越是否可实现流量运行,单就定流量运行方式浪费运行电能这一项就应予以废止。

  这种计量收费流量控制方案,以下述方案为最佳可行方案:取3—5个末端供回水压差信号为热循环流量的控制信号,当全部压差信号都大于设定值时循环水泵降低转速,当任意一个压差小于设定值时,循环水泵增加转速。

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