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動態流量平衡閥
日期:2019-07-29

動態流量平衡閥亦稱自力式流量控制閥、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。


產品介紹


自動流量平衡閥(automatic balancing valve),也稱動態流量平衡閥、流量控制閥、動態平衡閥、定流量動態平衡閥。 自動流量平衡閥是通過自動改變閥芯的過流面積、適應閥前后壓力變化,來控制通過閥門流量的。它的流量可以在生產廠里設定,也可以在現場設定,或根據要求電控調定。

自動流量平衡閥,實際上是一種保持流量不變的定流量閥。其功能是:當系統內有些末端設備如風機盤管機組、新風機組等的調節閥,隨著空調負荷的變化進行調節而導致管網中壓力發生改變時,使其他末端設備的流量保持不變,仍然與設計值相一致。

根據設定流量方式的不同,自動流量平衡閥可以分為固定流量型和現場設定流量型兩大類。


優點特性

動態流量平衡閥使閥膽能根據水系統不時的壓差變化而變化,保證不會超過原先設定的水流量并吸收過量的壓差,從而實現整個水系統壓力和流量的自動平衡,因而,使用它的益處有:

對業主及施工單位:不需要進行系統調試:可以為您節約大量的時間,縮短竣工日期; 不需要安裝同程管理:可以為您增加使用的面積和空間、節約安裝及材料費用;

方便使用: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: 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


工作原理

高度控制和高效的建筑環境需要系統設計工程師在設計中賦予新穎的設計理念。由于不斷增長的、多種類的流體控制系統的使用,特別當結合了溫度調節裝置和區域控制功能,致使靜態平衡閥的使用不合時宜。

自動平衡閥結合了革新設計,并且具有最大靈活度來給水力平衡系統提供一個完全的解決方案,自動平衡閥最初設計,是專為制冷和供熱系統設計的平衡閥。利用自動控制閥膽,即使在壓力波動情況下,亦可確保流量為設計流量,并保持恒定。

每一個閥出廠時已設定流量,其中的閥芯決定流量。閥體內安裝多個閥芯,流量范圍廣〔2-730m3/h〕。閥上可安裝壓力檢測孔,便于檢驗工作狀況。需配對夾式法蘭和墊圈。


技術特征

閥體∶球墨鑄鐵、WCB、DN50以下為熱鍛黃銅

閥膽∶不銹鋼,青銅表面鍍鎳處理

最大工作壓力∶2.5MPa

最高介質溫度∶130℃

誤差∶≤5%

壓降范圍∶14-220KPa,35-410KPa

連接∶DN50-DN600為對夾式、DN50以下為螺紋連接


性能特點

可按設計或實際要求設定流量, 能自動消除系統的壓差波動,保持流量不變。

克服系統冷熱不均現象,提高供熱(供冷)質量。

徹底解決近端壓差大,遠端壓差小的矛盾。

減少系統循環水量,降低系統阻力。

減少設計工作量,不需要對管網進行繁瑣的水力平衡計算。

降低調網難度,把復雜的調網工作簡化為簡單的流量分配。

免除多熱源管網熱源切換時的流量再分配工作。

流量顯示值均為測試臺上隨機標定,流量(m3/h)。


應用

簡介: 隨著我國國民經濟的高速發展,城市的建筑建設規模越來越大,人們對室內環境的要求也越來越高。尤其是建設在黃金地帶的商業建筑,如何能提高有效的商用面積率,保證空調系統的使用和運行并不由此而增加能耗,是暖通專業及建筑開發商共同關注的問題。

隨著我國國民經濟的高速發展,城市的建筑建設規模越來越大,人們對室內環境的要求也越來越高。尤其是建設在黃金地帶的商業建筑,如何能提高有效的商用面積率:保證空調系統的使用和運行并不由此而增加能耗?是暖通專業及建筑開發商共同關注的問題。

1 暖通空調設計中水力系統的現狀

無論是空調或采暖工程中,由于條件的制約及不可能完全采用同程系統。而異程系統在實際的設計中,為了保證系統最不利環路末端的資用壓頭,所有其他空調采暖設備末端的資用壓頭往往大于設計工況的需要值,特別是在規模大建筑功能復雜的工程中,異程管線長,末端設備的阻力差異大及空調末端啟停差異大的系統,在靠近冷熱源位置的資用壓頭余量過大,往往出現流量分配偏離設計狀態,導致其系統水力失調。流量的偏差會產生冷熱源近端的空調太涼或采暖不熱的現象。不但不能保證使用的功能,還造成了能源上的浪費。

2 解決水利失調的辦法

2.1 加節流孔板

在熱力入口或空調靠近冷源環路的部分管段上增加節流孔板。采用這種辦法解決水力失調的前提是:水系統阻力計算準確、熱力或空調末端流量不能發生變化。因此在末端流量變化時仍會造成水力失調及能源上的浪費。

2.2 安裝手動調節閥

對大型空調系統而言,采用手動調節閥調節過程復雜,手動調節前端閥門,后端流量會受影響。后端調整流量,前端流量又會變化。因此調節費時費力;對于復雜系統,要求調節閥門的工程師經驗豐富。并且一旦系統壓力或負荷發生變化仍需要重新調整水力系統。

2.3 安裝動態流量平衡閥

熱力入口或空調設備末端的設計流量確定后,根據流量及閥門處的壓力變化范圍選定動態平衡閥,安上設置好的閥門既可使用。只要閥門處的壓差變化在閥門的設計壓力范圍內,無需任何人為的調節。

3動態平衡閥的特點

3.1動態平衡閥的工作原理:

通過改變平衡閥的閥芯的過流面積來適應閥門前后的變化,從而達到控制流量的目的。動態平衡閥是一個局部阻力可以變化的節流元件,對于不可壓縮的流體其簡化流量的方程為:

Q=KA(△P)

式中:Q——通過平衡閥的流量;

K——閥門開度的流量系數;

A——閥芯的過流面積

△P——閥門進出口壓差

由于在閥門的開度不變的前提下,K值的變化可忽略,因此閥門的流量要保持恒定應控制A(△P)?不變。而平衡閥由可變過流面積的閥膽和高精度(±5%)的彈簧及支撐裝置構成。彈簧受壓差的作用自動控制閥膽上過流面積的大小,從而使通過閥門的流量恒定。

3.2 閥門的工作過程:

當平衡閥前后壓差小于最小啟動壓差是彈簧未被壓縮,流通面積最大。當閥門前后壓差在工作范圍時閥膽壓縮彈簧,進入工作狀態,水流通過閥膽兩邊的圓孔和幾何型的通道流過;由于閥膽在運動,兩邊幾何流型的通道也因此變化—閥體的流通面積不斷變化,在這一壓差范圍內水流流量基本保持恒定。當平衡閥前后壓差超越工作范圍是,閥膽完全壓縮彈簧,水流只從閥膽兩邊的圓孔流過,此時閥膽變成了固定的調節器,流量與壓差成正比,隨壓差的增大而增大。

動態平衡閥具有在一定的壓力范圍內限制空調末端設備的最大流量、自動恒定流量的特點,在大工型、復雜、空調采暖負荷不恒定的工程中,簡化了系統調試過成,并縮短了調試時間。特別是在異程水系統中使用平衡閥,可以容易實現水力工況平衡、滿足設計環境溫度的要求,并且在空調系統的運行中末端設備可以不受其他末端的啟停干擾。

4動態平衡閥在實際工程中的應用

4.1 區域供暖

熱力入口處采用動態平衡閥,保證系統所需流量。

室內采暖系統,溫控閥保證每個散熱器通過所需流量,動態平衡閥保證各立管流量恒定,解決水平失調。

4.2 空調系統

大型集中空調系統中,在空調設備(空氣處理機及風機盤管)末端設置平衡閥,通過三通(或兩通)電動閥保證設備所需流量,平衡閥實現水力工況調節。在冷熱源,冷卻塔、水泵等處當設計管線受限時。用平衡閥來避免負荷偏載,保證設備的正常運行。

5 空調系統設計動態平衡閥反感因該注意的問題

5.1動態平衡閥只起水力平衡的作用,不能用于負荷調節

由于對動態平衡閥的誤解,容易認為平衡閥也能平衡空調或采暖負荷,用平衡閥取代電動三通閥或兩通閥。但隨著維護結構負荷或室內負荷(人員、設備、照明等)的動態變化,要求空調設備提供的水量也動態變化,才能如人所愿——既能保證室內溫度的要求、又起到了節省的作用。在大型空調系統中,空調設備設置了平衡閥后;各個設備的啟停不會干擾影響其他設備的水流量,平衡閥起到了水力平衡的作用;而電動三通或兩通閥節流,能夠調節環境負荷所需數量。

目前,帶電動自控制功能的動態平衡閥已經面市,按負荷需求動態平衡空調系統實行節能就更容易實現了。因此采用帶電動自控功能的動態平衡閥,可以將水力平衡與負荷調節合二為一,并直接用電腦控制設定流量,還簡化了安裝及便于安裝在狹小的空間內。

5.2動態平衡閥不應該多極設置

在空調設置中,手動調節閥是多極設計的。而按照這一方法多極設置動態平衡閥設計概念是不對的。其理由是:如果下級的一個或多個設備關閉電動閥,而上級平衡閥扔保持流量不變,則會造成下級未關閉的設備流量增加,不但加大了水流噪聲,還會影響使用功能,并且也增加了不必要的經濟投資。

5.3 空調設計中應根據冬夏供回水溫差水量合理設置動態平衡閥

在四管制空調系統中用兩個平衡閥是可以滿足冬季及夏季不同的水量要求的,當冬、夏季節空調供熱、冷水溫差不同時,水流量差異很大,因此在兩管制水系統中則應根據冬、夏季不同流量的要求設置平衡閥:方法一,設置可變流量型動態平衡閥,冬夏換季時轉換閥門。方法二,設置兩個平衡閥,閥1按冬季流量選擇閥門,閥2按夏、冬季最大水量之差選擇閥門,冬季閥1,夏季開兩個閥,用兩個閥門實現空調設備的四管制功能。方法三,采用帶自控裝置的動態平衡閥通過電腦設置流量。否則,由于冬季夏季空調水流量不同,而簡單在空調末端上設置固定流量的動態平衡閥是不可能滿足兩個季節的水量平衡的。


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量的合理分配。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)

圖二示意用戶閥門及各壓力點,如果用戶供水管安裝平衡閥調網,則P3近似等于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近似等于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。

克系數,L—閥行程

由此可知閥門的每一個行程位置決定△P值的大小,如果閥行程位的Kv與 成反比,則G=Kv· 是恒定值。這一原理的閥最初做成流量不可調的流量限制器,近年生產的流量可調式一種是做成多管通道,通過堵管調整設定流量;另一種是用一手動閥改變自力閥Kv與行程的關系,但這種辦法很難保證Kv與 在每一調整位置的反比關系,造成調整位的流量控制精度不高。另外有的產品用波紋管制作感壓膜和自由彈簧的一體化產品,由于不銹鋼波紋管處在流動死區,在水中氯離子含量較高時,極易產生腐蝕。

(3)自力式壓差控制閥與手動調節閥閥組原理。這種原理是現在國產流量控制閥最廣泛采用的。手動調節閥的每一個開度位置對應一個Kv值,由自力式壓差控制閥控制手動調節閥前的壓差不變,則G=Kv· 不變,改變流量時只需調整手動調節閥的Kv值。

這種閥的流量控制精度決定于壓差控制閥精度,壓差

△P=N/S

N——彈簧力

S——感壓膜工作面積

彈簧力在自力閥的行程內會有變化,但使

H/△L=1/10

H——自力閥最大位移行程

△L——彈簧的預壓縮量

則△P的變化僅為±5%,流量精度可達3%。

這咱自力式流量控制閥的缺點在于閥門有最小工作壓差的要求,一般產品要求最小工作壓差20KPa,如果安裝在最不利回路上,勢必要求循環泵多增加2米水柱的工作揚程,所以應采取近端安裝,遠端不安的辦法。用戶離熱源距離大于供熱半徑的80%時就不宜安裝這種自力式流量控制閥。

(4)用自力式壓差控制閥直接控制流量

戶內阻力系數S,在平均供熱的前提下是不變值,戶內設計流量G,△P=SG2,通過控制戶內供回水壓差,一樣可以控制循環流量,調節控制壓差就可調節循環流量。用這種辦法調控流量,只是必須借助便攜式流量測試儀器如超聲波流量計。這種方式對于遠端用戶,閥門不會增加消耗壓頭。

2.2自力式流量控制閥的適用性

自力式流量控制閥在大型管網上應用可以使流量分配工作變得簡單便捷。尤其多熱源管網,熱源切換運行時不會對用戶流量產生影響。

但對于變流量運行的管網不可采用自力式流量控制閥。在熱源主動變流量的情況下,近端回路維持流量不變,而遠端回路流量會嚴重不足。在熱用戶主動變流量的情況下,用戶主動調小流量時,自力式流量控制閥會開大閥門,盡量維護原流量,直到全開失效為止。用戶主動調大流量時,自力式流量控制閥會關小閥門,直到全閉失效為止。亦即只有自力式流量控制閥失效,用戶主動的流量要求才能實現。

3、自力式壓差控制閥

3.1自力式壓差控制閥的應用意義

(1)自力式壓差控制閥消耗系統的富裕壓頭。

(2)自力式壓差控制閥起到隔絕用戶間流量變化互相干擾作用。

這兩項功能有的業內人士認為散熱器上的溫控閥可以起作用,實際上如果讓溫控制閥產生這樣的作用必然導致溫控閥在小開度下工作,甚至于在振動工況下工作。這對溫控閥是十分不利的,溫控閥最初希望的作用僅限于利用自由熱量,我們很多業內人士對其寄予的希望過大了。

(3)自力式壓差控制閥起到隔絕用戶流量變化互相干擾作用。

1、原工作點

2、用戶主動調整流量后形成的工作點

3、循環水泵變速——壓差閥動作形成工作點

4、循環水泵變速無壓差閥作用的工作點

(4)對于電動控制的自動控制系統,隔絕各并聯支路間調節的干擾,避免自控系統的多余動作提高自控系統穩定性、可靠性。

(5)起到特殊工況的限流作用。在起動供熱和特殊嚴寒工況下用戶的供熱需求會超出熱源的供熱能力,自力式壓差控制閥會有效的限制近端流量使遠端用戶達到預定的采暖效果。

3.2自力式壓差控制閥選用參數。

(1)壓差可調性

一般情況下設計上很難準確計算戶內阻力,而戶內阻力(在設計流量下)可能在0.01—0.03MPa間變化,因此自力式壓差可調比至少應為1:3以上。

(2)流量系數Kv的最大值和最小值

最大流量系數是閥門全開的流量系數;最小流量系數為閥門全關位的漏過流量系數。這兩閥門參數對閥門的應用選型是至關重要的,閥門供應商必須實測并公開這兩個參數。

最大流量系數應能保證最小富裕壓頭下達到設計流量;最小流量系數應能保證最大富裕壓頭下達到調節工況可能的最小流量值。

(3)壓差控制精度,應達到10%以保證流量精度達到5%。



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