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      電動調節閥的選型方法與暖通空調系統的水力平衡解析!

      點擊次數:2229次 發布時間:2021-6-2 20:36:12

      電動調節閥的選型方法與暖通空調系統的水力平衡解析!


      水力平衡系統簡介

      所有采暖、空調系統應達到兩個主要目的:
      1. 提供要求的舒適度;
      2. 以最少的能耗達到以上目的。
      但實際上,即使是最復雜的控制系統也不能帶來滿意的效果,而且運行成本較高。
      1. 在某些地方太熱,在某些地方太冷;
      2. 在一些房間里回設之后的啟動比較困難;
      3. 裝機功率不能充分利用;
      4. 比預期的能耗更高。
      水力失調(不平衡)的常見現象
      1、流量失調的常見現象
      系統冷熱不均:
      A、供熱(冷)時近熱遠冷(近冷遠熱)。
      B、某些支路水量偏大或偏小。
      變流量系統運行失調。
      負荷穩定,但房間調節閥動作頻繁,造成房間溫度震蕩頻繁。
      水泵的運行能耗過高。
      系統穩定時間過長。
      2、壓力失調的常見現象
      調節閥產生噪音和振動。
      調節閥關閉不上,嚴重時有燒閥危險。
      調節閥閥權度過小,閥門曲線變形,線性散熱受控系統變成上拋性散熱受控系統。
      系統冷熱不均現象
      下圖中是一個典型的異程式系統,假設各個末端的阻力相同,各支管管徑相同,則近端支管的水量會多于遠端支管的水量,原因是近端支管的資用壓頭大于遠端支管。系統越大、支管數越多、干管越長、干管比摩阻越大,失調的現象越嚴重。如果某個支管阻力過大,會造成水量的不足。
      變流量系統運行失調現象
      常見于使用靜態平衡閥的變流量系統,調試時即使各個末端已經調試平衡,當實際使用時,當某些末端調節或關閉時,會造成其他末端兩端的壓差變化,從而因此其他未調節末端水量的變化,從而引起失調,這種失調現象是一種動態的失調現象。
      負荷穩定,但調節閥動作頻繁
      產生動態失調后,由于通過末端的水量發生變化,因此房間溫度也發生波動,溫控器控制調節閥調整水量。而此時該房間的負荷沒有發生任何變化,調節閥的調節動作是由于系統壓力波動產生的。
      變流量系統應該:
      調節閥負責能量控制,僅當負荷發生變化時動作,而平衡閥負責壓力控制,負責吸收系統的壓力波動。
      系統穩定時間過長
      一個空調系統如果不能夠保持調節閥開度和散熱設備散熱量之間的良好線性關系,則會造成受控房間溫度波動頻繁,系統穩定時間過長。
      調節閥產生噪音和振動現象
      根據連續流方程,水在流經調節閥的時候有一個加速和減速的過程,對應的動壓也有一個升高和降低的過程,根據伯努力方程,靜壓有一個下降和上升的過程,當某點的靜壓下降到該點水溫對應的汽化壓力時,該點將出現氣泡,發生“氣蝕”現象,產生噪音和振動。
      調節閥壓降越大、水溫越高(主要是冬季)越明顯。
      調節閥關閉不上,嚴重時有燒閥危險現象
      當系統某些末端調節閥關閉時,由于干管流速降低,因此比摩阻變小,其他末端電動調節閥兩端的壓差升高,當升高到電動調節閥的關閉壓差以上時,電動調節閥的驅動器已經無法提供足夠的扭矩去關閉電動調節閥,造成閥門無法關閉的現象。這時末端處于過流狀態,控制器將持續要求電機動作以關閉閥門,而事實卻關閉不上,電機持續發熱,如果驅動器沒有過載保護功能,很容易發生燒電機的現象。
      為什么水力系統要平衡
      采暖及空調系統中水力平衡的技術是節能及提高供冷或供熱品質的關鍵。
      常見的問題
      1.在供熱或空調系統中,由于種種原因,大部分輸送環路及冷熱源機組環路存在水力失調,使得流經終端用戶及機組的實際流量與設計流量不符。
      2.多數水泵選型偏大或水泵運行在不合適的工作點處,導致水系統處于大流量、小溫差運行工況,水泵運行效率低、熱量輸送效率低。
      3.各用戶處室溫不一致、不穩定,近熱源處室溫偏高,遠熱源處室溫偏低。近冷源處室溫偏低,遠冷源處室溫偏高。
      4.對熱源或冷源機組來說,機組達不到其額定出力,使實際運行的機組臺數超過按負荷要求的臺數。
      提高舒適度
      保證室溫達到設計要求,短時間內達到設定溫度。
      流量分配合理
      水力平衡閥可以吸收超量壓差,還可以控制及設定系統所需的流量。
      節約能量,降低運行費用
      在空調系統中溫度每降低1℃,會造成能耗升高15%。
      在供熱系統中溫度每升高1℃,會造成能耗升高10%
      閥門的基本慨念與平衡閥的分類及選型要點
      閥門的流通能力-Kv
      1.定義:閥門兩端的壓差為1bar時,閥門全開時流經閥門的流量,以m3/h計。
      2.計算:
      3、公式推導:
      對于調節閥,當閥門開度沒有發生變化時,閥門的流通能力不變。僅當調節閥的開度發生變化時,閥門的流通能力才發生變化。
      調節閥曲線與系統穩定時間的關系
      如何實現盤管散熱量和閥門開度的線性關系
      由于盤管靜特性為指數特性,因此為了達到良好的受控效果,通常采用對數型曲線的調節閥。只有保證一定的閥權度,才能保證閥門的實際曲線符合要求。由于盤管靜特性與供水水溫差有關,因此,小溫差對于這個問題更敏感,所以這個問題在夏季空調設計中尤為重要,否則,系統穩定時間過長。
      閥門理想流量特性
      1:直線型:單位行程變化引起的流量變化相等。
      2:拋物線型:流量特性為一條二次拋物線,介于直線與等百分比特性之間。
      3:等百分比型:同樣行程在小開度時流量變化小,大開度時流量變化大。
      4:快開型:行程較小時,流量就比較大,閥的有效行程<d/4,多用于關斷閥。
      閥門理想流量特性的實現:閥芯形狀
      (1)直線特性閥芯
      (2)等百分比特性閥芯
      (3)快開特性閥芯
      (4)拋物線特性閥芯
      (5)等百分比特性閥芯(開口形)
      (6)直線特性閥芯(開口形)
      閥權度
      閥權度的定義:
      實現水力平衡的手段
      1.靜態平衡
      水力計算、合理配管。
      同程式。
      靜態平衡閥。
      動態壓差平衡閥或動態流量平衡閥。
      2.動態平衡
      動態壓差平衡閥是解決動態失調的唯一途徑。
      平衡閥的分類
      1.靜態類平衡閥
      手動平衡閥:又稱靜態平衡閥,平衡閥,通過手動調節閥門開度改變閥門的KV值,消耗多余的壓差,測量通過該閥的流量和壓降。
      2.動態類平衡閥
      動態流量平衡閥:又稱動態平衡閥,自力式流量控制閥,在一定的壓差范圍內維持流量動態恒定(在一個區間內)。
      動態壓差平衡閥:又稱壓差控制器,維持壓差在一定的范圍內動態恒定(在一個區間內)。
      手動平衡閥
      原理:通過旋轉手柄調節閥芯的上下運動,以改變閥門的Kv值,通過專用儀表連接閥門兩端的測壓點可以測量閥門的壓降和通過流量,并可以鎖定閥門的開度。
      功能:
      1.調節閥功能,精確調節KV值。
      2.具有關斷和測量閥門的壓降和流量功能。
      作用:消耗富余壓差,使管路流量和壓降與設計值一致,測量流量。
      安裝位置
      定流量系統的管路,逐級安裝,從末端支路到水泵出口的各個支路。
      變流量系統的大分支處(僅當安裝動態壓差平衡閥的支路上的壓差大于動態壓差平衡閥的控制壓差時才安裝),末端安裝動態壓差平衡閥。
      供水管或回水管安裝均可,差別在于安裝在供水管時,手動平衡閥的工作壓力要大于回水管安裝的情況,但是末端設備和電動調節閥的工作壓力情況剛好相反。
      選型和使用注意事項
      選型:
      按照Kv值選型,所選閥門的Kv值要大于設計值。
      最小開度大于全行程的20%
      閥門最小壓降大于3KPa
      使用注意事項:
      A、不能采用蝶閥、閘閥、截止閥、球閥等關斷類閥門代替手動調節閥。關斷類的閥門曲線為上拋型曲線,調節靈敏性很差;而手動平衡閥的特性曲線接近直線特性,調節靈敏度較高。
      B、不應串聯安裝,即同一環路不應供回水管同時安裝手動平衡閥。
      C、系統調試工作比較復雜,往往需要專業調試公司進行調試。
      手動平衡閥的調試步驟
      1.首先對干管、立管、支管、末端的手動平衡閥編號
      2.計算各立管的流量比λ,找出有最大流量比的立管,如圖λ1
      3.計算各支管的流量比λ,找出有最大流量比的支管,如圖λ1
      4.計算各末端管路的流量比λ,找出有最小流量比的末端,如圖λ1,,鎖定該閥.
      5.依次調整各閥的流量比和最小的末端流量比后鎖定該閥;
      6.依次調整干管和支管的手動平衡閥,方法相同,直至完成。
      動態流量平衡閥
      功能:動態流量平衡閥在壓降31-600KPa之間保持流量恒定。
      作用:保持通過該閥的流量恒定。
      原理:當來流壓力P1增大時,閥膽的套筒向下運動,壓縮閥膽內的彈簧,同時減少閥膽底部閥孔的過流面積,即減少閥膽的Kv值。這樣雖然閥膽兩端的壓差ΔP增大了,但是Kv值減小了,在彈簧的作用下兩者的乘積即流量Q基本上保持不變。
      安裝位置
      定流量系統的管路,末端安裝,不需逐級。
      一次泵系統冷凍水泵、冷卻水泵處,防止臺數變化時水泵過流。
      冷卻塔等需要恒定流量的場所。
      供水管或回水管安裝均可。
      選型和注意事項
      選型:僅按照流量選型。
      使用注意事項:
      A、閥門壓力工作范圍,要大于最小啟動壓差。
      B、不能和比例積分的電動調節閥串聯安裝。
      定流量系統水力平衡方案
      動態壓差平衡閥
      原理:電動調節閥上游的高壓通過導壓管引導至控制膜盒下側;電動調節閥下游的壓力通過外部導壓管或內部導壓孔引導至控制膜盒上側。
      當高壓側的壓力升高時,膜盒向上運動,帶動閥桿、閥錐也向上運動,造成中壓側壓力升高,從而動態的保持中壓側和高壓側之間的壓力差與彈簧的預設力平衡,從而保證了電動調節閥兩端壓差的動態恒定。當高壓側的壓力降低時,膜盒向下運動,情況類似。
      調節彈簧的預緊力,即可調節壓差設定值。
      功能:動態保持受控點之間的壓差恒定在設定值。
      作用:
      保證受控系統的動態水力平衡,防止系統出現動態失調。
      防止電動調節閥調節閥產生噪音和振動。
      系統中的調節閥門可選用驅動力較小的驅動器,避免燒閥危險。
      為調節閥提供良好的閥權度,確保線性散熱受控系統的實現,保證系統的迅速穩定。
      調試工作量非常小,加速安裝周期,系統改、擴建時可以免調試。
      方便的修正實際和設計工況之間的差異。
      最大流量限制功能。
      保證受控系統的動態水力平衡
      動態壓差平衡閥動態保持受控點之間的壓差ΔP恒定在設定值,其他未動作電動調節閥的Kv值不變,因此該支路的水量動態恒定。僅當電動調節閥動作時,即Kv值發生變化時,該支路的水量才會發生變化。
      防止電動調節閥產生噪音和振動
      調節閥門選用驅動力較小的驅動器
      電動調節閥兩端的壓差恒定,系統的壓力波動均由動態壓差平衡閥吸收,因此調節閥門選用驅動力較小的驅動器。
      為調節閥提供良好的閥權度
      閥權度的定義:
      安裝位置
      定、變流量系統的管路,末端安裝,不需逐級。
      變流量系統的管路,支管或立管安裝,不需逐級。
      單導壓管的閥必須回水安裝,雙導壓管的閥供水或回水管安裝均可。
      選型:閥體按照Kv值選型,所選閥門的Kv值要大于設計值,計算閥門Kv值時所用的是閥門壓降,并非控制壓差。用控制壓差選驅動器。
      動態壓差平衡型電動調節閥
      原理:實質就是一個動態壓差平衡閥和一個電動調節閥合二為一,該閥為雙閥錐結構,上閥錐為電動調節閥的閥錐,下閥錐為動態壓差平衡閥的閥錐,動態壓差平衡閥為電動閥閥錐(上閥錐)前后提供恒定的壓差(0.2Bar或0.5Bar),系統的壓力波動都被動態壓差平衡閥吸收,當電動閥閥錐(上閥錐)沒有動作時,閥門流通能力kv不變,壓差ΔP不變,因此閥門的流量Q不變;只有當電動閥閥錐(上閥錐)的動作時,通過閥門的流量才會發生變化,從而實現了動態平衡和調節功能的完美統一。
      過程:膜片的上下兩端與內部彈簧的力量形成一個平衡,即P1=P2+P彈簧。
      當系統壓力發生波動,P1增加時,此平衡被破壞,膜片下方的力大于上方,因此膜片會向上移動,關小壓差控制閥閥芯,使得P2增加,重新達到平衡,如圖所示。
      反之壓差控制閥開大,使得調節閥閥芯的壓差在整個開關的工作過程中始終保持恒定,這樣經過該閥門的流量的變化僅與調節閥的開度一一對應。
      安裝位置
      變流量系統的管路,末端安裝,不需逐級。
      主要優點:
      1、占用的空間少,系統的自動平衡性好。
      2、每組閥少了一個泄漏點。
      3、安裝、維修方便。
      缺點:
      1、不如分體方案(動態壓差平衡閥+電動調節閥)靈活,分體方案的壓差可以現場調節。
      變流量系統水力平衡方案
      水力失調常見現象的解決辦法:
      1.系統冷熱不均;水泵的運行能耗過高→水力計算、合理配管;同程式;靜態平衡閥;動態壓差平衡閥或動態流量平衡閥、一體閥。
      2.變流量系統運行失調;負荷穩定,但房間調節閥動作頻繁,造成房間溫度震蕩頻繁;系統穩定時間過長→動態壓差平衡閥或一體閥。

      3.調節閥產生噪音和振動;調節閥關閉不上,嚴重時有燒閥危險;調節閥閥權度過小,閥門曲線變形,線性散熱受控系統變成上拋性散熱受控系統?!鷦討B壓差平衡閥或一體閥。

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