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暖通工程控制閥選型分析
本文通過分析設計工況與閥門工作原理的特點，就靜態(tài)水力平衡閥，自力式流量控制閥等進行了分析。本研究從降低系統(tǒng)投資額度和能耗度的視角，做出了使用兩種閥門的必要性研究，并就實際設計中兩種平衡閥的調(diào)試等作出了闡釋。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，調(diào)節(jié)閥作為自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，得到越來越廣泛的應用，調(diào)節(jié)閥應用的好壞直接關(guān)系著生產(chǎn)的質(zhì)量與安全。在各種調(diào)節(jié)閥中，氣動薄膜調(diào)節(jié)閥作為結(jié)構(gòu)簡單，使用、維護方便，且具有本質(zhì)安全特性的調(diào)節(jié)閥種類，得到的應用。氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的正常使用、控制，與選型有很大的關(guān)系，下面結(jié)合本人的設計和生產(chǎn)經(jīng)驗，談談氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的選型注意事項。
1、暖通工程控制閥選型分析根據(jù)使用要求選型。
氣動薄膜調(diào)節(jié)閥由閥芯和閥體（包括閥座）兩部分組成，按不同的使用要求有不同的結(jié)構(gòu)形式。氣動薄膜調(diào)節(jié)閥主要有直通單座閥、雙座調(diào)節(jié)閥和高壓角式調(diào)節(jié)閥。直通單座閥泄漏量小，流體對單座閥芯的推力所形成的不平衡力很大，因此直通單座閥適用于要求泄漏量小、管徑小和閥前后壓差較低的場合。直通雙座閥閥體內(nèi)有上下兩個閥芯，由于流體作用于上下閥芯的推力方向相反而大致抵消；所以雙座閥的不平衡力很小，允許閥前后有較大的壓差。但由于閥體內(nèi)流路復雜，用于高壓差時對閥體的沖蝕損傷較嚴重，不宜用于高粘度、含懸浮顆?；蚝w維的介質(zhì)。此外由于受加工條件的限制，雙座閥上下兩個閥芯不易同時關(guān)嚴，所以關(guān)閉時泄漏量大，尤其是在高溫或低溫的場合下使用時，因材料的熱膨脹系數(shù)不同，更易引起嚴重的泄漏。角式高壓閥閥體為直角式，流路簡單、阻力小，受高速流體的沖蝕也小，特別適用于高壓差、高粘度和含懸浮物顆粒狀物質(zhì)的流體，也可用于處理汽液混相，易閃蒸汽蝕的場合。這種閥體可以避免結(jié)焦、粘結(jié)和堵塞，便于清潔和自凈。
2、暖通工程控制閥選型分析根據(jù)安全性選型。
氣動薄膜調(diào)節(jié)閥有氣開閥和氣閉閥兩種形式。根據(jù)不同生產(chǎn)工藝上的安全和使用要求考慮，當信號壓力中斷時調(diào)節(jié)閥處于打開或關(guān)閉位置，對工藝生產(chǎn)造成的危害性大小而定。如果閥門處于關(guān)閉位置時危害小，則選用氣開閥，信號壓力中斷時，使調(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉位置，反之，則選用氣閉閥。
3、暖通工程控制閥選型分析流量特性。
在自控系統(tǒng)的設計過程中選擇氣動薄膜調(diào)節(jié)閥應著重考慮流量特性。典型的理想特性有直線流量特性、等百分比流量特性（對數(shù)流量特性）、快開流量特性和拋物線流量特性四種。直線流量特性在相對開度變化相同的情況下，流量小時流量相對變化值大；流量大時，流量相對變化值小。因此，直線流量調(diào)節(jié)閥在小開度（小負荷）情況下調(diào)節(jié)性能不好，不易控制，往往會產(chǎn)生振蕩，故直線流量特性調(diào)節(jié)閥不宜用于小開度的情況，也不宜用于負荷變化較大的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，而適用于負荷比較平穩(wěn)，變化不大的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。百分比流量特性的調(diào)節(jié)閥在小負荷時調(diào)節(jié)作用弱，大負荷調(diào)節(jié)作用強，它在接近關(guān)閉時調(diào)節(jié)作用弱，工作和緩平穩(wěn)，而接近全開時調(diào)節(jié)作用強，工作靈敏有效，在一定程度上，可以改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，因此它適用于負荷變化較大的場合，無論在全負荷生產(chǎn)和半負荷生產(chǎn)都較好的起調(diào)節(jié)作用。
4.暖通工程控制閥選型分析調(diào)節(jié)閥口徑的選擇。
應根據(jù)已知的流體計算出所要求的流量系數(shù)CV，再根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)表選取合適的調(diào)節(jié)閥口徑。在計算CV時要注意液體、氣體、水蒸氣和其它蒸氣的區(qū)別。
1、暖通工程控制閥選型分析靜態(tài)水力平衡閥應用的討論
1.1、設計工況下的水力失調(diào)
一個HVAC系統(tǒng)能夠充分保證該設備在滿負荷的工況下，所有的使用者都可以獲得設計是所要求的水量，同時還能夠充分保證系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟效益，有效地減少客戶的用水投訴以及水資源浪費等情況的發(fā)生，只有這樣的系統(tǒng)才能算是一個水力平衡的系統(tǒng)。如果系統(tǒng)不具備這些功能那么就可以稱這類系統(tǒng)為不平衡系統(tǒng)。在一般情況下，如果水力系統(tǒng)中部分用戶的使用壓頭大于所設計的壓頭時，那么該用戶的實際水流量就會超過設計的流量，這樣就會給其他環(huán)路的實際流量帶來影響，我們稱在這種工況下產(chǎn)生的水力失調(diào)情況為靜性水力失調(diào)，靜力水力失調(diào)通常是由于系統(tǒng)設計或施工等原因而導致的，靜力性水力失調(diào)是系統(tǒng)本身無法避免的。
還有一種狀態(tài)是系統(tǒng)中所有的用戶終端的實際流量都大于或者等于系統(tǒng)設計的數(shù)值。在這種情況流量可以充分滿足客戶的需求，所以這種狀態(tài)一般不會引起客戶的投訴，因此這種情況不會引起設計人員的關(guān)注。一般情況下，我們使用公式ΔP=SG2來對閉路循環(huán)的管網(wǎng)狀態(tài)下的水力工況各個物理因子間存在的關(guān)系進行描述(Δp為壓差、S為管網(wǎng)阻抗、G為流量)。
在國內(nèi)還沒有引進靜態(tài)水力平衡閥理念之間，通常是采用截止閥或者蝶閥來對靜態(tài)水力系統(tǒng)實施控制。由于這些閥具有結(jié)構(gòu)簡單、易于操作、經(jīng)濟實惠等優(yōu)點在國內(nèi)得到了廣泛運用。
設計人員在明確設計選型的基礎(chǔ)上，在系統(tǒng)進行滿負荷工況下應該將末端的所有溫控電動閥打開，并將一號到三號的末端流量設計為33m3/h。其閥門都保持了開度，這時一號末端的實際流量為39m3/h;二號為35m3/h;三號為31m3/h，這時水泵工作點參數(shù)揚程大概為19m、其流量約為105m3/h，這樣系統(tǒng)就出現(xiàn)了水力失調(diào)現(xiàn)象。
可以通過調(diào)節(jié)一號和二號節(jié)閥的開度來對系統(tǒng)進行調(diào)整，具體操作為：將一號加溫控閥壓差降低40kPa;二號壓差降低20kPa，保證三個末端節(jié)點盤管的加溫控閥兩端的阻力都保持在80kPa，并且同時能夠滿足所設計的33m3/h的流量，水泵揚程在20m，流量達到100m3/h，這樣就實現(xiàn)了系統(tǒng)的靜態(tài)平衡。因此，我們并不需對所有的節(jié)閥進行調(diào)節(jié)就可以實現(xiàn)系統(tǒng)的靜態(tài)水力平衡，所以我們在對末端支路進行靜態(tài)水力平衡節(jié)閥配置時，并不需要逐個配置，也就是說靜態(tài)水力平衡閥并不是處理這類問題的途徑。
在當前的情況下，絕大多數(shù)的HVAC水力系統(tǒng)的設計只是針對末端支路進行設計流量的標示，基本不會關(guān)注末端壓差值的相關(guān)標準和要求，在具體的運行過程中，一些需要手動來完成平衡調(diào)節(jié)的基本上都依賴于設計、施工以及運行和維護人員的經(jīng)驗來完成，屬于一種沒有理論支撐的系統(tǒng)調(diào)節(jié)法。但從實際效果來看，這種沒有理論支撐的調(diào)節(jié)方法確實為系統(tǒng)的水力失調(diào)帶來了一定的效果。
1.2、暖通工程控制閥選型分析靜態(tài)水力平衡閥與水力平衡
靜態(tài)的水力平衡閥實質(zhì)上就是一種多功能的手動調(diào)節(jié)閥，靜態(tài)平衡閥具有單閥多功能的特點"基于實驗性能夠特性的數(shù)據(jù)來講，當Δp為常數(shù)狀態(tài)，這時靜態(tài)水力平衡閥并不具有明顯的調(diào)節(jié)優(yōu)勢，因此在當前技術(shù)條件下，使用靜態(tài)水力平衡閥直接代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水力調(diào)節(jié)閥還不夠成熟。
在當前靜態(tài)水力平衡閥市場上的流通的平衡閥產(chǎn)品具有流量測量、閥門開度屏顯、預流、排空等功能。使用靜態(tài)水力平衡閥可以通過特定的儀器對流量進行及時地測量，同時也可以起到開關(guān)的作用。一旦平衡閥完成調(diào)試以后，我們就不可以對閥門開度進行順意變動。這主要考慮到了后期的維護問題，我們對閥體主軸進行了密封處理。像測量等工作都不需要在中斷系統(tǒng)的情況下運行，在現(xiàn)場就可以完成，而且不需要破壞該系統(tǒng)的整體保溫狀態(tài)就能夠?qū)崿F(xiàn)。但是，從其性價比來看，其價格相對相同流量的離心式水泵不具有優(yōu)勢，同時在目前的國內(nèi)市場上的靜態(tài)水力平衡閥還存在著一些問題。而針對不可壓縮的流體來說，靜態(tài)的水力平衡閥就可以作為局部的阻力調(diào)節(jié)的節(jié)流部件來使用。
靜態(tài)水力平衡閥可以依靠其閥門開度來對閥門的流動阻力進行調(diào)節(jié)，閥門各開度都對應一個KV值，而不同開度的KV值是固定的，那么我們只要獲得現(xiàn)場的Δp就可以得出其Q值。為了方便測量，一般情況下我們對靜態(tài)水力平衡閥的兩個端口設置了的壓力測試孔，這一部件通常會作為節(jié)流來使用。我們在進行工程調(diào)試工作時，我們使用廠商提供的相關(guān)水力平衡調(diào)試設備來對Δp值進行測量，然后利用相關(guān)的軟件找出其對應的KV值，從而計算出具體的Q值。在這個時候，Δp作為具體的測量數(shù)值;KV作為設定的數(shù)值，當其滿足ΔP=0.1MPa條件時;Q就是具體的計算數(shù)值，影響其計算速度的因素主要包括對閥門實際過流面積以及其粗糙度估計數(shù)值的程度等。
需要引起重視的是，我們在使用平衡閥來處理相關(guān)的水力失調(diào)問題是需要一定的支撐條件的"基于靜態(tài)水力平衡閥的運行機理我們可以知道，靜態(tài)水力平衡閥一但鎖定以后，Δp值的波動就會對流經(jīng)閥門水量的恒定造成破壞，從而導致標定的流量值發(fā)生變化。
在當前的市場上，眾多靜態(tài)水力平衡閥的供應商都說明了其產(chǎn)品具有流量預設功能，但在實際操作過程中，要想選擇一個合適的KVS值則很難，因為當前市場上平衡閥并沒有給出連續(xù)的KVS值，并沒有按照實際需要給出KVS的調(diào)節(jié)值，因此當我們按照供應商提供的KVS值進行流量設定時，就會出現(xiàn)一定的偏差，并不能滿足實際調(diào)節(jié)的需要。由于無法明確現(xiàn)場的Δp值以及在閥門開度調(diào)節(jié)時而引起的KV值變化，在具體的實踐過程中發(fā)現(xiàn)，如果無法明確閥門內(nèi)壁的污垢系數(shù)或者當其RE值沒有超過三千五的時候，流量Q值可能會出現(xiàn)較大的計算偏差。所以，在進行靜態(tài)水力平衡判斷時，必須要保證全部的自力式閥門都達到了相應的設計參數(shù)值，保證所有的末端設備溫控閥處于全開狀態(tài)，并能夠保證其流量滿足設計所需量。
不管平衡閥是否具備流量的預設功能，在完成了水系統(tǒng)的安裝以后，必須要對所有的閥進行調(diào)節(jié)，保證靜態(tài)水利平衡閥的流量Q值能夠達到設計要求，從而保證管網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)在工況狀態(tài)下的水利平衡。這時就鎖定靜態(tài)水利平衡閥的開度，并且在運行過程中不能對所設置的開度進行順意調(diào)節(jié)。同時還要做好相應的記錄工作，將相關(guān)的數(shù)據(jù)存人系統(tǒng)設備調(diào)試檔案，便于今后維護工作的開展。
除此之外，由于不同的設備供應商所提供的計算機軟件的KV值不統(tǒng)一，導致不同供應商提供的產(chǎn)品配套調(diào)試儀表無法實現(xiàn)互用。在靜態(tài)水力平衡閥中，所有的靜態(tài)水力平衡閥在其發(fā)塞后面都設置了一個空腔，這個空腔成為在線運行時污垢的主要留置點。
2、暖通工程控制閥選型分析自力式流量控制閥
2.1、自力式流量控制閥的工作原理
自力式流量控制閥是當前市場上新出現(xiàn)的一種調(diào)節(jié)閥類型，自力式流量控制閥相比傳統(tǒng)的手動式流量調(diào)節(jié)閥的*之處是它能夠?qū)崿F(xiàn)自動的流量調(diào)節(jié)，而不需要借助外部的動力就可以完成。在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)，在封閉式的水循環(huán)系統(tǒng)中使用這種自力式的流量控制閥可以便于實現(xiàn)系統(tǒng)的流量分配、動態(tài)平衡，從而達到簡化系統(tǒng)調(diào)試的目的?；谶@些優(yōu)點，自力式的控制閥在供熱空調(diào)工程中得到了眾多廠商的青睞。自力式流量控制閥屬于雙閥組合結(jié)構(gòu)，由一個手動調(diào)節(jié)閥和自動平衡閥共同組成，它們分別負責設定流量和維持流量恒定工作。
在手動調(diào)節(jié)閥中，KVS是手動調(diào)節(jié)閥閥口的流量系數(shù)，而P2-P3是手動調(diào)節(jié)閥閥口兩側(cè)的壓力差系數(shù)。KVS的大小與開度密切相關(guān)，開度不變，KVS為變數(shù)，如果P2-P3不變，C也不發(fā)生變化。P2-P3保持不變主要取決于平衡閥。譬如進出口的壓差Pl-P3變大，就運用動感壓膜與彈簧的作用力促使平衡開關(guān)自動調(diào)小，P1-P2會變大，保持P2-P3不變，因此形成固定;相反P1-P3變小，平衡開關(guān)自動調(diào)大，P1-P2會變小，保持P2-P3不變，從而完成固定"手動開關(guān)調(diào)節(jié)組的每個閥門打開的角度大小都有一個與之相對應的流量，每個閥門打開的角度與流量之間的關(guān)系由試驗臺出示實驗標準決定，同時也有相應的開度顯示與鎖定設備。
2.2、暖通工程控制閥選型分析自力式流控制閥在混水系統(tǒng)中得應用
自力式流量控制閥不需要借助外來的動力而是依靠自身介質(zhì)的壓力差來實現(xiàn)控制，自力式流量控制閥配備了自動控制流量的元器件，該元件能夠?qū)崿F(xiàn)流量衡定，通過這一功能從根本上解決了水力失調(diào)的問題。自力式流量控制閥的安裝非常簡單且便于調(diào)節(jié)，使用過程中消耗的能量較少，其增加的供熱面積可達到25%-30%之間，大大提升了其運行的穩(wěn)定性，保證了供暖的質(zhì)量。我們在進行混水系統(tǒng)的改造時，先對水力進行計算，對供暖面積、環(huán)流量以以及相應的供熱管徑等因素進行分析以后，根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息選擇合適的流量控制閥，根據(jù)溫度來調(diào)節(jié)流量的大小，然后借助自力式流量控制閥的*功能來實現(xiàn)穩(wěn)定混水的壓力、流量以及溫度等，從而充分保證了混水站之間能夠獲得一個相對穩(wěn)定的流量，保證了系統(tǒng)的平衡運行。
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