自力式压差控制阀的技术特点及其在供热工程中的应用
来源:哲成阀门 作者:fsicrew.com 发布时间:2018-4-21 阅读:次
  

详细分析了实行供热计量改革后的变流量热水供热系统的工况,论述了自力式压差控制阀动水力平衡的机理和功能,设置后可达到节约能源和提高采暖品质!并提出了选型方法和注意事项! 


引言

能源在国民经济和科学发展观中的地位,已成为当今中国社会议论的热点。 建筑能耗在国民经济总能耗中占有30%~40%的比重,“三北” 地区的采暖能耗是建筑能耗中的大户,倍受人们重视;能耗!还是环境污染和生态破坏的根源之一。在生活水平已提高的今天,既要求获得舒适的室内热环境!提高生活品质和工作效率,又要求最大限度地节约能源。 为此,政府提出供热改革,出台了一系列政策和法规:规定“新建住宅热水集中采暖系统,应设置分户热计量和室温控制装置”;实行按用热量收费,以及可分室调控温度的技术措施,以提高节能意识和实践行为节能!提高能源利用效率。这就引起了供热采暖系统的变化:将传统的集中质调节的定流量系统变为以用户自主调节为主的变流量系统。


1变流量系统

1.1室温调节与变流量系统

传统的供热采暖系统为定流量系统,因设计和运行过程中不考虑进行流量调节,为适应气候变化及供热系统负荷的不同只能由锅炉房或换热站进行供热送水温度的调节,即质调节,末端用户无室温调节装置。所以,这种供热采暖系统的采暖品质较低,人们只能获得统一“供给”的室内温度;而且由于热力平衡及水力平衡的不到位,会出现有的室温过高需开窗降温,有的室温过低挨冻,或“大流量小温差”运行!热能利用效率低下。 由此可见定流量集中质调节系统存在弊端!应由变流量系统替代。

1。2变流量系统特点

供热采暖热水系统设置室温控制装置(如散热器恒温控制阀)后,该系统即为变流量系统。

这是由于用户对室内温度和节能节费的需求进行热水流量调节,以及采暖负荷变化的自动热水流量调节等因素引起的。这种调节是随机的、动态的,会引起各房间散热器流量的干扰和水力失调!如不采取技术措施!它会使调节效或减效。 浪费能源及降低采暖质量。为了减弱和消除上述干扰,设置自力式压差控制阀是一项经济有效的途径。


2自力式压差控制阀特性及应用

2.1构造和恒压差机理

自力式压差控制阀分为直通安装式和旁通安装式,直通安装式又分为回水管安装式和供水管安装式。它们构造不同,但作用机理相同或相似(旁通式差别较大)。本文以直通回水管安装式说明其机理,见图1、2、3。

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图1为压差控制阀构造示意图属控制压差可调的、双阀座调节阀类型。图2为工作机理方框图。图3为工作时阀芯/感压膜受力图。由图1所示,感压膜、阀杆、阀芯及弹簧的一端固结在一起,工作时ΔL方向受力和位移相同。P1为被控系统供水压力;P2为被控系统回水压力;F0为工作弹簧预压缩力;F1为水流对阀芯在ΔL方向的不平衡力,因很小,除对控制精度有影响外可忽略不计。因此有:(P1-P2)A=ΔP.A=F0

式中:A-感压膜有效面积。由弹簧静力学可知,当弹簧在弹性变形极限内,则有F0=K。L0+K。ΔL。式中:k为弹簧刚度,常数;L0为预压缩量;ΔL为阀芯行程;控制压差ΔP。A和弹簧的弹力F0相平衡。由于阀芯的行程与预压缩量相比很小,可忽略不计,则有F0≈k。L0。因此,弹簧的一个预压缩量(力)对应一个控制压差,调节预压缩量可获得相应的控制压差,还可以通过设计,根据压差控制精度的要求(如为±7。5%),选择相应的弹簧刚度、预压缩量、感压膜面积、全行程等参数。在此条件下,可以认为ΔP只和F0相对应和在精度范围内基本恒定。

双阀座压差控制阀与单阀座压差控制阀相比,水流不平衡力F1较小,动态水稳定性较好,有利于提高压差控制精度。

2.2 工作状态分析

图4为闭式循环的供热彩暖系统,自力式压差控制阀为回水管安装方式。当被控系统的用户4(4a、4b、4c、…………中任一个或多个同时)进行调节,如为6a关小,则系统总阻力增加,P2降低,则ΔP=P1-P2增加,未调节的用户b、c将受其影响,流量增大。这种影响称为内扰。再由图1、2看出,未调节用户的流量回复到了基本未变的状态,说明内部干扰被消减。类似的情况,由于调节或其它原因,外网压力P1、P2产生波动,如被控系统未设置压差控制阀,ΔP=P1-P2必然会随之波动,这称为外扰。

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当设有自力式压差控制阀时,如P1波动,感膜受力平衡被破坏,带动阀芯移动等过程和克服内扰类似,外扰被消减。由此可见,无论是被控系统内部因调节产生的内扰,还是外网压力波动产生的外扰,自力式压差控制阀均可维持被控系统的压差基本恒定,对被控系统来说起到了屏蔽、保护功能,保持了水力平衡。

对于上述分析,是和在试验台上对压差控制阀进行质量检验时情况相一致。当做内扰工况试验时,用户改变流量(即改变系统阻力特性数)的话一瞬间,ΔP=P1-P2产生波动,表针先是变动随后逐渐恢复回来,所差值在精度范围内就认为产品合格,恢复所需的时间(动态滞后)与规格、扰量数值,还和产品固有特性、试验台特性等有关。内外扰情况相似,但回水安装式压差控制阀对外扰的反应要迟钝。

2.3压差控制阀的动态平衡功能和效益

上述变流量系统由于恒温阀的设定调节和自动调节,引起散热器之间及户与户之间的干扰,即水力失调。因此规范GB50019-2003第4.9.4条又规定应在建筑物入口处“设置压差调节装置”,以实现动态水力平衡。设置自力式压差控制阀中其中之一,并带来如下效益:

2.3.1 由于压差控制阀的恒压差作用,使各散热器都处在稳定而相对独立的压差工况下工作,有利于恒温阀控制质量的提高,保证采暖品质。

2.3.2 减少了压差控制阀后面一级控制部件(如恒温阀等)动作频度,相当于保护作用,延长使用寿命。

2.3.3把自力式压差控制阀和恒温阀看成一个组合体,将充分利用室内电器、人体发热和太阳辐射热等自由热!减少热水流量,再延伸到#锅炉等减荷运行,可以取得最好的节能效果。有资料介绍可节能10%~30%。

2。3。4 大幅度节省调网工作量。在传统的定流量集中质调节的供热采暖系统中,为了达到水力平衡!调网要花费大量的人力、物力、财力、要反复进行才能达到静态平衡。若一旦出现工程改扩建,又得进行一轮新的调网。设置自力式压差控制阀后,只需在系统投入使用之初一次调网设定即可,且是单个压差阀独立调整!互不影响,工程改扩建也只需该部分调整。

2.3.5 自力式压差控制阀结构简单,不需外部能源(电),对周围环境要求低、性能稳定可靠、维修工作量小、价格便宜,较适合我国当前采暖系统水质和运行管理条件。多数品牌产品的技术参数和质量等指标,基本能满足建筑工程和热网系统的要求。

2.4控制压差可调功能的意义

自力式压差控制阀应是可调控制压差的设备,这是因为系统设计计算、施工安装、设备实际性能等原因造成设计值与实际值出现偏差!,就可利用可调功能在系统调试过程中进行调整设定,以满足用户对负荷的需求,使系统节能、安全、稳定、科学地运行。 因此,压差阀控制压差的可调功能极其必要。其可通过调节弹簧预压缩量或其他调节措施,改变对感压膜的作用力的方法来实现。

3 选型方法和注意事项

3.1 选型

自力式压差控制阀应根据系统特点、功能要求、资金情况等选择相应的品牌,再按照设计流量、资用压头、热水温度、工作压差、控制压差、管道直径等选择规格型号。

3。11 应按设计流量、工作压差选用相应规格的,不宜直接采用和管道等径。因为采暖系统的热水流速受噪声要求和水力平衡的考虑而较小,管道直径较大、或资用压头(需吸收的压头)较大、常常遇到缩径选用。

根据理论公式:

G=0。1KvSqrt(ΔPf)或Kv=10Gsqrt(ΔPf)

式中:G—通过压差控制阀的流量m3/h;

ΔPf—压差控制阀的工作压差Kpa;

ΔPf=P1-P2(供水管安装式)

ΔPf=P2-P3(回水管安装式)

Kv-压差控制阀的流量系数,即阀门前后的压差为0.1Mpa,通过的热水流量数(由产品厂商提供)(m3/h)

根据公式计算和企业提供的阀门资料,可选出一组直径的阀门,取其与管道直径相近的规格。

3.1.2 若选型不准确,选出的阀门直径过小,压差控制阀的流通能力太低,满足不了用户的要求;若选出直径过大,则为了达到控制压差的要求,使阀门在很小开度的状态下工作,阀芯和阀座间的热水流速过大,带来的弊端是:可能产生噪声或振动,阀门不能正常工作;或出现汽蚀现象,缩短阀门的使用寿命。

3。1。3 当系统提供压差控制阀的资用压头过大,超出产品的工作范围,这时应在控制阀前设置手动平衡阀等节流配件,吸收一部分资用压头。

3.1.4 自力式压差控制阀在管路系统(被控系统部分(中应有足够的阀权度,一般应大于30%,以提高阀门的调节性能及系统运行的水力稳定性。

3.2 注意事项

3。2。1 自力式压差控制阀不宜多级串联设置。

3.2.2 感压膜是自力式压差控制阀承压能力最薄弱的环节,使用条件受热水温度和两侧的压差(控制压差)限制,所以选型时要注意产品资料所规定的最高限值。

3.2.3 在内扰工况分析时得出,压差阀工作过程中的F0是基本恒定的,以及并联系统共用管段有阻力存在,在某一用户调节引起的流量变化,对未调节用户总是会产生干扰的,压差阀只能起到削弱内扰的作用。因此在系统设计时,对并联系统的支干管直径适当放大,以降低干扰。

4 结语

自力式压差控制阀作为一种节能的新型控制阀门,具备以下特点:适用于末端设备自主调节的变流量热水供热采暖系统"使其达到动态水力平衡;

控制压差基本恒定,被控系统各并联支路独立调节,互不干扰,并能屏蔽外网压力的波动;

和散热器恒温阀联合运行,达到节约能源、提高采暖品质的目的、且能提高恒温阀的工作寿命;

控制压差范围可调节,解决设计阻力损失与实际阻力不同的矛盾;

一次设定调节,就能实现系统水力平衡,大大节约调网工作量,而且工程改扩建也不受影响。

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