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自力式平衡阀的原理及结构结合应用
 

阐述了供热系统中水力失调情况下自力式平衡阀的合理应用,介绍了常见的自力式流量平衡阀和自力式压差平衡阀的工作原理及其结构。

      1 问题的提出
 
      近年来,随着我国经济飞速发展,集中供热事业发展迅速。现代化的大型住宅小区及大型商贸区的建设,扩网增容的现象十分普遍,使得供热规模越来越大,供热系统中的水力失调现象越来越明显。即供热系统在实际运行时,流经各幢建筑物,各用热设备的水量与设计水量不符,近端热用户流量大,而远端热用户的流量小,“近热远冷”的现象较为?#29616;亍?#29616;在设计或用热单位往往采用加大换热器和循环水泵流量的方法来缓解矛盾。结果导致工程投资增加,运行费用加大,靠增加电耗和热损失来消除水力工况失调,造成了在热源供热量相同的情况下,供水温度提不上去,回水温度降不下来,热量得不到充分利用,形成了“大热源,大流量,小温差”的恶性运行方法。

      在大型的供热管网系统中,只有安装具有自动调节功能,实现管网动态平衡的控制元件,才能彻底解决水力工况失调现象,确保全系统的供热质量。

      2 自力式平衡阀的原理及结构

      自力式平衡阀就是一种具有自动调节功能,能?#26500;?#32593;实现动态平衡的新型阀门。我们常用的有自力式流量平衡阀和自力式压差平衡阀。现将它们的结构和工作原理介绍如下:

      (1)自力式流量平衡阀的作用是在阀的进出口压差变化的情况下,维持通过阀门的流量恒定,从而维持与之串联的被控对象(如一个环路、一个用户、一台设备等,下同)的流量恒定。

      自力式流量平衡阀从结构上说,是一个双阀组合,即由一个手动调节阀组和自动平衡阀组组成(见图1)。手动调节阀组的作用是设定流量,自动平衡阀组的作用是维持流量恒定。

      对于手动调节阀组来说,流量,式中Kv为手动调节阀口的流量系数,P2- P3为手动调节阀阀口两侧的压差。Kv的大小取决于开度,开度固定,Kv即为常数,那么只要P2- P3不变,则流量G不变。而P2- P3的恒定是由自动平衡阀组控制的。?#28909;?#36827;出口压差P1- P3增大,则通过感压膜和弹簧的作用使自动平衡阀组关小,使P1- P2增大,从而维持P2-P3的恒定?#29615;?#20043;P1- P3减小,则自动平衡阀组开大,使P1- P2减小,维持P2-P3的恒定。

      手动调节阔组的每一个开度对应一个流量,开度和流量的关系由试验台试验标定,并配有开度的显示和锁定装置。

      (2)自力式压差平衡阀的作用是维?#36136;?#21152;在被控对象上的压差恒定。自力式压差平衡阀按照安装在供水管还是回水管上,分为供水式结构和回水式结构,二者不可互换使用。这种阀门由阀体、双节流阀座、阀瓣、感压膜、弹簧及压差调整装置组成。图2为回水式结构示意图。图3a为其安装位置示意图。

      当网路的供回水压差P1- P3增大,则感压膜带动阀瓣下移,使得P2- P3增大,从而维持P1- P2(即施加于被控制环路的压差)恒定?#29615;?#20043;,P1- P3减小,则阀瓣上移,P2- P3减小,使P1- P2不变。

      若P1- P3不变,而图3a所示的环路内部阻力发生变化,?#28909;?#26576;一支路关断,则环路的总阻力增大,在这个瞬间P2减小,P1- P2增大;但随之感压膜的受力平衡被打破,阀瓣下移,压差平衡阀的阻力增大,从而使P2又回升到原来的大小,即只P1- P2不变。可见,无论是网路压力出现波动,还是被控对象内部的阻力发生变化,自力式压差平衡阀均可维?#36136;?#21152;于被控对象的压差恒定。

      3 不同的运行调节方式与自力式平衡阀的结合应用

      (1)系统的运行调节采用集中量调节(?#28909;?#27700;泵的变速调节等)时,不能采用自力式流量平衡阀和自力式压差平衡阀。因为这种调节是通过改变水最实现的,因而调节时改变了系统的水力工况,所以若采用自力式平衡阀,势必造成有的阀能正常工作,但系统流量过大(超过此时的热负荷所对应的流量),有的阀全开?#28304;?#19981;到流量要求,有的阀因两端压差达不到启动压差而不能正常工作,即出现流量分配的混乱。显然,由于自力式平衡阀的存在而造成了系统集中调节不能实现。

      这时若采用手动调节阀,则系统总流量增减时,各支路、各用户的流量可以同比例增减,即系统的集中调节可?#28304;?#36798;至每一个末端装置。

      (2)当系统的运行调节为质调节时,可以采用自力式流量平衡阀和自力式压差平衡阀,因为这种调节方式只改变供水温度,而与系统的水力工况无关,即在不改变系统的水力工况的情况下,把调节传达到每个用户和设备。采用自力式流量平衡阀,可以吸收网路的压力波动,维持被控负载的流量恒定。采用自力式压差平衡阀可以吸收网路的压力波动,以及克服内扰(被控环路内部的阻力变化),以维?#36136;?#21152;于被控环路上压差恒定。

      (3)当系统采用分阶段改变流量的质调节时,虽然每个阶段流量不变。但若采用自力式平衡阀,每个流量阶?#25105;?#23545;控制流量或控制压差进行设定,给运行管理带来很大不便,所以不宜采用。

      4 自力式平衡阀在供热系统内部调节方式下的应用

      (1)当被控对象有内部调节时(见图3b),在一个环路入口处装设自力式流量平衡阀,则环路流量恒定,那么环路中的一个支?#26041;?#34892;流量调解,其调节量必然全部转移到其他支路上去。?#28909;?#25903;路2关闭,则支路l和支路3的流量增大,两支路的流量增量即原支路2的流量。显然,装设自力式流量平衡阀使各支路间出现较大的调节干扰,环路的水力稳定性很差。而若如图3a所示,在环路入口处装设自力式压差平衡阀,由于可以保持环路的压差(即P1- P2)恒定,将大大减弱各支路间的调节干扰。如果环路中干管的阻力相对于支路的阻力可以忽略不计,则可?#36805;?#31649;视为静压箱,各支路的调节互不干扰,即一个支路的流量调节对另外支路的流量不产生影响。实际上,由于干管阻力的存在,使得各支路间的调节干扰不可避免,?#28909;?#19968;个支路关小。其他支路的流量均将程度不同地有所增加。但在设计合理的情况下,这种干扰是微弱的。系统设计时对于被控环路的干管采用相?#36234;?#22823;的管径,且在干管上不再装设其他阀门。尽可能减小干管的阻力,可以使各支路间的调节干扰降到最?#32479;?#24230;,使环路具有较好的水力稳定性。

      对于分户热计量的供暖系统,强调用热调节的自主性,而又必须从设计上考虑尽可能减轻各用户间的调节干扰,所以宜采用自力式压差平衡阀。

      (2)当被控对象无内部调节时,因为内部阻力不变,所以压差恒定必然流景恒定,因而装设自力式压差平衡阀和装设自力式流量平衡阀,具有同样的效果,都可以起到吸收网路的压力波动,保持被控对象流量恒定的作用。这种情况下,二者可以互换。

      对于采用集中质调节的供热系统,一个支路上连接多个用户,无疑在支路入口处可以装设自力式压差平衡阀。但如果各用户的调节是不经常的、无规律的以及相对于支路的总流量来说调节所产生的影响是轻微的,则也可以把支路的流量视为恒定,采用自力式流量平衡阀。

      对于二者均可采用的场合,推荐采用自力式流量平衡阀,因为流量平衡阀可以直接设定和显示流量,且无需连接导管。

      5 自力式平衡阀在供热系统中应用的总结

      (1)对于质调节系统可根据恒定流量和恒定压差的需要,选用自力式流量平衡阀和自力式压差平衡阀。

      (2)对于量调节系统,因运行调节时改变了系统的水力工况,所以不能采用自力式平衡阀和自力式压差平衡阀。这时,若采用手动平衡阀,系统总流量变化时,各支路、各用户、各末端装置的流量同比例变化,即系统的集中调节可?#28304;?#36798;至每个末端装置。

      (3)当被控对象有内部调节时,装设自力式流量平衡阀。将使被控对象内部的各支路间出现较大的调节干扰。而装设自力式压差平衡阀,既可吸收网路的压力波动、又可以使被控对象内部各支路间的调节干扰大大减弱。因而被控对象有内部调节时,可装设自力式压差平衡阀,不可装设自力式流量平衡阀。对于分户热计量的质调节供暖系统,在一个向多户供暖的支路入口处,宜装设自力式压差平衡阀。

      (4)被控对象无内部调节时,装设自力式流量平衡阀和自力式压差平衡阀,具有相同的效果,二者可以互换。当二者均可采用时,推荐采用自力式流量平衡阀。

      6 在供热系统中使用自力式平衡阀的?#20040;?/p>

      在目前我国供热系统以质调为主的前提下,安装使用自力式平衡阀是实现运行动态调节、降低运行成?#23613;?#33410;约能源的有效措施,对推动集中供热事业的发展必然产生深远影响。

      (1)在管网系统中安装自力式平衡阀,实现动态调节后,管网中的阻力能自动调整,确保设计的水泵G-H特性曲线在最?#21387;?#20917;下运行,从而达到节电的目的。

      (2)在管网系统中安装自力式平衡阀实现管网运行动态调节,可以有效地克服系统中的“近热远冷”现象,真正达到热量按需分配到热用户的目的,既提高了供热质量,还能增加供热面积。

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