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暖通工程控制閥選型分析
本文通過(guò)分析設(shè)計(jì)工況與閥門工作原理的特點(diǎn)，就靜態(tài)水力平衡閥，自力式流量控制閥等進(jìn)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(shí)際設(shè)計(jì)中兩種平衡閥的調(diào)試等作出了闡釋。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，調(diào)節(jié)閥作為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，調(diào)節(jié)閥應(yīng)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(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥作為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用、維護(hù)方便，且具有本質(zhì)安全特性的調(diào)節(jié)閥種類，得到的應(yīng)用。氣動(dòng)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(shè)計(jì)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，談?wù)剼鈩?dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的選型注意事項(xiàng)。
1、暖通工程控制閥選型分析根據(jù)使用要求選型。
氣動(dòng)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(dòng)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(duì)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(chǎng)合。直通雙座閥閥體內(nèi)有上下兩個(gè)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(fù)雜，用于高壓差時(shí)對(duì)閥體的沖蝕損傷較嚴(yán)重，不宜用于高粘度、含懸浮顆粒或含纖維的介質(zhì)。此外由于受加工條件的限制，雙座閥上下兩個(gè)閥芯不易同時(shí)關(guān)嚴(yán)，所以關(guān)閉時(shí)泄漏量大，尤其是在高溫或低溫的場(chǎng)合下使用時(shí)，因材料的熱膨脹系數(shù)不同，更易引起嚴(yán)重的泄漏。角式高壓閥閥體為直角式，流路簡(jiǎn)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(chǎng)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(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥有氣開(kāi)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(dāng)信號(hào)壓力中斷時(shí)調(diào)節(jié)閥處于打開(kāi)或關(guān)閉位置，對(duì)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(shí)危害小，則選用氣開(kāi)閥，信號(hào)壓力中斷時(shí)，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(shè)計(jì)過(guò)程中選擇氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥應(yīng)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(duì)數(shù)流量特性）、快開(kāi)流量特性和拋物線流量特性四種。直線流量特性在相對(duì)開(kāi)度變化相同的情況下，流量小時(shí)流量相對(duì)變化值大；流量大時(shí)，流量相對(duì)變化值小。因此，直線流量調(diào)節(jié)閥在小開(kāi)度（小負(fù)荷）情況下調(diào)節(jié)性能不好，不易控制，往往會(huì)產(chǎn)生振蕩，故直線流量特性調(diào)節(jié)閥不宜用于小開(kāi)度的情況，也不宜用于負(fù)荷變化較大的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，而適用于負(fù)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(fù)荷時(shí)調(diào)節(jié)作用弱，大負(fù)荷調(diào)節(jié)作用強(qiáng)，它在接近關(guān)閉時(shí)調(diào)節(jié)作用弱，工作和緩平穩(wěn)，而接近全開(kāi)時(shí)調(diào)節(jié)作用強(qiáng)，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(fù)荷變化較大的場(chǎng)合，無(wú)論在全負(fù)荷生產(chǎn)和半負(fù)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(yīng)根據(jù)已知的流體計(jì)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(jì)算CV時(shí)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(yīng)用的討論
1.1、設(shè)計(jì)工況下的水力失調(diào)
一個(gè)HVAC系統(tǒng)能夠充分保證該設(shè)備在滿負(fù)荷的工況下，所有的使用者都可以獲得設(shè)計(jì)是所要求的水量，同時(shí)還能夠充分保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)效益，有效地減少客戶的用水投訴以及水資源浪費(fèi)等情況的發(fā)生，只有這樣的系統(tǒng)才能算是一個(gè)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(shè)計(jì)的壓頭時(shí)，那么該用戶的實(shí)際水流量就會(huì)超過(guò)設(shè)計(jì)的流量，這樣就會(huì)給其他環(huán)路的實(shí)際流量帶來(lái)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(shè)計(jì)或施工等原因而導(dǎo)致的，靜力性水力失調(diào)是系統(tǒng)本身無(wú)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(shí)際流量都大于或者等于系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(huì)引起客戶的投訴，因此這種情況不會(huì)引起設(shè)計(jì)人員的關(guān)注。一般情況下，我們使用公式ΔP=SG2來(lái)對(duì)閉路循環(huán)的管網(wǎng)狀態(tài)下的水力工況各個(gè)物理因子間存在的關(guān)系進(jìn)行描述(Δp為壓差、S為管網(wǎng)阻抗、G為流量)。
在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有引進(jìn)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(lái)對(duì)靜態(tài)水力系統(tǒng)實(shí)施控制。由于這些閥具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等優(yōu)點(diǎn)在國(guó)內(nèi)得到了廣泛運(yùn)用。
設(shè)計(jì)人員在明確設(shè)計(jì)選型的基礎(chǔ)上，在系統(tǒng)進(jìn)行滿負(fù)荷工況下應(yīng)該將末端的所有溫控電動(dòng)閥打開(kāi)，并將一號(hào)到三號(hào)的末端流量設(shè)計(jì)為33m3/h。其閥門都保持了開(kāi)度，這時(shí)一號(hào)末端的實(shí)際流量為39m3/h;二號(hào)為35m3/h;三號(hào)為31m3/h，這時(shí)水泵工作點(diǎn)參數(shù)揚(yáng)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(guò)調(diào)節(jié)一號(hào)和二號(hào)節(jié)閥的開(kāi)度來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，具體操作為：將一號(hào)加溫控閥壓差降低40kPa;二號(hào)壓差降低20kPa，保證三個(gè)末端節(jié)點(diǎn)盤管的加溫控閥兩端的阻力都保持在80kPa，并且同時(shí)能夠滿足所設(shè)計(jì)的33m3/h的流量，水泵揚(yáng)程在20m，流量達(dá)到100m3/h，這樣就實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的靜態(tài)平衡。因此，我們并不需對(duì)所有的節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靜態(tài)水力平衡，所以我們?cè)趯?duì)末端支路進(jìn)行靜態(tài)水力平衡節(jié)閥配置時(shí)，并不需要逐個(gè)配置，也就是說(shuō)靜態(tài)水力平衡閥并不是處理這類問(wèn)題的途徑。
在當(dāng)前的情況下，絕大多數(shù)的HVAC水力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)只是針對(duì)末端支路進(jìn)行設(shè)計(jì)流量的標(biāo)示，基本不會(huì)關(guān)注末端壓差值的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，在具體的運(yùn)行過(guò)程中，一些需要手動(dòng)來(lái)完成平衡調(diào)節(jié)的基本上都依賴于設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)行和維護(hù)人員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)完成，屬于一種沒(méi)有理論支撐的系統(tǒng)調(diào)節(jié)法。但從實(shí)際效果來(lái)看，這種沒(méi)有理論支撐的調(diào)節(jié)方法確實(shí)為系統(tǒng)的水力失調(diào)帶來(lái)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(shí)質(zhì)上就是一種多功能的手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，靜態(tài)平衡閥具有單閥多功能的特點(diǎn)"基于實(shí)驗(yàn)性能夠特性的數(shù)據(jù)來(lái)講，當(dāng)Δp為常數(shù)狀態(tài)，這時(shí)靜態(tài)水力平衡閥并不具有明顯的調(diào)節(jié)優(yōu)勢(shì)，因此在當(dāng)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(dāng)前靜態(tài)水力平衡閥市場(chǎng)上的流通的平衡閥產(chǎn)品具有流量測(cè)量、閥門開(kāi)度屏顯、預(yù)流、排空等功能。使用靜態(tài)水力平衡閥可以通過(guò)特定的儀器對(duì)流量進(jìn)行及時(shí)地測(cè)量，同時(shí)也可以起到開(kāi)關(guān)的作用。一旦平衡閥完成調(diào)試以后，我們就不可以對(duì)閥門開(kāi)度進(jìn)行順意變動(dòng)。這主要考慮到了后期的維護(hù)問(wèn)題，我們對(duì)閥體主軸進(jìn)行了密封處理。像測(cè)量等工作都不需要在中斷系統(tǒng)的情況下運(yùn)行，在現(xiàn)場(chǎng)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(jià)比來(lái)看，其價(jià)格相對(duì)相同流量的離心式水泵不具有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在目前的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的靜態(tài)水力平衡閥還存在著一些問(wèn)題。而針對(duì)不可壓縮的流體來(lái)說(shuō)，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(lái)使用。
靜態(tài)水力平衡閥可以依靠其閥門開(kāi)度來(lái)對(duì)閥門的流動(dòng)阻力進(jìn)行調(diào)節(jié)，閥門各開(kāi)度都對(duì)應(yīng)一個(gè)KV值，而不同開(kāi)度的KV值是固定的，那么我們只要獲得現(xiàn)場(chǎng)的Δp就可以得出其Q值。為了方便測(cè)量，一般情況下我們對(duì)靜態(tài)水力平衡閥的兩個(gè)端口設(shè)置了的壓力測(cè)試孔，這一部件通常會(huì)作為節(jié)流來(lái)使用。我們?cè)谶M(jìn)行工程調(diào)試工作時(shí)，我們使用廠商提供的相關(guān)水力平衡調(diào)試設(shè)備來(lái)對(duì)Δp值進(jìn)行測(cè)量，然后利用相關(guān)的軟件找出其對(duì)應(yīng)的KV值，從而計(jì)算出具體的Q值。在這個(gè)時(shí)候，Δp作為具體的測(cè)量數(shù)值;KV作為設(shè)定的數(shù)值，當(dāng)其滿足ΔP=0.1MPa條件時(shí);Q就是具體的計(jì)算數(shù)值，影響其計(jì)算速度的因素主要包括對(duì)閥門實(shí)際過(guò)流面積以及其粗糙度估計(jì)數(shù)值的程度等。
需要引起重視的是，我們?cè)谑褂闷胶忾y來(lái)處理相關(guān)的水力失調(diào)問(wèn)題是需要一定的支撐條件的"基于靜態(tài)水力平衡閥的運(yùn)行機(jī)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(dòng)就會(huì)對(duì)流經(jīng)閥門水量的恒定造成破壞，從而導(dǎo)致標(biāo)定的流量值發(fā)生變化。
在當(dāng)前的市場(chǎng)上，眾多靜態(tài)水力平衡閥的供應(yīng)商都說(shuō)明了其產(chǎn)品具有流量預(yù)設(shè)功能，但在實(shí)際操作過(guò)程中，要想選擇一個(gè)合適的KVS值則很難，因?yàn)楫?dāng)前市場(chǎng)上平衡閥并沒(méi)有給出連續(xù)的KVS值，并沒(méi)有按照實(shí)際需要給出KVS的調(diào)節(jié)值，因此當(dāng)我們按照供應(yīng)商提供的KVS值進(jìn)行流量設(shè)定時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)一定的偏差，并不能滿足實(shí)際調(diào)節(jié)的需要。由于無(wú)法明確現(xiàn)場(chǎng)的Δp值以及在閥門開(kāi)度調(diào)節(jié)時(shí)而引起的KV值變化，在具體的實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，如果無(wú)法明確閥門內(nèi)壁的污垢系數(shù)或者當(dāng)其RE值沒(méi)有超過(guò)三千五的時(shí)候，流量Q值可能會(huì)出現(xiàn)較大的計(jì)算偏差。所以，在進(jìn)行靜態(tài)水力平衡判斷時(shí)，必須要保證全部的自力式閥門都達(dá)到了相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)值，保證所有的末端設(shè)備溫控閥處于全開(kāi)狀態(tài)，并能夠保證其流量滿足設(shè)計(jì)所需量。
不管平衡閥是否具備流量的預(yù)設(shè)功能，在完成了水系統(tǒng)的安裝以后，必須要對(duì)所有的閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證靜態(tài)水利平衡閥的流量Q值能夠達(dá)到設(shè)計(jì)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(shí)就鎖定靜態(tài)水利平衡閥的開(kāi)度，并且在運(yùn)行過(guò)程中不能對(duì)所設(shè)置的開(kāi)度進(jìn)行順意調(diào)節(jié)。同時(shí)還要做好相應(yīng)的記錄工作，將相關(guān)的數(shù)據(jù)存人系統(tǒng)設(shè)備調(diào)試檔案，便于今后維護(hù)工作的開(kāi)展。
除此之外，由于不同的設(shè)備供應(yīng)商所提供的計(jì)算機(jī)軟件的KV值不統(tǒng)一，導(dǎo)致不同供應(yīng)商提供的產(chǎn)品配套調(diào)試儀表無(wú)法實(shí)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(shè)置了一個(gè)空腔，這個(gè)空腔成為在線運(yùn)行時(shí)污垢的主要留置點(diǎn)。
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(dāng)前市場(chǎng)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(dòng)式流量調(diào)節(jié)閥的*之處是它能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)的流量調(diào)節(jié)，而不需要借助外部的動(dòng)力就可以完成。在實(shí)際使用過(guò)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的流量分配、動(dòng)態(tài)平衡，從而達(dá)到簡(jiǎn)化系統(tǒng)調(diào)試的目的。基于這些優(yōu)點(diǎn)，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(gè)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥和自動(dòng)平衡閥共同組成，它們分別負(fù)責(zé)設(shè)定流量和維持流量恒定工作。
在手動(dòng)調(diào)節(jié)閥中，KVS是手動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥口的流量系數(shù)，而P2-P3是手動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥口兩側(cè)的壓力差系數(shù)。KVS的大小與開(kāi)度密切相關(guān)，開(kāi)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(jìn)出口的壓差Pl-P3變大，就運(yùn)用動(dòng)感壓膜與彈簧的作用力促使平衡開(kāi)關(guān)自動(dòng)調(diào)小，P1-P2會(huì)變大，保持P2-P3不變，因此形成固定;相反P1-P3變小，平衡開(kāi)關(guān)自動(dòng)調(diào)大，P1-P2會(huì)變小，保持P2-P3不變，從而完成固定"手動(dòng)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)組的每個(gè)閥門打開(kāi)的角度大小都有一個(gè)與之相對(duì)應(yīng)的流量，每個(gè)閥門打開(kāi)的角度與流量之間的關(guān)系由試驗(yàn)臺(tái)出示實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)決定，同時(shí)也有相應(yīng)的開(kāi)度顯示與鎖定設(shè)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(yīng)用
自力式流量控制閥不需要借助外來(lái)的動(dòng)力而是依靠自身介質(zhì)的壓力差來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，自力式流量控制閥配備了自動(dòng)控制流量的元器件，該元件能夠?qū)崿F(xiàn)流量衡定，通過(guò)這一功能從根本上解決了水力失調(diào)的問(wèn)題。自力式流量控制閥的安裝非常簡(jiǎn)單且便于調(diào)節(jié)，使用過(guò)程中消耗的能量較少，其增加的供熱面積可達(dá)到25%-30%之間，大大提升了其運(yùn)行的穩(wěn)定性，保證了供暖的質(zhì)量。我們?cè)谶M(jìn)行混水系統(tǒng)的改造時(shí)，先對(duì)水力進(jìn)行計(jì)算，對(duì)供暖面積、環(huán)流量以以及相應(yīng)的供熱管徑等因素進(jìn)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(lái)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(lái)實(shí)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(gè)相對(duì)穩(wěn)定的流量，保證了系統(tǒng)的平衡運(yùn)行。
