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動態平衡閥的原理與應用


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一、概述:

在支路較多的流體系統中,經常會出現有些管路流量過大而有些管路流量過小的現象,從而達不到設計的要求,不能滿足使用。如果在空調或供暖系統中,水系統達不到平衡,就會導致有些區域冷()量不足,而有些區域冷()量過大,造成冷熱不均。而且,在水流量過大的管路中容易產生衝擊噪音,甚至造成裝置的損壞。 

影響水系統平衡的因素很多,即使有完美的設計,也很難達到實質上的平衡。通常經首次除錯後,在系統某一部分或多個部分發生變化時,將會使原來的平衡狀態改變,造成新的失調現象。 為了使系統水力失調較小,除採用較理想的系統制式外,迫切需要有效的自動水力平衡裝置,以適應變流量調節需要。動態流量平衡閥就是解決這一課題的一種自動平衡系統。 

二、動態平衡閥的工作原理透過改變平衡閥閥芯的過流面積來適應閥門前後的壓差變化,從而達到控制流量的目的。

動態平衡閥是一個區域性阻力可以變化的節流元件,對於不可壓縮的流體其簡化流量方程為:

 Q = KAΔp0.5

式中

Q——透過平衡閥的流量; 

K——閥門開度的流通繫數 

A—閥芯的過流面積; 

△P——閥門進出口壓差。 

由於在閥門開度不變的前提下,K 值的變化可忽略,因此閥門的流量要保持恆定應控制 AΔp0.5 不變(這是該種閥門結構效能的特點)。而平衡閥由可變過流面積的閥膽和高精度(± 5)的彈簧及支撐裝置構成。彈簧受壓差的作用自動控制閥膽上過流面積的大小,從而使透過閥門的流量恆定。 

動態平衡閥具有在一定的壓力範圍內限制空調末端裝置的最大流量、自動恆定流量的特點,在大型、複雜、空調採暖負荷不恆定的工程中,簡化了系統除錯過程,並縮短了除錯時間。特別是在異程水系統中使用平衡閥,可以容易實現水力工況平衡、滿足設計環境溫度的要求,並且在空調系統的執行過程中末端裝置可以不受其它末端的啟停幹擾。 

三、採用動態流量平衡閥的意義

1、在工作壓差範圍內可以精確地控制管路流量,使整個系統能時刻保持平衡。 

2、無須對整個管道進行煩瑣、細微的阻力流量平衡計算。 

3、無需人工調節,可省去大量人力,安裝空間也不受限制,同時也避免了人為的破壞性調節。 

4、某一區域管路的改變或執行調整不會影響到其他區域的平衡。在系統改擴建時,如已安裝動態流量平衡閥的支路,設計流量不發生變化無須對其進行再次調節。 

5、能夠防止因流量過大而造成對裝置的損耗,提高裝置的耐用性和安全性。 

6、整個水系統簡潔、可靠,無須安裝同程管道,節省初投資、安裝及材料費用。 

7、製冷機組與水泵在平衡的水系統中可保持最佳工作狀態,提高了執行效率,達到節能的目的。 

8、由於採用動態流量平衡閥可準確地控制各支路的流量,故在對如水泵、末端空氣處理裝置、製冷主機等裝置進行選型時,無須考慮由此產生的富餘容量,這樣可節省初投資,同時大大降低了能量的消耗。 

四、動態流量平衡閥在實際工程中的運用

1、製冷機組冷凍水系統,鍋爐或換熱器供水系統 

多臺製冷機通常並聯連線,這樣可以根據冷負荷的變化來調整製冷機開停的個數,達到節能的目的;在製冷機前安裝動態流量平衡閥,保證每臺機組水流量的合理分配,避免水流過多或不足,同時可起到保護製冷機組的作用。同樣的原理,動態流量平衡閥可適用於多臺鍋爐(或換熱器)並聯絡統。 

2、冷卻水系統 

安裝動態流量平衡閥可以保證每個製冷機冷凝器的冷卻水流量不會過大或過小,同樣在冷卻塔前安裝平衡閥,也可保證流過每個冷卻塔的水流量。這樣可以保證散熱效果,同時避免流量過大而造成超負荷。 

3、並聯水泵系統 

在並聯水泵系統中,當一臺水泵停止執行時,可導致另一臺或多臺水泵超載執行,效率降低,在每臺水泵前安裝平衡閥,可保證每臺水泵在設計工況下執行,具有明顯的節能效果。

4、區域供暖系統 

在各使用者區域網水管線上安裝自動流量平衡閥,可以實現各個使用者區域供熱水量按需分配,避免造成區域間冷、熱失調的現象,保證供暖效果;同時又使迴圈水泵在最佳下作範圍內執行,達到節能效果。 

5、空氣處理機組、風機盤管、散熱器等末端裝置 

空氣處理機組或風機盤管後面安裝動態流量平衡閥,可使流經每個機組的水流量保持於設計值,即使系統增加或減少執行機組的數量也不會影響其它機組的水力平衡,使得每個機組供冷量或供熱量達到設計要求,也避免了個別機組因水量過多而造成的噪音,同時對末端裝置起到保護作用(也可用於散熱器供暖系統)。採用動態流量平衡閥,無需同程安裝,這樣可以節省大量材料和人工費。 

6、其他用途 

動態平衡閥在生活用水系統、農業灌溉水系統的平衡、工業裝置用水管網的平衡等都有良好的應用前景。 

五、空凋系統應用動態平衡閥應註意的問題

1、動態平衡閥只起水力平衡作用,不能使用於負荷調節。 

由於誤解,容易認為平衡閥也能平衡空調或採暖負荷,用平衡閥取代電動三通或二通調節閥。平衡閥起水力平衡作用,而電動三通或二通調節閥能夠調節環境負荷所需水量。 

2、動態平衡閥不應多極設定 

在空調系統中,手動調節閥往往多極設定的,如果按照這一方法多極設定動態平衡閥,當下級的一個或多個裝置關閉電動閥,而上級平衡閥仍保持流量不變,則會造成下級末關閉的裝置流量增加,不但加大了水流噪聲,還會影響使用功能,並且也增加了不必要的經濟投資。

六、動態平衡閥的應用實體

1、應用簡介 

某大廈,建築面積25400M2,地下2 層,地上22 層,冷凍機負荷1000RT,由於有效商業面積率高,裝置用房和管井面積小,全部冷凍水管採用異程設計,為瞭解決水系統管線長,難平衡的困難,經過多種方案的反覆比較和論證,採用了以下平衡閥配置方案: 

(1)、新風機、多風量空調機末端安裝動態流量平衡閥及自控閥。 

(2)、每層總供水管設定動態流量平衡閥。 

(3)、部分樓層寫字樓閣2-3 個風機盤管合用一個動態流量平衡閥及自控閥。 

2、平衡閥應用總結 

(1)、長管線異程大系統多級安裝普通平衡閥價格高於末端裝置一級動態平衡閥。 

(2)、在末端裝置上安裝動態平衡閥,維修時影響的範圍小,並各租戶不受其他租戶空調裝置啟停的影響。 

(3)、動態平衡閥自帶過濾器,避免了水系統管路中的汙垢對自控閥門的損傷。 

(4)、由於動態平衡閥在某一段壓力範圍內的誤差只有±5%,某些裝置的開或關對其他裝置的流量幾乎沒有影響,保證了末端裝置水流量的穩定性。 

七、結論

上述論述是對一般動態流量平衡閥而言,適用於必須要求定流量的管線和裝置(如製冷機)和由於冷熱負荷變化不採用變流量控制,而採用定流量的溫度控制場合(如大型熱水熱力網系統)。如果為滿足冷熱負荷變化採用變流量控制,則要採用帶一些輔助設施的動態流量平衡閥或採用其他措施。 

動態流量平衡閥種類多,其應用可簡化水系統設計,初調節極簡便,且動態補償執行中的工況波動。既適合空凋系統中定流量的應用場合,又適合變流量的空調系統,對於正在推廣的實行分戶熱計量的供暖系統也是不可缺乏的水力調控裝置,具備廣闊的應用前景。


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