|
摘 要 全面水力平衡的概念引入国内已经有十余个年头，每个大型水系统都需要配置平衡阀来实现全面水力平衡已被大多数客户所接受，但随着这个行业的不断发展，新产品的推陈出新，某些项目上虽然安装了很多平衡阀却在后期调试过程中无法起到最基本流量分配的情况还是屡见不鲜。许多设计师对各种平衡阀的应用场合考虑不周，在很多工程中，平衡阀的设置不尽合理，分析众多工程的水系统的实际运行状况，静态平衡阀、动态平衡阀的选型、分布、计算最为关键，合适的选型既有利于系统运行，更有利于减少投资。 关键词 洁净室；水力平衡；静态平衡阀；动态平衡阀；选型分析；风险 0 引言 目前水力平衡行业情况：由于对节能理念的追求，动态平衡解决所谓动态水力互扰的作用被过大的追捧，甚至“只要每个末端配置动态平衡调节阀就能实现全面水力平衡”、“全动态阀的平衡方案是最豪华有效的配置方案”等等概念已被很多客户所接受。 但是，至少目前为止平衡阀产品在我国并没有统一的技术规范，很多厂家的动态平衡调节阀产品的功能并不完备，绝大多数在市场上销售的动态平衡调节阀都不具备关断的功能无法测量阀门关断压差；99%的动态平衡调节阀由于可变自力式阻力结构，无法实现准确的流量测量，导致水系统在没有完全排查出可能存在的故障的前提下，部分回路流量在满负荷工况调试时就没能实现等比例分配，存在很多欠流的隐患，到系统运行时由于动态平衡调节阀本身的阻力不可控更加剧了流量分配的不均匀，造成了水系统部分回路崩溃性的功能缺陷。 1 水力平衡系统的3点作用 第一：在初次调试时根据逐点测量的数据排除系统可能存在的故障。 第二：实现水系统满负荷运行时的流量等比例分配。 第三：配合调节阀更精准的实现变负荷运行时的流量分配。并且，以上3点功能并不是平行的关系，而是只有实现了系统排查故障后才能实现初次一次流量分配，才有可能实现动态流量精准分配的效果。 2 平衡阀简介 2.1 静态平衡阀（手动平衡阀）每个刻度对应准确的流通能力系数，可通过测量阀前后压差准确的计算出通过的流量。通过前期的水力计算给出理论上每个静态平衡阀需要附加的阻力和对应的阀门开度圈数；调试过程中根据就地测量的数据及合适的系统调试方法给予每个静态平衡阀以手动设定。系统中逐级设 置静态阀可实现在固定运行工况下水流的按需分配。通过静态平衡阀的系统调试可以判断系统中是否存在堵塞或者控制阀无法正常开启的情况，可保证每个回路的流量按需分配。 2.2 动态压差平衡阀（自力式压差控制器） 在工作压差范围内，可限定系统中2点间的压差不超过设定指标。由于低负荷情况下，管路与末端盘管上压损的变化与水泵输出扬程的变化不匹配，施加在控制阀实际控制曲线收到压差变动而发生偏离，导致控制阀无法根据既定设定实施系统流量的控制，而造成不必要的能源浪费。 通过前期的水力计算对于控制阀控制特性可能发生偏离的指标大于可被接受范围的支路需要加配压差控制器以解决此类问题。由于水系统中各区域启停时间不一致，在部分回路关闭时势必造成其他回路中资用压头的过多提供造成过流的情况。对于可能经常发生此类情况的系统，需要在各区域对应回路前加配压差控制器以解决此类问题。 2.3 动态流量平衡阀（限流阀） 在工作流量范围内，限定通过的最大流量。在资用压头始终绝对充足的系统中（低负荷运行时施加在该阀门两端的压差也不能低于最小要求），该产品可保证对应回路不过流。此类产品根据目前国内中央空调系统的特点，仅适用于二次泵系统中的流量相对恒定的一次侧。在变流量系统中，当施加在限流阀的资用压头未达到最低要求的情况下，该产品不仅不能起到流量分配的作用，反而不可控制的额外增加系统的阻力。 2.4 关于自力式压差控制机构的在系统中设置说明 压差控制机构指自力式压差平衡阀以及动态平衡调节阀，区别在于压差控制点在支路两端还是控制阀两端。越接近控制阀两端的压差控制，对于控制阀曲线在变负荷工况下的精准控制效果更佳，但必须付出更高的初投资及系统阻力消耗的代价。所以一般我建议根据阀权度0.25为基准核算压差控制机构的设置点，即如果在立管总管上设置压差阀能使得该回路中所有控制阀的阀权度达到0.25，就不需要在其分支水平回路上另设压差控制机构。 3 方案选型分析 对于水力平衡系统而言就是要做到物尽其用。所谓的物尽其用就是要做到（方案见图1）：能用；好用；用好。 3.1 能用 首先要保证配置的产品本身没有功能上的缺失，必须要能关断，能实现精准测量，在重复开关操作后设定阻力保持不变。其次，系统管路设计没有明显的选型错误，做到逐级设置测量点，保证后期可测量和能调试。对于每个自力式产品（压差控制器、动态平衡调节阀）应用点的压差范围做计算，选择工作范围核实的产品以配置，以免由于资用压头不够造成自力式机构失效。
3.2 好用 要求根据系统真实的功能需求选择最合理的平衡阀设计方案，前期通过计算区分哪些回路需要控制压差，必须要增加自力式阻力元件来辅助提升调节阀的工作性能。对于商用空调水系统而言，一定不是每个回路都需要控制压差，调节阀工作曲线受到资用压头变化而产生的偏差对于室内温度控制的影响一定是在某个范围内可被接受的。每个回路配置压差控制，一定会增加系统总的阻力，增加了水泵的功耗。 3.3 用好 就是把每个阀门的功能都充分使用到：利用好平衡阀本身关断的功能，可取消原本检修需要配置的关断阀门。通过前期计算，在需要预设定阻力的应用点选择更小型号的平衡阀产品。结合平衡阀调试找出系统中的隐患点加以及时处理。根据平衡调试的设定数据，判断变频水泵的最佳设定点，让变频水系统能真正实现在不影响系统使用的情况下实现能源的节约。 4 自力式压差阀的应用分析 动态压差平衡阀组工作原理如图2所示： 供水管安装了静态平衡阀STAD，回水
管安装了动态压差平衡阀（STAP），两者之间通过一根毛细管连接实现导压功能。动态压差平衡阀内由一根弹簧、一个膜片实现压力恒定的功能。上游高压端压力为P1，经过末端回路后的压力为P2，通过动态压差平衡阀之后的压力为P3，P2和P1之间的差值是恒定的，而P3和P2之间的差值（即动态压差平衡阀消耗的压降）是变化的。(洁净室www.iwuchen.com) 当系统中其余末端关闭，该回路上游压力P1变大，通过导压管加到动态压差平衡阀的膜腔内的压力变大，弹簧联动膜片下压，导致动态压差平衡阀的开度减小，P3和P2之间的压差变大，P2和P1之间的压差保持恒定，多余的资用压头由动态压差平衡阀吸收。当ΔH从60变为80甚至100，ΔPL永远恒定在30k Pa左右。从动态压差平衡阀的结构上可以看出，动态压差平衡阀内部构造是弹簧结构，在调试的过程中，弹簧拉伸长度不停变化，其Kvs值（即阀门开度）是在不断变化的，而通过阀门的流量需通过下列公式计算得出：
5 动态压差平衡阀单独使用 可能会造成以下风险 5.1 第一次系统充水时可能会因为 瞬时压力过大而损坏压差阀内的膜片 动态压差阀安装在回水管，需要在供水管上打一个孔并将导压用的毛细管的一头焊接在供水管上，另一头连接到回水管的动态压差平衡阀上，毛细管在这里起到导通压力的功能，将上游水的压力导通到动态压差平衡阀内的腔体内，由 于毛细管很细，第一次系统充水时将会在毛细管内形成流速很高的水流，这个高流速水流冲击在动态压差平衡阀的膜片上可能会将其打坏，使得压差阀不能正常工作。（见图4）
5.2 动态压差平衡阀单独使用无法实现量化调试保证系统满足使用要求 由于动态压差平衡阀无法实现对流量的精确测量，在调试过程中，只能根据原设计过程中确定的压降值ΔPL来调整动态压差平衡阀的设定值。如原设计资用压头ΔPL为80k Pa，但由于末端选型变更或者是现场管路走向变化或者短路局 部存在堵塞可能将导致实际所需的资用压头ΔPL为100k Pa，如果只有动态压差平衡阀，我们只能将其调整到80k Pa，将无法满足实际所需流量，系统可能会出现欠流的情况。见图5。
5.3 配合使用静态平衡阀好处 当静态平衡阀和动态压差平衡阀结合使用的时候，由于静态平衡阀可带附件连接毛细管，而此附件在调试前是完全关断的，所以在充水阶段不会将动态压差平衡阀打坏。仅在调试过程中才会将毛细管导通使其动作（见图6）。另外，静态平衡阀可实现测量流量的功能，无论现场的压降和原设计是否有出入，只要流量数据是准确的我们就可以实现精确的调试。在调试过程中，我们一边测量通过静态平衡阀的流量，一边调整动态压差平衡阀的的设定值，直到静态阀测得的流量达到设计流量，此时压差阀的设定值就是实际所需的压降。
6 结语 平衡阀本身根据应用场合不同，本身功能各不相同。正确的配置水力平衡系统中各种类平衡阀产品的分布，保证每个平衡阀产品都能起到作用，是在设计阶段需要根据系统的实际需求而定的。由于只有静态平衡阀具备精确流量测量的功能（压差控制器、动态流量平衡阀本身自力式弹簧机构会随工况变化而变化阻力），对于系统而言首先需要逐级配置静态平衡阀以实现最基本流量按需分配。 任何更高要求的需求都必将增加一定的成本和代价。对于部分回路存在低流量情况下，控制阀实际控制性能无法满足需求的情况下，对于该部分回路需要增加压差控制器。对于控制阀在低流量工况下控制精度越高，压差控制的设定点将越接近控制阀两端。 参考文献 [1] 王晓松变流量系统动态水力平衡设备能否取代静态水力平衡阀[J] 暖通空调副刊 2007，37（5）. [2] Robert Petitjean著全面水力平衡暖通空调水力系统设计与应用手册[M] .北京：中国工业出版社，2007. [3] 章宏甲，黄谊，王积伟.液压与气体传动[M].北京：机械工业出版，2002 [4] 徐灏.机械设计手册.(第五卷) [M].北京：机械工业出版社，1997. 来源：iwuchen |
|
|
