壓差、流量與水力工況平衡

5/5壓差、流量與水力工況平衡１、平衡閥平衡閥正確地理解應(yīng)為水力工況平衡用閥。從這一觀念出發(fā)一切用于水力工況平衡的閥門如調(diào)節(jié)閥、減壓閥、自力式流量控制閥、自力式壓差控制閥都應(yīng)看成水力工況平衡用閥。2、壓差、流量和水力工況平衡一般地說供熱、空調(diào)的管網(wǎng)都是閉路循環(huán)的管網(wǎng)，其水力工況是指系統(tǒng)各點(diǎn)的壓力,各管段的流量、壓差.由公式△P＝SG2(△P——壓差或稱阻力損失、S——管段或系統(tǒng)的阻力系數(shù)、G—-管段或系統(tǒng)的流量)可知，流量和壓力是相關(guān)參數(shù)，流量變化必然導(dǎo)致壓力的變化；S值不變的系統(tǒng),壓差的變化必然起因于流量的改變。因此說沒有一種不影響壓力的流量控制閥,也沒有一種不影響流量的壓力控制閥。

水力工況平衡是指流量的合理分配.在供熱和空調(diào)管網(wǎng)中，水是熱載體介質(zhì)，水流量的合理分配是熱力工況平衡的基礎(chǔ).設(shè)計(jì)者在進(jìn)行水力工況計(jì)算時(shí)在各分支流量為設(shè)計(jì)值的假想情況下進(jìn)行的.但在實(shí)際運(yùn)行中，由于管材及最高流速形成的限制，這樣勢(shì)必造成近端阻力系數(shù)不能達(dá)到設(shè)計(jì)理想狀態(tài)，形成近端流量過大,遠(yuǎn)端流量不足的失調(diào)現(xiàn)象。另一方面，為保證空調(diào)末端裝置的壓差，設(shè)計(jì)者在選擇水泵揚(yáng)程時(shí)，是按系統(tǒng)的最遠(yuǎn)不利環(huán)路獲得設(shè)計(jì)流量來選定。但是這會(huì)使其余所有末端裝置處差壓過高,從而造成流量分配不均勻。因此,要達(dá)到合理的流量分配，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的最佳效果,單靠設(shè)計(jì)（計(jì)算）來實(shí)現(xiàn)水力平衡幾乎是不可能的。要解決流量與壓力的問題，采用平衡閥來合理分配流量，消除流量過大或流量過小的失衡現(xiàn)象（消除流量過大,意味著控制閥在中等及小負(fù)荷時(shí)，不會(huì)以接近關(guān)閉的位置運(yùn)行,這樣就不會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的控制及室溫波動(dòng)。消除流量過小意味著全部末端裝置在任何運(yùn)行工況下能提供出它們的設(shè)計(jì)功力）,達(dá)到系統(tǒng)所需的水力工況平衡,是一個(gè)簡(jiǎn)單而實(shí)惠的選擇.其基本原理就是采用平衡閥來消除有利環(huán)路的剩余壓差，以便使系統(tǒng)所有環(huán)路均達(dá)到設(shè)計(jì)流量.由我公司２005年竣工的四川省青少年體育活動(dòng)中心（綜合訓(xùn)練館）中央空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題與處理，就是一個(gè)典型利用平衡閥的壓差控制來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)流量平衡繼而實(shí)現(xiàn)水力工況平衡范例。(四川省青少年體育活動(dòng)中心（綜合訓(xùn)練館），建筑面積２．6萬余平米，暖通空調(diào)之水系統(tǒng)是一個(gè)含有多個(gè)子系統(tǒng)的大型變流量水力系統(tǒng),共分4個(gè)供、回水系統(tǒng)，向14個(gè)訓(xùn)練館及夾層提供冷、熱源。額定制冷量４834kw、制熱量3140ｋw設(shè)計(jì)額定流量３30m3/h,水泵揚(yáng)程四川省青少年活動(dòng)中心綜合訓(xùn)練館（20０5年２月)投入使用以后，空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效果不是很好，主要反映在制冷、制熱效果不均衡，各樓層、練習(xí)館溫差大.特別是20０6年6～8月遇到多年未見的熱浪，制冷效果更顯得不平衡。處于系統(tǒng)末端的武術(shù)館其組合式空調(diào)器供回水壓力差為８KPａ(正常情況不應(yīng)小于2０KPａ）,其表冷段溫度為14℃~1７℃之間，有段時(shí)間甚至升到24℃左右，也就是說表冷段循環(huán)未起作用,其盤管內(nèi)的水近乎于“死水"狀態(tài),造成在開機(jī)狀態(tài)下館內(nèi)溫度仍高達(dá)37℃。２006年8月１2日為解決以上問題,我們與“中心”設(shè)備管理處及相關(guān)設(shè)備廠家一道，對(duì)系統(tǒng)作了一次全面的檢查,基本上排除了空調(diào)水系統(tǒng)中相關(guān)設(shè)備及管路的原因，焦點(diǎn)集中在了“壓差"控制和“流量"的分配上,也就是水力工況平衡問題。3、用平衡原理解析訓(xùn)練館水力工況失衡現(xiàn)象：?3.1末端流量不足,實(shí)際水壓達(dá)不到設(shè)計(jì)水壓,導(dǎo)致末端過不去水。

實(shí)際上是由于近端支線阻力小、流量大,造成遠(yuǎn)端流量小，水泵工作點(diǎn)偏移在大流量、小揚(yáng)程、低效率的工作點(diǎn)。是典型的水力工況失衡現(xiàn)象。3。2運(yùn)行阻力小于計(jì)算揚(yáng)程，造成水泵實(shí)際揚(yáng)程小于銘牌揚(yáng)程，使水泵處于“大馬拉小車”狀態(tài)。水泵實(shí)際揚(yáng)程小于銘牌揚(yáng)程，使水泵處于“大馬拉小車”狀態(tài),這種現(xiàn)象大多還是水力工況平衡問題。由于水力工況設(shè)計(jì)是一個(gè)設(shè)計(jì)水壓,運(yùn)行水力工況是水泵的工作曲線與外網(wǎng)特性曲線交點(diǎn)形成的(見下圖)。在暖通輸配系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)計(jì)算的原則是按最不利環(huán)路及設(shè)備廠家提供的參數(shù)考慮最大阻力，計(jì)算揚(yáng)程。而實(shí)際上，許多廠家資料給出的末端設(shè)備阻力參數(shù)往往大于實(shí)際值，使得運(yùn)行阻力小于計(jì)算揚(yáng)程。３。3遠(yuǎn)近流量分配的不合理，使得軸功率過載.對(duì)于外網(wǎng)特性曲線△P＝ＳG2，由于并聯(lián)的近端支路S值會(huì)小于設(shè)計(jì)值,造成總S值遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值,當(dāng)循環(huán)水泵處在小揚(yáng)程大流量工況下時(shí)，必然造成水泵在大軸功率,低效率點(diǎn)運(yùn)行.嚴(yán)重時(shí)可能出現(xiàn)軸功率大于電機(jī)銘牌功率，電機(jī)超額定電流，直至燒電機(jī)事故發(fā)生。通過對(duì)上述現(xiàn)象的解析，我們注意到：暖通空調(diào)系統(tǒng)的目的是保持目標(biāo)區(qū)域適宜的溫度。由于空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備的負(fù)荷是隨著季節(jié)以及晝夜轉(zhuǎn)換的變化而變化的,因此各末端空調(diào)設(shè)備的流量也要求隨之變化。為保證空調(diào)系統(tǒng)的舒適節(jié)能性，即保證空調(diào)系統(tǒng)目標(biāo)區(qū)域的適宜溫度，最根本的途徑就是選擇最佳的方法來根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的溫度來調(diào)節(jié)流量，同時(shí)避免在調(diào)節(jié)過程中的相互干擾。通過分析，我們會(huì)同設(shè)備廠家一道對(duì)原設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的手動(dòng)平衡閥進(jìn)行全面檢查，并對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)各支路的流量分配進(jìn)行了逐一的流量測(cè)試，最后發(fā)現(xiàn)主要問題是末端的資用壓頭不能滿足需求，導(dǎo)致末端流量不足。也就是說，在變流量系統(tǒng)中,單靠手動(dòng)平衡閥按照設(shè)計(jì)計(jì)算的比例平衡分配水量,使各支路同時(shí)按比例增減來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)流量的合理分配將受到很大的局限。比如綜合訓(xùn)練館各館的使用時(shí)間、所處的環(huán)境位置等,造成負(fù)荷的變化并不是等比例的。因此,我們認(rèn)為要從根本上解決這一問題應(yīng)從壓差控制來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)流量平衡。這就是文章標(biāo)題所提到的“壓差、流量與水力工況平衡”，而自力式壓差控制閥為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提供了保障。4、自力式壓差控制閥4。１自力式壓差控制閥工作原理

當(dāng)網(wǎng)路的供水壓力P1增大時(shí)，被控回路的供水壓力P２瞬時(shí)增大，隨之感壓膜的受力平衡被打破,閥瓣向關(guān)閉方向移動(dòng),閥的阻力增大,P2又恢復(fù)到原來的大小，即P２-P３不變,反之亦然。當(dāng)網(wǎng)路的回水壓力Ｐ3增大時(shí)，隨之感壓膜的受力平衡被打破,閥瓣向開肩方向移動(dòng),閥的阻力減小，P２增大，P2－P３恢復(fù)不變，反之亦然.當(dāng)被控環(huán)路內(nèi)部的阻力發(fā)生改變，比如某一支路關(guān)斷，環(huán)路的總阻力增大,在這個(gè)瞬間Ｐ2增大，P2—Ｐ3增大，隨之感壓膜的受力平衡被打破，閥瓣向關(guān)閉方向移動(dòng)，閥的阻力增大，P2又恢復(fù)到原來的大小,即Ｐ２-P3不變，可見，無論是網(wǎng)路壓力出現(xiàn)波動(dòng),還是被控環(huán)路內(nèi)部的阻力發(fā)生變化，均可確保被控環(huán)路的壓差恒定。4。2采用自力式壓差控制閥的效果?(１）消耗系統(tǒng)的富裕壓頭，自動(dòng)調(diào)整壓差：當(dāng)靠近冷凍站的系統(tǒng)資用壓頭大于用戶需用壓頭時(shí)，必然導(dǎo)致該用戶支路的流量過大。自力式壓差控制閥的作用就是消耗富裕壓頭（富裕壓頭=資用壓頭-需用壓頭）,調(diào)整壓差，使各分支達(dá)到合理流量.?（２)自力式壓差控制閥起到隔絕系統(tǒng)間流量變化互相干擾作用。四川省青少年體育活動(dòng)中心綜合訓(xùn)練館是由多個(gè)競(jìng)技項(xiàng)目訓(xùn)練館、活動(dòng)中心等構(gòu)成，各館所處的環(huán)境位置、使用時(shí)間的長短、建筑物內(nèi)冷源變化的影響以及傳熱導(dǎo)體的不同等導(dǎo)致末端負(fù)荷變化較大,造成各系統(tǒng)間流量變化的干擾作用明顯。自力式壓差控制閥能根據(jù)末端負(fù)荷的變化,自動(dòng)調(diào)節(jié)管網(wǎng)的水平衡失調(diào)問題，避免了小溫差,大流量運(yùn)行。4．3自力式壓差控制閥在變流量系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)控制自力式壓差控制閥是一種無需外來能源，依靠輸送管網(wǎng)介質(zhì)差壓變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，可接被控管的實(shí)際需要，一次性設(shè)定流量。閥門可在水壓作用下,自動(dòng)消除管線的富余壓力及壓力波動(dòng)所引起的流量偏差,消除閥后壓力的異常變化.無需考慮分支管線間流量調(diào)節(jié)和相互干擾,使流量分配工作變成直觀的一次性操作,降低了流量調(diào)節(jié)工作量.從而實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)流量自動(dòng)平衡.5、結(jié)論隨著人們生活品質(zhì)要求、節(jié)能意識(shí)的不斷提高以及空調(diào)系統(tǒng)的大型化,變流量水力系統(tǒng)在暖通空調(diào)工程中占據(jù)越來越重要的位置。變流量系統(tǒng)在運(yùn)行過程中各分支環(huán)路的流量是隨著外界環(huán)境負(fù)荷的變化而變化的,因此對(duì)系統(tǒng)的水力平衡和調(diào)節(jié)提出了很高的要求。通過采用自力式壓差控制閥來解決四川青少年體育活動(dòng)中心綜合訓(xùn)練館暖通空調(diào)變流量水力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)水力平衡和調(diào)節(jié)問題,使我們更進(jìn)一步了解了平衡閥的作