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)計者在進行水力工況計算時在各分支流量為設(shè)計值的假想情況下進行的.但在實際運行中，由于管材及最高流速形成的限制，這樣勢必造成近端阻力系數(shù)不能達到設(shè)計理想狀態(tài)，形成近端流量過大,遠端流量不足的失調(diào)現(xiàn)象。另一方面，為保證空調(diào)末端裝置的壓差，設(shè)計者在選擇水泵揚程時，是按系統(tǒng)的最遠不利環(huán)路獲得設(shè)計流量來選定。但是這會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,要達到合理的流量分配，實現(xiàn)系統(tǒng)功能的最佳效果,單靠設(shè)計（計算）來實現(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荷時，不會以接近關(guān)閉的位置運行,這樣就不會產(chǎn)生不穩(wěn)定的控制及室溫波動。消除流量過小意味著全部末端裝置在任何運行工況下能提供出它們的設(shè)計功力）,達到系統(tǒng)所需的水力工況平衡,是一個簡單而實惠的選擇.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)路均達到設(shè)計流量.由我公司２005年竣工的四川省青少年體育活動中心（綜合訓練館）中央空調(diào)系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)的問題與處理，就是一個典型利用平衡閥的壓差控制來實現(xiàn)動態(tài)流量平衡繼而實現(xiàn)水力工況平衡范例。(四川省青少年體育活動中心（綜合訓練館），建筑面積２．6萬余平米，暖通空調(diào)之水系統(tǒng)是一個含有多個子系統(tǒng)的大型變流量水力系統(tǒng),共分4個供、回水系統(tǒng)，向14個訓練館及夾層提供冷、熱源。額定制冷量４834kw、制熱量3140ｋw設(shè)計額定流量３30m3/h,水泵揚程四川省青少年活動中心綜合訓練館（20０5年２月)投入使用以后，空調(diào)系統(tǒng)的運行效果不是很好，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),造成在開機狀態(tài)下館內(nèi)溫度仍高達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、用平衡原理解析訓練館水力工況失衡現(xiàn)象：?3.1末端流量不足,實際水壓達不到設(shè)計水壓,導致末端過不去水。

實際上是由于近端支線阻力小、流量大,造成遠端流量小，水泵工作點偏移在大流量、小揚程、低效率的工作點。是典型的水力工況失衡現(xiàn)象。3。2運行阻力小于計算揚程，造成水泵實際揚程小于銘牌揚程，使水泵處于“大馬拉小車”狀態(tài)。水泵實際揚程小于銘牌揚程，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)計是一個設(shè)計水壓,運行水力工況是水泵的工作曲線與外網(wǎng)特性曲線交點形成的(見下圖)。在暖通輸配系統(tǒng)中，設(shè)計計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，計算揚程。而實際上，許多廠家資料給出的末端設(shè)備阻力參數(shù)往往大于實際值，使得運行阻力小于計算揚程。３。3遠近流量分配的不合理，使得軸功率過載.對于外網(wǎng)特性曲線△P＝ＳG2，由于并聯(lián)的近端支路S值會小于設(shè)計值,造成總S值遠小于設(shè)計值,當循環(huán)水泵處在小揚程大流量工況下時，必然造成水泵在大軸功率,低效率點運行.嚴重時可能出現(xiàn)軸功率大于電機銘牌功率，電機超額定電流，直至燒電機事故發(fā)生。通過對上述現(xiàn)象的解析，我們注意到：暖通空調(diào)系統(tǒng)的目的是保持目標區(qū)域適宜的溫度。由于空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備的負荷是隨著季節(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)目標區(qū)域的溫度來調(diào)節(jié)流量，同時避免在調(diào)節(jié)過程中的相互干擾。通過分析，我們會同設(shè)備廠家一道對原設(shè)計系統(tǒng)中的手動平衡閥進行全面檢查，并對設(shè)計系統(tǒng)各支路的流量分配進行了逐一的流量測試，最后發(fā)現(xiàn)主要問題是末端的資用壓頭不能滿足需求，導致末端流量不足。也就是說，在變流量系統(tǒng)中,單靠手動平衡閥按照設(shè)計計算的比例平衡分配水量,使各支路同時按比例增減來實現(xiàn)系統(tǒng)流量的合理分配將受到很大的局限。比如綜合訓練館各館的使用時間、所處的環(huán)境位置等,造成負荷的變化并不是等比例的。因此,我們認為要從根本上解決這一問題應(yīng)從壓差控制來實現(xiàn)動態(tài)流量平衡。這就是文章標題所提到的“壓差、流量與水力工況平衡”，而自力式壓差控制閥為實現(xiàn)這一目標提供了保障。4、自力式壓差控制閥4。１自力式壓差控制閥工作原理

當網(wǎng)路的供水壓力P1增大時，被控回路的供水壓力P２瞬時增大，隨之感壓膜的受力平衡被打破,閥瓣向關(guān)閉方向移動,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。當網(wǎng)路的回水壓力Ｐ3增大時，隨之感壓膜的受力平衡被打破,閥瓣向開肩方向移動,閥的阻力減小，P２增大，P2－P３恢復(fù)不變，反之亦然.當被控環(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，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,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，自動調(diào)整壓差：當靠近冷凍站的系統(tǒng)資用壓頭大于用戶需用壓頭時，必然導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中心綜合訓練館是由多個競技項目訓練館、活動中心等構(gòu)成，各館所處的環(huán)境位置、使用時間的長短、建筑物內(nèi)冷源變化的影響以及傳熱導體的不同等導致末端負荷變化較大,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)末端負荷的變化,自動調(diào)節(jié)管網(wǎng)的水平衡失調(diào)問題，避免了小溫差,大流量運行。4．3自力式壓差控制閥在變流量系統(tǒng)中的動態(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)差壓變化進行自動調(diào)節(jié)流量，可接被控管的實際需要，一次性設(shè)定流量。閥門可在水壓作用下,自動消除管線的富余壓力及壓力波動所引起的流量偏差,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.從而實現(xiàn)管網(wǎng)流量自動平衡.5、結(jié)論隨著人們生活品質(zhì)要求、節(jié)能意識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)在運行過程中各分支環(huán)路的流量是隨著外界環(huán)境負荷的變化而變化的,因此對系統(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中心綜合訓練館暖通空調(diào)變流量水力系統(tǒng)的動態(tài)水力平衡和調(diào)節(jié)問題,使我們更進一步了解了平衡閥的作