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美國POSI-FLATE蝶閥應(yīng)用分析
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美國POSI-FLATE蝶閥應(yīng)用分析
閥體∶球墨鑄鐵、WCB、DN50以下為熱鍛黃銅
閥膽∶不銹鋼，青銅表面鍍鎳處理
大工作壓力∶2.5MPa
高介質(zhì)溫度∶130℃
誤差∶≤5%
壓降范圍∶14-220KPa，35-410KPa
連接∶DN50-DN600為對夾式、DN50以下為螺紋連接
性能特點(diǎn)
可按設(shè)計(jì)或?qū)嶋H要求設(shè)定流量， 能自動消除系統(tǒng)的壓差波動，保持流量不變。
克服系統(tǒng)冷熱不均現(xiàn)象，提高供熱（供冷）質(zhì)量。
*解決近端壓差大，遠(yuǎn)端壓差小的矛盾。
減少系統(tǒng)循環(huán)水量，降低系統(tǒng)阻力。
減少設(shè)計(jì)工作量，不需要對管網(wǎng)進(jìn)行繁瑣的水力平衡計(jì)算。
降低調(diào)網(wǎng)難度，把復(fù)雜的調(diào)網(wǎng)工作簡化為簡單的流量分配。
免除多熱源管網(wǎng)熱源切換時的流量再分配工作。
流量顯示值均為測試臺上隨機(jī)標(biāo)定，流量（m3/h）
應(yīng)用
簡介： 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市的建筑建設(shè)規(guī)模越來越大，人們對室內(nèi)環(huán)境的要求也越來越高。尤其是建設(shè)在黃金地帶的商業(yè)建筑，如何能提高有效的商用面積率，保證空調(diào)系統(tǒng)的使用和運(yùn)行并不由此而增加能耗，是暖通專業(yè)及建筑開發(fā)商共同關(guān)注的問題。
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市的建筑建設(shè)規(guī)模越來越大，人們對室內(nèi)環(huán)境的要求也越來越高。尤其是建設(shè)在黃金地帶的商業(yè)建筑，如何能提高有效的商用面積率：保證空調(diào)系統(tǒng)的使用和運(yùn)行并不由此而增加能耗？是暖通專業(yè)及建筑開發(fā)商共同關(guān)注的問題。
1 暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中水力系統(tǒng)的現(xiàn)狀
無論是空調(diào)或采暖工程中，由于條件的制約及不可能*采用同程系統(tǒng)。而異程系統(tǒng)在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，為了保證系統(tǒng)不利環(huán)路末端的資用壓頭，所有其他空調(diào)采暖設(shè)備末端的資用壓頭往往大于設(shè)計(jì)工況的需要值，特別是在規(guī)模大建筑功能復(fù)雜的工程中，異程管線長，末端設(shè)備的阻力差異大及空調(diào)末端啟停差異大的系統(tǒng)，在靠近冷熱源位置的資用壓頭余量過大，往往出現(xiàn)流量分配偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)，導(dǎo)致其系統(tǒng)水力失調(diào)。流量的偏差會產(chǎn)生冷熱源近端的空調(diào)太涼或采暖不熱的現(xiàn)象。不但不能保證使用的功能，還造成了能源上的浪費(fèi)。
2 解決水利失調(diào)的辦法
2.1 加節(jié)流孔板
在熱力入口或空調(diào)靠近冷源環(huán)路的部分管段上增加節(jié)流孔板。采用這種辦法解決水力失調(diào)的前提是：水系統(tǒng)阻力計(jì)算準(zhǔn)確、熱力或空調(diào)末端流量不能發(fā)生變化。因此在末端流量變化時仍會造成水力失調(diào)及能源上的浪費(fèi)。
2.2 安裝手動調(diào)節(jié)閥
對大型空調(diào)系統(tǒng)而言，采用手動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)過程復(fù)雜，手動調(diào)節(jié)前端閥門，后端流量會受影響。后端調(diào)整流量，前端流量又會變化。因此調(diào)節(jié)費(fèi)時費(fèi)力；對于復(fù)雜系統(tǒng)，要求調(diào)節(jié)閥門的工程師經(jīng)驗(yàn)豐富。并且一旦系統(tǒng)壓力或負(fù)荷發(fā)生變化仍需要重新調(diào)整水力系統(tǒng)。
2.3 安裝動態(tài)流量平衡閥
熱力入口或空調(diào)設(shè)備末端的設(shè)計(jì)流量確定后，根據(jù)流量及閥門處的壓力變化范圍選定動態(tài)平衡閥，安上設(shè)置好的閥門既可使用。只要閥門處的壓差變化在閥門的設(shè)計(jì)壓力范圍內(nèi)，無需任何人為的調(diào)節(jié)。
3動態(tài)平衡閥的特點(diǎn)
3.1動態(tài)平衡閥的工作原理：
通過改變平衡閥的閥芯的過流面積來適應(yīng)閥門前后的變化，從而達(dá)到控制流量的目的。動態(tài)平衡閥是一個局部阻力可以變化的節(jié)流元件，對于不可壓縮的流體其簡化流量的方程為：
Q=KA（△P）
式中：Q——通過平衡閥的流量；
K——閥門開度的流量系數(shù)；
A——閥芯的過流面積
△P——閥門進(jìn)出口壓差
由于在閥門的開度不變的前提下，K值的變化可忽略，因此閥門的流量要保持恒定應(yīng)控制A（△P）?不變。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(gòu)成。彈簧受壓差的作用自動控制閥膽上過流面積的大小，從而使通過閥門的流量恒定。
3.2 閥門的工作過程：
當(dāng)平衡閥前后壓差小于小啟動壓差是彈簧未被壓縮，流通面積大。當(dāng)閥門前后壓差在工作范圍時閥膽壓縮彈簧，進(jìn)入工作狀態(tài)，水流通過閥膽兩邊的圓孔和幾何型的通道流過；由于閥膽在運(yùn)動，兩邊幾何流型的通道也因此變化—閥體的流通面積不斷變化，在這一壓差范圍內(nèi)水流流量基本保持恒定。當(dāng)平衡閥前后壓差超越工作范圍是，閥膽*壓縮彈簧，水流只從閥膽兩邊的圓孔流過，此時閥膽變成了固定的調(diào)節(jié)器，流量與壓差成正比，隨壓差的增大而增大。
動態(tài)平衡閥具有在一定的壓力范圍內(nèi)限制空調(diào)末端設(shè)備的大流量、自動恒定流量的特點(diǎn)，在大工型、復(fù)雜、空調(diào)采暖負(fù)荷不恒定的工程中，簡化了系統(tǒng)調(diào)試過成，并縮短了調(diào)試時間。特別是在異程水系統(tǒng)中使用平衡閥，可以容易實(shí)現(xiàn)水力工況平衡、滿足設(shè)計(jì)環(huán)境溫度的要求，并且在空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行中末端設(shè)備可以不受其他末端的啟停干擾。
4動態(tài)平衡閥在實(shí)際工程中的應(yīng)用
4.1 區(qū)域供暖
熱力入口處采用動態(tài)平衡閥，保證系統(tǒng)所需流量。
室內(nèi)采暖系統(tǒng)，溫控閥保證每個散熱器通過所需流量，動態(tài)平衡閥保證各立管流量恒定，解決水平失調(diào)。
4.2 空調(diào)系統(tǒng)
大型集中空調(diào)系統(tǒng)中，在空調(diào)設(shè)備（空氣處理機(jī)及風(fēng)機(jī)盤管）末端設(shè)置平衡閥，通過三通（或兩通）電動閥保證設(shè)備所需流量，平衡閥實(shí)現(xiàn)水力工況調(diào)節(jié)。在冷熱源，冷卻塔、水泵等處當(dāng)設(shè)計(jì)管線受*。用平衡閥來避免負(fù)荷偏載，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。
5 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)動態(tài)平衡閥反感因該注意的問題
5.1動態(tài)平衡閥只起水力平衡的作用，不能用于負(fù)荷調(diào)節(jié)
由于對動態(tài)平衡閥的誤解，容易認(rèn)為平衡閥也能平衡空調(diào)或采暖負(fù)荷，用平衡閥取代電動三通閥或兩通閥。但隨著維護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷或室內(nèi)負(fù)荷（人員、設(shè)備、照明等）的動態(tài)變化，要求空調(diào)設(shè)備提供的水量也動態(tài)變化，才能如人所愿——既能保證室內(nèi)溫度的要求、又起到了節(jié)省的作用。在大型空調(diào)系統(tǒng)中，空調(diào)設(shè)備設(shè)置了平衡閥后；各個設(shè)備的啟停不會干擾影響其他設(shè)備的水流量，平衡閥起到了水力平衡的作用；而電動三通或兩通閥節(jié)流，能夠調(diào)節(jié)環(huán)境負(fù)荷所需數(shù)量。
目前，帶電動自控制功能的動態(tài)平衡閥已經(jīng)面市，按負(fù)荷需求動態(tài)平衡空調(diào)系統(tǒng)實(shí)行節(jié)能就更容易實(shí)現(xiàn)了。因此采用帶電動自控功能的動態(tài)平衡閥，可以將水力平衡與負(fù)荷調(diào)節(jié)合二為一，并直接用電腦控制設(shè)定流量，還簡化了安裝及便于安裝在狹小的空間內(nèi)。
5.2動態(tài)平衡閥不應(yīng)該多極設(shè)置
在空調(diào)設(shè)置中，手動調(diào)節(jié)閥是多極設(shè)計(jì)的。而按照這一方法多極設(shè)置動態(tài)平衡閥設(shè)計(jì)概念是不對的。其理由是：如果下級的一個或多個設(shè)備關(guān)閉電動閥，而上級平衡閥扔保持流量不變，則會造成下級未關(guān)閉的設(shè)備流量增加，不但加大了水流噪聲，還會影響使用功能，并且也增加了不必要的經(jīng)濟(jì)投資。
5.3 空調(diào)設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)冬夏供回水溫差水量合理設(shè)置動態(tài)平衡閥
在四管制空調(diào)系統(tǒng)中用兩個平衡閥是可以滿足冬季及夏季不同的水量要求的，當(dāng)冬、夏季節(jié)空調(diào)供熱、冷水溫差不同時，水流量差異很大，因此在兩管制水系統(tǒng)中則應(yīng)根據(jù)冬、夏季不同流量的要求設(shè)置平衡閥：方法一，設(shè)置可變流量型動態(tài)平衡閥，冬夏換季時轉(zhuǎn)換閥門。方法二，設(shè)置兩個平衡閥，閥1按冬季流量選擇閥門，閥2按夏、冬季大水量之差選擇閥門，冬季閥1，夏季開兩個閥，用兩個閥門實(shí)現(xiàn)空調(diào)設(shè)備的四管制功能。方法三，采用帶自控裝置的動態(tài)平衡閥通過電腦設(shè)置流量。否則，由于冬季夏季空調(diào)水流量不同，而簡單在空調(diào)末端上設(shè)置固定流量的動態(tài)平衡閥是不可能滿足兩個季節(jié)的水量平衡的。
應(yīng)用分析
一、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——平衡閥。而市場上稱為平衡閥的產(chǎn)品，僅是附加了流量測試功能的一種手動調(diào)節(jié)閥。
靜態(tài)平衡閥是指手動調(diào)節(jié)閥或手動平衡閥。動態(tài)平衡閥是指自力式流量控制閥和自力式壓差控制閥。自力式流量控制閥也曾稱作自力式流量控制器、自力式平衡閥。自力式壓差控制閥在北歐也稱為Automotic Balamce Valve即自動平衡閥。
二、水力工況和水力工況平衡
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)，流量和壓力的調(diào)控互為手段和目的。減壓手段是減少上游管路的流量；減少流量也必湎是減少管路前點(diǎn)的壓力或增加管路后點(diǎn)的壓力。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。因此說沒有一咱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)。以供熱系統(tǒng)為例，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行水力工況計(jì)算時在各分支流量為設(shè)計(jì)值的假想情況下進(jìn)行的。由于管材及高流速成的限制，設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)水力平衡幾乎是不可能的。這樣勢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。
由于水力工況設(shè)計(jì)成了一個設(shè)計(jì)水壓圖，而實(shí)際運(yùn)行時這一水壓圖必須由閥門平衡調(diào)節(jié)而形成。用閥門調(diào)節(jié)水力工況的過程是建立合理水壓圖的過程，在設(shè)計(jì)合理的情況下，這兩個水壓圖會會合得很好。
由于運(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。
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(jì)值，造成總S值遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值，循環(huán)水泵在小揚(yáng)程大流量工況下運(yùn)行，使水泵在大軸功率，低效率點(diǎn)運(yùn)行。嚴(yán)重時可能出現(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。
調(diào)網(wǎng)的過程就是用平衡閥增加近端阻力，使近端支路S值增大至設(shè)計(jì)值，總S值增大至設(shè)計(jì)值。使遠(yuǎn)近流量分配均勻合理，循環(huán)水泵在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行，達(dá)到節(jié)熱、節(jié)電，提高供熱質(zhì)量的目的。
運(yùn)行崗們工作者常對一些水力工況失衡現(xiàn)象形成誤解：
（1）水泵出力不足，水泵實(shí)際揚(yáng)程小于銘牌揚(yáng)程，導(dǎo)致辭末端過不去水。
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)。
（2）鍋爐或換熱器阻力大，所有鍋爐或換熱器廠商標(biāo)稱阻力都遠(yuǎn)小于實(shí)際阻力。
實(shí)際上總循環(huán)水量的加大必然導(dǎo)致辭鍋爐換熱器等阻力加大。水流量增大40%，阻力增加100%。
（3）鍋爐出力不足,實(shí)際上流量加大后供回水溫差不可能更大。當(dāng)然煤質(zhì)和風(fēng)系統(tǒng)不正常也可能造成鍋爐出力問題。
三、調(diào)網(wǎng)水壓圖分析和平衡閥的安裝位置
調(diào)網(wǎng)的過程是利用平衡閥使各分支達(dá)到合理流量的過程。近端資用壓頭大于用戶需用壓頭必然導(dǎo)致流量過大。必須用閥門消耗富裕壓頭富裕壓頭=資用壓頭-需用壓頭）
圖二示意用戶閥門及各壓力點(diǎn)，如果用戶供水管安裝平衡閥調(diào)網(wǎng)，則P3近似等于P4，P2壓力線如圖三所示，近乎平行P4。如果用戶回水管安裝平衡閥調(diào)網(wǎng)，則P2近似等于P1，P3壓力線近乎平行P1。
戶內(nèi)實(shí)際供水壓力為P2，回水壓力為P3。如果壓力過低會導(dǎo)致運(yùn)行倒空，壓力過高導(dǎo)致耐壓等級較低的元件（如散熱器）的壓力破壞。
因此對地形高差大的管網(wǎng)應(yīng)按上述因素考慮平衡閥的安裝位置。即在地形低洼處樓群平衡閥宜安裝于供水，以保證戶內(nèi)不起壓；在地形較高位置平衡閥宜安裝于回水，以保證用戶不倒空。
對于大型直聯(lián)管網(wǎng)，如電廠凝汽供熱管網(wǎng)，供熱半徑很大，外網(wǎng)供回水壓差很大，因此對平衡閥安裝位置應(yīng)作特殊考慮。
克系數(shù)，L—閥行程
由此可知閥門的每一個行程位置決定△P值的大小，如果閥行程位的Kv與 成反比，則G=Kv· 是恒定值。這一原理的閥初做成流量不可調(diào)的流量限制器，近年生產(chǎn)的流量可調(diào)式一種是做成多管通道，通過堵管調(diào)整設(shè)定流量；另一種是用一手動閥改變自力閥Kv與行程的關(guān)系，但這種辦法很難保證Kv與 在每一調(diào)整位置的反比關(guān)系，造成調(diào)整位的流量控制精度不高。另外有的產(chǎn)品用波紋管制作感壓膜和自由彈簧的一體化產(chǎn)品，由于不銹鋼波紋管處在流動死區(qū)，在水中氯離子含量較高時，極易產(chǎn)生腐蝕。
（3）自力式壓差控制閥與手動調(diào)節(jié)閥閥組原理。這種原理是現(xiàn)在國產(chǎn)流量控制閥廣泛采用的。手動調(diào)節(jié)閥的每一個開度位置對應(yīng)一個Kv值，由自力式壓差控制閥控制手動調(diào)節(jié)閥前的壓差不變，則G=Kv· 不變，改變流量時只需調(diào)整手動調(diào)節(jié)閥的Kv值。
這種閥的流量控制精度決定于壓差控制閥精度，壓差
△P=N/S
N——彈簧力
S——感壓膜工作面積
彈簧力在自力閥的行程內(nèi)會有變化，但使
H/△L=1/10
H——自力閥大位移行程
△L——彈簧的預(yù)壓縮量
則△P的變化僅為±5%，流量精度可達(dá)3%。
這咱自力式流量控制閥的缺點(diǎn)在于閥門有小工作壓差的要求，一般產(chǎn)品要求小工作壓差20KPa，如果安裝在不利回路上，勢必要求循環(huán)泵多增加2米水柱的工作揚(yáng)程，所以應(yīng)采取近端安裝，遠(yuǎn)端不安的辦法。用戶離熱源距離大于供熱半徑的80%時就不宜安裝這種自力式流量控制閥。
（4）用自力式壓差控制閥直接控制流量
戶內(nèi)阻力系數(shù)S，在平均供熱的前提下是不變值，戶內(nèi)設(shè)計(jì)流量G，△P=SG2,通過控制戶內(nèi)供回水壓差，一樣可以控制循環(huán)流量，調(diào)節(jié)控制壓差就可調(diào)節(jié)循環(huán)流量。用這種辦法調(diào)控流量，只是必須借助便攜式流量測試儀器如超聲波流量計(jì)。這種方式對于遠(yuǎn)端用戶，閥門不會增加消耗壓頭。
2.2自力式流量控制閥的適用性
自力式流量控制閥在大型管網(wǎng)上應(yīng)用可以使流量分配工作變得簡單便捷。尤其多熱源管網(wǎng)，熱源切換運(yùn)行時不會對用戶流量產(chǎn)生影響。
但對于變流量運(yùn)行的管網(wǎng)不可采用自力式流量控制閥。在熱源主動變流量的情況下，近端回路維持流量不變，而遠(yuǎn)端回路流量會嚴(yán)重不足。在熱用戶主動變流量的情況下，用戶主動調(diào)小流量時，自力式流量控制閥會開大閥門，盡量維護(hù)原流量，直到全開失效為止。用戶主動調(diào)大流量時，自力式流量控制閥會關(guān)小閥門，直到全閉失效為止。亦即只有自力式流量控制閥失效，用戶主動的流量要求才能實(shí)現(xiàn)。
3、自力式壓差控制閥
3.1自力式壓差控制閥的應(yīng)用意義
（1）自力式壓差控制閥消耗系統(tǒng)的富裕壓頭。
（2）自力式壓差控制閥起到隔絕用戶間流量變化互相干擾作用。
這兩項(xiàng)功能有的業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為散熱器上的溫控閥可以起作用，實(shí)際上如果讓溫控制閥產(chǎn)生這樣的作用必然導(dǎo)致溫控閥在小開度下工作，甚至于在振動工況下工作。這對溫控閥是十分不利的，溫控閥初希望的作用于利用自由熱量，我們很多業(yè)內(nèi)人士對其寄予的希望過大了。
（3）自力式壓差控制閥起到隔絕用戶流量變化互相干擾作用。
1、原工作點(diǎn)
2、用戶主動調(diào)整流量后形成的工作點(diǎn)
3、循環(huán)水泵變速——壓差閥動作形成工作點(diǎn)
4、循環(huán)水泵變速無壓差閥作用的工作點(diǎn)
（4）對于電動控制的自動控制系統(tǒng)，隔絕各并聯(lián)支路間調(diào)節(jié)的干擾，避免自控系統(tǒng)的多余動作提高自控系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性。
（5）起到特殊工況的限流作用。在起動供熱和特殊嚴(yán)寒工況下用戶的供熱需求會超出熱源的供熱能力，自力式壓差控制閥會有效的限制近端流量使遠(yuǎn)端用戶達(dá)到預(yù)定的采暖效果。
3.2自力式壓差控制閥選用參數(shù)。
（1）壓差可調(diào)性
一般情況下設(shè)計(jì)上很難準(zhǔn)確計(jì)算戶內(nèi)阻力，而戶內(nèi)阻力（在設(shè)計(jì)流量下）可能在0.01—0.03MPa間變化，因此自力式壓差可調(diào)比至少應(yīng)為1：3以上。
（2）流量系數(shù)Kv的大值和小值
大流量系數(shù)是閥門全開的流量系數(shù)；小流量系數(shù)為閥門全關(guān)位的漏過流量系數(shù)。這兩閥門參數(shù)對閥門的應(yīng)用選型是至關(guān)重要的，閥門供應(yīng)商必須實(shí)測并公開這兩個參數(shù)。
大流量系數(shù)應(yīng)能保證小富裕壓頭下達(dá)到設(shè)計(jì)流量；小流量系數(shù)應(yīng)能保證大富裕壓頭下達(dá)到調(diào)節(jié)工況可能的小流量值。
（3）壓差控制精度，應(yīng)達(dá)到10%以保證流量精度達(dá)到5%