平衡电动调节阀以及动态压差阀和电动调节阀组合的性能    

 
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平衡电动调节阀以及动态压差阀和电动调节阀组合的性能

标签:电动调节阀|数字锁定平衡阀|自力式温度控制阀
 

摘  要:本文对动态平衡电动调节阀以及动态压差阀电动调节阀组合的性能进行了深入的分析,并对这两种配置的性能特点进行了比较

关键词:动态压差阀电动调节阀组合、全面水力平衡、动态平衡电动调节阀

      随着人们生活水平和节能意识的不断提高,变流量系统在暖通空调工程中占据越来越重要的位置,同时,一种新型的水力系统—全面平衡的变流量水力系统也在暖通空调工程中得到越来越广泛的应用。

      全面平衡的变流量水力系统一般通过具有动态平衡和电动调节功能的阀或阀组调节末端设备(如空调箱)的流量来调控目标区域的温度,它能动态地平衡系统的压力变化,使二台或多台末端设备间的流量调节不互相干扰,因此这种系统具有高效节能性。

      目前在一些空调工程中,设计人员常用的具有上述功能的阀门配置主要有一体式动态平衡电动调节阀和“动态压差阀电动调节阀组合”。那么在实际的工程运用中应如何评价这两种配置的性能及其区别呢?

一、具有动态平衡和电动调节功能阀门的主要性能指标要求:

      在进行这两种配置的性能比较前,我们需要知道具有动态平衡和电动调节功能阀门的主要性能指标要求,然后对这些性能指标逐条进行比较,这样我们就可以比较全面地认识这两种配置的性能及区别。

      动态平衡与电动调节型阀或阀组的主要性能指标是:关键点定压差功能(动态平衡功能)、阀门实际流量调节特性、最大流量、最大流量的可调性、最大流量设定对调节精度的影响、设备是否便于运行维护、安装调试是否便利等。

1、关键点定压差功能(动态平衡功能):

      关键点定压差功能是这种阀或阀组的主要性能指标,只有具有关键点定压差功能,这种阀或阀组才具有动态平衡功能,才能使暖通空调变流量系统全面水力平衡的实现成为可能。

      关键点定压差又分为压差不变型和压差可调型两种,它们的具体区别会在以后的篇幅中加以阐述。

2、阀门实际流量调节特性:

      阀门实际流量调节特性是调节型阀门调节功能的主要技术指标,是调节阀在其有效的调节区间内能否达到系统要求调节精度的关键。

      对于暖通空调水系统,如果是介质为水的换热盘管型末端设备,一般要求具有等百分比的实际流量特性,如果是介质为蒸气的换热盘管型末端设备,则要求具有直线型实际流量特性。

      3、最大流量:

     最大流量是指阀门在全开时的最大介质流通量。

在同一口径下最大流量较大的阀或阀组流通能力较强、流通阻力较小。

4、最大流量的可调性:

     最大流量是否可调是调节阀在实际应用中的性能要求。主要应用于二个方面:

⑴、双管水系统冬夏设计流量不一致的要求:

      对于双管制具有制冷和采暖功能的中央空调水系统,由于同一台末端设备在冬季和夏季的设计流量要求是不一致的,因此如果阀或阀组具有最大流量可调功能,则可通过现场对流量冬夏调节来解决这一矛盾,而不必选用二个不同最大流量的阀或阀组。

      图1所示空调箱夏季设计流量为35m3/h,冬季设计流量为16m3/h,这时可以选用一个具有最大流量调节功能的动态平衡电动调节(组合\一体)阀,按夏季流量选择阀门,冬季将最大流量调节到冬季设计流量即可。

⑵、同一规格的动态平衡电动调节(组合\一体)阀应用于不同设计流量的空调箱的要求:

      在同一口径一体\组合阀应用于不同空调箱时,可以在现场进行最大流量设定,以满足不同空调箱的不同设计流量要求。

      图2所示空调箱1、2的设计流量分别为42m3/h和38m3/h,根据厂家资料应选择DN100的阀门(DN80流量不够),但由于两空调箱设计流量有差别,因此如果最大流量可以设定,就可在现场对每台空调箱进行最大流量设定以满足各自的设计流量要求。

5、最大流量设定对调节精度的影响:

      最大流量是否可调是阀门在实际应用中的性能要求,但是这种可调性不应是以降低调节阀的

      调节精度、增大调节误差来实现的。因此考察最大流量设定时调节阀的调节精度是否降低是评价最大流量设定功能是否有效的重要指标。

6、设备是否便于运行维护:

      动态平衡电动调节(组合\一体)阀在运行时是否可靠以及是否便于维护也是需要考虑的一个重要指标。

7、安装调试是否便利:

     动态平衡电动调节(组合\一体)阀安装调试是否便利也是需要考虑的一个指标。

二、动态压差阀电动调节阀组合与一体式动态平衡电动调节阀的性能分析:

1、关键点定压差功能(动态平衡功能)分析:

⑴、动态压差阀电动调节阀组合:

      图3为动态压差阀电动调节阀组合的定压差图,由图可知,定压差关键点是在电动调节阀的进出口。

      由于采用动态压差阀,因此定压差值是可以调节的,即可根据实际需要进行调节,以满足不同末端设备的流量要求。

⑵、一体式动态平衡电动调节阀

      图4为一体式动态平衡电动调节阀的定压差图,由图可知,一体式和组合式阀的定压差关键点是一致的。

      实际上一体式阀是将动态压差阀电动调节阀集成在一个阀体内,这种阀的定压差值大部分是不可调的,一般均在0.2Bar左右。

2、阀门的实际流量特性曲线:

⑴、动态压差阀电动调节阀组合:

      调节阀理想的流量特性曲线是指调节阀在阀门二端的压差不变时其开度与流量的变化关系。

      调节阀实际的流量特性曲线是指调节阀在实际工作中开度和流量的变化关系。

      图5左边所示为等百分比阀门的理想流量特性曲线,这种调节阀主要用于介质为水的换热盘管型末端设备。

      影响调节阀实际流量特性的一个重要参数就是阀权度。阀权度反映了调节阀实际流量特性曲线与理想流量特性曲线的偏离程度。

      当阀权度为1时,调节阀的实际流量特性曲线与理想流量特性曲线一致,没有偏离;阀权度越小,这两种曲线的偏离程度越大,阀门的调节特性越差。   

      对于图3的组合阀,由于其两端的压差始终维持不变,所以阀权度为1,因此组合阀的实际流量特性曲线与理想流量特性曲线一致,具有最好的调节特性。

      图5右图即为采用组合阀后对应的实际流量特性曲线,由图可知,其与左图一致,没有偏离。

⑵、一体式动态平衡电动调节阀

      一体式动态平衡电动调节阀的特性与上面组合式的一致,其实际流量特性曲线与理想的流量特性曲线一致,没有偏离,因此也具有最好的调节特性。

3、最大流量:

      下表为动态压差阀电动调节阀组合、当电动调节阀二端压差为0.2Bar时的最大流量与几个主要一体阀厂家一体阀最大流量的比较:

      由上表可以明显看出,组合阀的最大流量绝大部分都比一体阀大、甚至大很多,因此一个较小尺寸的组合阀就可以代替一个较大尺寸的一体阀,从而节省费用。

4、最大流量的可调性:

⑴、动态压差阀电动调节阀组合:

     动态压差阀电动调节阀组合的最大流量是可以调节的,这种调节是根据实际所需流量对压差值进行重新设定来实现的。

      如图6所示,空调箱的夏季设计流量为35m3/h,冬季设计流量是16m3/h,如何选择组合阀呢?

      对于一般的暖通空调变流量水系统,组合阀的压差值△P宜选择≤0.2Bar。选型计算步骤如下:

①、根据空调箱夏季计算流量计算组合阀中电动调节阀在压差△P=0.2Bar时所需的Kv值:

Kv=Q夏/(△P)0.5= 35/(0.2)0.5=78.3

②、根据计算的Kv值选择电动调节阀规格:

选择电动调节阀口径为DN80,其KVS=100≥78.3满足要求。

③、根据实际KvS值和夏季空调箱计算流量值的1.1倍值算出实际压差△Ps:

△Ps夏=(1.1*Q夏/ KVS)2=0.148Bar

所以夏季动态压差阀设定压差为0.15 Bar;

④、取冬季设计流量的1.25倍来计算冬季动态压差阀实际设定压差:

△Ps冬=(1.25*Q冬/ KVS)2=0.04Bar

所以冬季动态压差阀设定压差为0.04 Bar。

⑤、如果由于工程变更夏季设计流量变成30m3/h,这时动态压差阀的实际压差: 

   △Ps夏=(1.1*Q夏/ KVS)2=0.1089Bar

这时只须将动态压差阀的实际设定压差改为0.11Bar即可。

      由上可见,动态压差阀电动调节阀组合既可以通过压差设定满足同一台空调箱冬夏不同设计流量的要求,又可以满足不同空调箱的不同设计流量要求,且最大流量的调节只需简单的对动态压差阀进行压差的重新设定就可实现,因此调节便利。

⑵、一体式动态平衡电动调节阀

      一体式动态平衡电动调节阀分为最大流量不变型和最大流量可调型两种形式。

      最大流量不变型一体阀不能根据同一台空气箱冬夏不同流量要求和不同空调箱不同流量要求进行流量设定。

      最大流量可调型一体阀根据执行器的形式又分为直行程最大流量可调一体阀和回转行程最大流量可调一体阀。

      行程最大流量可调一体阀是通过对阀门的最大行程进行限位来实现的,如果厂家要实现最大流量可调,必须具备限位开关,同时厂家必须提供“最大流量—行程”对照表,由用户根据所需最大流量和“最大流量—行程”对照表对允许最大行程进行重新设定来实现。

           回转行程最大流量可调一体阀是通过对阀门的最大回转角度进行限位来实现的,目前厂家主要是通过拨位开关对阀门的最大允许回转角度进行设定,厂家会提供“拨位开关位置—最大流量”对照表,由用户根据所需最大设计流量和“拨位开关位置—最大流量”对照表对允许最大回转角度进行重新设定来实现。

5、最大流量设定对调节精度的影响:

     最大流量设定对调节精度的影响是指随着最大流量设定值的降低,调节阀调节精度随之变化的趋势。这个性能指标是评价最大流量设定是否有效的重要指标。

⑴、动态压差阀电动调节阀组合:

    动态压差阀电动调节阀组合是通过对电动调节阀二端的压差进行重新设定来调节最大流量的。在最大流量设定的过程中,其流量特性曲线变化如图7所示。

     如图所示,在动态压差阀的设定压差(即电动调节阀进出口压差)从△P1变化到△P6时,组合阀的最大流量设定值从Q1max变化到Q6max,电动调节阀的流量特性仍然保持等百分比的流量特性曲线(假设电动调节阀的理想流量特性曲线为等百分比),但在整个最大流量调节过程中,电动调节阀的行程Hx始终维持不变,即等于最大行程H(Hx=H)。

     假设电动调节阀的机械行程绝对误差是△H(在整个行程范围内可以近似认为该值不变),则其机械行程(相对)误差η为:

η= △H/Hx=△H/H

      可见,在整个最大流量设定过程中组合阀的机械行程误差η是基本不变的。

      由于机械行程误差是影响调节阀调节精度的关键因素,因此可以说,调节阀的调节精度始终不变。

   由上可知:当组合阀的最大流量设定值改变时组合阀的调节精度始终保持不变,因此这种组合阀的最大流量设定功能是可靠的和有效的。

⑵、一体式动态平衡电动调节阀

      一体式动态平衡电动调节阀是通过对最大允许行程或回转角度进行限制来调节最大流量的。在最大流量设定的过程中,其流量特性曲线变化如图8所示。

            如图所示,在一体式动态平衡电动调节阀的电动阀芯最大行程限定值从H1(和最大行程H相等)变化到H6时,一体阀的最大流量设定值也从Q1max变化到Q6max,这时一体阀的流量特性仍然为等百分比的流量特性(假设一体式调节阀的理想流量特性曲线为等百分比),但在整个最大流量调节过程中,一般一体阀内电动阀芯二端的压差始终维持不变,即为0.2Bar。

      假设一体阀电动阀芯的机械行程绝对误差是△H(在整个行程范围内可以近似认为该值不变),则其机械行程(相对)误差η为:

   η= △H/Hx

   Hx在最大设定流量为Q1max到Q6max时分别为H1、H2、H3、H4、H5、H6;

     由图可以看出,随着最大设定流量Qmax的降低,最大行程设定值Hx也随之下降,机械行程误差η增大;

     由于机械行程误差是影响调节阀调节精度的关键因素,因此可以说,一体阀的调节误差是随着最大流量设定值的降低而增大,即一体阀的最大设定流量越低、调节误差越大、调节精度越差。

     由上可知:当一体阀的最大流量设定值减小时其调节精度也随之降低,因此这种一体阀的最大流量设定功能是以调节精度的降低为代价的,这就大大地削弱了最大流量设定功能的有效性。

6、设备是否便于运行维护:

      由于动态平衡电动调节阀或阀组的主要功能之一就是动态平衡功能(其电动调节功能与传统的电动调节阀相同),因此评价这种设备是否便于运行维护主要是指动态平衡功能能否可靠的正常运行、以及出现问题时能否短时间地进行维护以保证尽快投入正常使用。

      鉴于目前空调水系统的水质现状,组合阀或一体阀主要出现的问题是动态平衡取压管道容易堵塞以使动态平衡功能失效,因此对取压管进行定期检查和维护是保证这种阀或阀组能否正常运行的必要措施。

⑴、动态压差阀电动调节阀组合:

由于组合阀的取压管道是外置式,便于定期进行检查和维护,因为组合阀运行维护方便。

⑵、一体式动态平衡电动调节阀

      一体阀的取压管道有外置式和内置式两种,外置式便于检查和维护,内置式由于取压管在阀体内部,因此很难知道是否堵塞,即使知道堵塞,也很难检修和维护。

7、安装调试是否便利:

⑴、动态压差阀电动调节阀组合:

   组合阀由于需要现场连接取压管,因此安装较麻烦。

⑵、一体式动态平衡电动调节阀

   一体阀安装相对简单。

三、一体式动态平衡电动调节阀与“动态压差阀电动调节阀”组合性能比较:

技术性能
   动态平衡电动调节阀
 动态压差阀电动调节阀组合
 
关键点定压差功能(动态平衡功能)
         一体阀是将动态压差阀电动调节阀集成在一个阀体内,这种阀的定压差值大部分是不可调的,一般均为0.2Bar左右
         由于采用动态压差阀,定压差值是可以调节的,即可根据实际设计流量需要进行调节,以满足不同末端设备的要求
 
阀门实际流量调节特性
          一体阀的实际流量特性曲线与理想的流量特性曲线一致,没有偏离,因此具有最好的调节特性
   组合阀的实际流量特性曲线与理想流量特性曲线一致,因此具有最好的调节特性
 
最大流量
    一体阀的最大流量一般较小,因此在末端设备处选用时一般口径较大
        组合阀的最大流量绝大部分都比一体阀大、甚至大很多,因此一个较小口径的组合阀可以代替一个较大口径的一体阀
 
最大流量的可调性
        一体阀有最大流量不变型和可调型两种形式。最大流量不变型不能进行流量设定。最大流量可调型一体阀是通过对阀门最大允许行程进行限位来实现的,既可以满足同一空调箱冬夏不同设计流量的要求,又可满足不同空调箱的不同流量要求
        组合阀可以通过压差设定既满足同一空调箱冬夏不同设计流量的要求,又满足不同空调箱的不同流量要求,且最大流量的调节只需简单对动态压差阀进行压差的重新设定就可实现,因此调节便利
 
最大流量设定对调节精度的影响
        一体阀的最大流量设定值减小时其调节精度也随之降低,因此一体阀的最大流量设定功能是以调节精度的降低为代价的,这就大大地削弱了最大流量设定功能的有效性。


        组合阀的最大流量设定值降低时调节精度并不随之改变,能始终维持不变,因此组合阀的最大流量设定功能是有效和可靠的。


 
设备是否便于运行维护
        一体阀的取压管道有外置式和内置式两种,外置式便于检查和维护,内置式由于取压管在阀体内部,因此很难知道是否堵塞,即使知道堵塞,也很难检修和维护
   由于组合阀的取压管道是外置式,便于定期进行检查和维护,因为组合阀运行维护方便。
 
安装是否便利
   一体阀安装简单。
   组合阀由于需要现场连接取压管,因此安装较麻烦。
 
总结
   一体阀在安装、整体性、空间要求等方面稍具优势
        组合阀在最大流量、最大流量的可调性(针对最大流量不可调一体阀)、最大流量设定时的调节精度、设备维护等方面稍具优势
 

四、结语:

     动态压差阀电动调节阀组合和一体式动态平衡电动调节阀是暖通空调变流量水力系统实现全面平衡常用的两种调节和平衡设备,本文对这两种配置的性能特性进行了详细的描述和比较。在实际的工程设计中,应根据工程投资和系统精度要求合理的选择设备,以保证暖通空调水力系统经济、高效。

 
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