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关于平衡阀的选用及其对热网可靠性的影响

    在我国空调、采暖系统中普遍存在的一个问题是水力失调,它直接影响着系统的安全、可靠、高效运行,特别是在供暖系统中由于存在水力失调,造成供热负荷分配不均,不能满足远端用户的要求,用户意见很大,使建筑采暖供热收费难的问题更加突出。在工程设计中进行水力计算时,由于受管内热媒流速和管径规格的限制,设计中无法保障各环路之间的水力平衡。

    除此以外,运行中热用户的实际流量发生变化,也会造成水力失调。

    为解决末端用户不热的问题,许多热网采用大流量、小温差的运行方式,其结果是耗电、耗煤。

    近年来,随着节能要求的提高,准确调节流量愈来愈受到用户和管理部门的重视。

    以往,在液体管路系统中,平衡阻力和调节流量主要是靠装设截流孔板、闸阀或截止阀。截流孔板的孔径是根据设计计算确定的,一旦系统偏离设计工况,则无法相应调节。

    虽然可以更换孔板,但很不方便,且难以确定恰当的孔径。闸阀或截止阀调节性能较差,只宜作为关断调节阀。为了改善供热系统的调节功能,用性能优良的调节阀门取代截流孔板及闸阀、截止阀势在必行。

    近年来,太原西峪煤矿对外网进行了全面改造,各用户入口分别安装了数字锁定平衡阀,取得了良好的运行效果。

    1 数字锁定平衡的特点

    1)近直线性流量特性,即在阀门前后压差不变的情况下,流量与开度大体上成线性关系。

    2)有精确的开度指示。

    3)有开度锁定装置,非管理人员不能随便改变开度。

    4)阀体上有两个测压小孔,与智能仪表用软管连接,可以方便地显示阀门前后的压差及流经阀门的流量。

    由于以上特点,平衡阀选型时需根据流量及所消耗的压差选择口径,同时需确定开度。

    2 阀门的流量系数

    通过阀门的流量G与阀门前后的压差ΔP之间的关系式为:

    其中,Kv为阀门的流量系数,对应不同开度有不同的值,显然Kv值的大小反映了阀门在某一开度的流通能力,Kv值越大,流通能力越大。流量与压差的另一个关系式为:

    ΔP=SG2     (2)

    其中,S为阀门的阻力特性系数。比较式(1)和式(2)可得:

    随着开度的变化,Kv和S的变化方向相反,开度减小,S增大;所以改变阀门的开度,实质上就是改变阀门的阻力,从而改变Kv值,达到调节流量的目的。

    为了便于比较,统一规定G的单位为m3/h,ΔP的单位为100kPa,此时Kv的单位为0.00316m3/(h·Pa1/2)。Kv在数值上的含义就是阀门前后压差为100kPa时通过阀门的流量。

    3 平衡阀的选型原理

    管路上设置平衡阀的目的,就是人为地增加一个适当的阻力,从而使管路或用户的流量符合要求。只要知道所要求的流量及应该消耗的压差,就可通过式(1)计算出所选阀门的流量系数Kv,再由各种型号平衡阀的Kv曲线,就可查到相应的阀门型号,并同时确定其开度。如G=10m3/h,ΔP=10kPa,则Kv=10/=31.6m3/(h·Pa1/2),由图1可查得与此对应的DN80,DN65,DN50三种口径的开度分别为18%,40%,74%,应选取DN50,开度74%的调节阀。选小口径,一方面可以提高调节精度,因为相对于同样的开度改变,小口径阀门的流量变化较小;另一方面也节省了投资。

    一般要求所选平衡阀的设计开度在60%~90%之间,这样既可在满足设计流量的条件下,所选平衡阀口径较小,又有一定的调节余地。

    4 校核计算的方法

    对正在使用的平衡阀,口径、开度已知,若能测得阀门两端的压差,可计算通过平衡阀的流量。比如口径DN50,开度70%,由图表查得Kv=30,测得ΔP=10kPa,则G=9.5m3/h。

    5 平衡阀的安装位置

    该产品可安装在热网系统各支线、用户入口、换热站出口分水缸、建筑内采暖系统各支干线上。安装在供、回干管上均可,但当系统介质工作压力超过散热器允许工作压力时,则安装在供水干管上。

    参考文献:

    (1)陆耀庆。供暖通风设计手册(M)。北京:中国建筑工业出版社,1997。20221。
    (2)贺平,孙刚。供热工程(M)。北京:中国建筑工业出版社,1995。17218。
    (3)周亚萍。浅谈集中供热管网的设计(J)。山西建筑,2007,33(16):1982199。