论调节阀在供热系统中的应用分析

发布时间:2010-11-18  点击数:3469
    当前,在我国集中供热管网系统中普遍存在动态失调和稳态失调的问题。水力失调问题难以克服的原因主要是缺乏准确可靠、使用简单的调控设备。
   为了减少稳态失调和动态失调对供热管网的影响,在供热管网系统的设计中调节阀的选择是一个十分重要的环节。调节阀分为恒压差调节阀和恒流量调节阀,其中恒压差调节阀是使用户系统保持恒定的压差,恒流量调节阀是使用户系统保持恒定的流量。恒压差调节阀和恒流量调节阀作为动态调控设备无需外力驱动,能够根据调节阀前后(或系统)压差的变化自动调节阀门的阻力,保持压差或流量的恒定,压差或流量还可以随时设定调整。
一、恒流量调节阀
    (1)恒流量调节阀的性能
    恒流量调节阀采用内接式取压,保持流量的恒定,调节节流孔的大小就可获得不同的流量。因此,它既可以调节流量,也可以在系统水力工况变化时保持流量恒定;在系统中它既可恒定各个环路的流量,实现稳态的水力平衡,也可以随时改变和调节各环路的流量,实现动态的水力平衡。当阀门前后的差压在一定范围内变化时,通过阀门的流量自动保持恒定;恒流量启动差压:0.02~0.04MPa;恒流量差压范围:0.02~0.4MPa;最大流量与最小流量的比值(放大倍数)一般为10:1;最大可达20:1;控制精度约为8%,工作压力1.6MPa,工作温度0~120℃。
   (2)恒流量调节阀的选型
    恒流量调节阀可在外网压差≧3m的条件下,在对应于一定口径阀门的允许流量范围内,手动设定被调节对象的额定流量。    当外网压差发生变化时,根据阀外的压差信号自力改变阀的开度,使包括被调节对象的系统和调节阀在内的阻力特性S值,与阀外的压差ΔP等比变化,维持被调节对象的流量稳定。
    调节原理可用下式说明:
    ΔP=S·G2,其中阻抗
    选型方法:选择阀门的公称通径时,应先根据所供的面积、用户的热指标和管网提供的温差等数据进行计算,确定其额定流量;再根据表2所列的阀门流量范围和阀门额定流量选择阀门的公称通径,所选阀门的流量上限应是额定流量的1.5倍以上,以保证足够的调节余量,并应尽可能不变径选用阀门。 表2  
管径DN 结构长度(mm) 恒定流量范围(m3/h) 最大流量(m3/h)
32 180 0.5~4
40 200 1~6
50 230 2~10 20
65 290 3~15 30
80 310 5~25 50
100 350 10~35 70

二、恒压差调节阀
    (1)恒压差调节阀的性能
    恒压差调节阀采用外接式取压,由感压元件带动压差控制装置进行自力式控制动作,保持压差恒定。控制压差精度约为8%。在不损失控制精度的前提下,可调压差型的调压比高达16:1,工作压力1.6MPa,工作温度0~120℃。
    (2)恒压差调节阀的选型
    恒压差调节阀的选型根据流量系数计算公式:
   Kv=10G/ΔP1/2(G:m3/h;ΔP:kPa)
   例如:某环路流量G=3~9m3/h,ΔP=10~20kPa,根据最小流量和可能的最大工作压差计算所需的最小Kv值,即Kv=10×3/201/2=7;根据最大流量和可能的最小工作压差计算所需的最大Kv值,即Kv=10×9/101/2=29;因此流量系数最大范围为Kv=7~29,利用Kv值,根据设备参数表(表1)选择管径大于DN50的阀门均可满足要求,若计算系统的管径为DN80,则宜以系统不变径选择阀门,即选择DN80的恒压差调节阀。
表1  
管径DN 结构长度(mm) 流量系数Kv
32 180 0.3~13.2
40 200 0.5~25
50 230 0.7~39
65 290 1.2~58.4
80 310 1.8~80.4
100 350 3.0~118

    当入口安装了恒压差调节阀后,入口压差保持不变,假设被调节对象为两个并联支路组成(图1),每一支路的流量为3m3/h,总流量为6m3/h。每个支路的阻抗均为S。
    
    环路压降ΔP=S·G2,其中阻抗S=(λ1/d+∑ξ)/(1.62×π2d4ρ)。当环路全部开启时,环路总阻抗1/S=1/S1+1/S2=2/S,则S=S/2。由ΔP=S/2×62=18S;当热用户1环路被关断时,环路阻抗S=S,由于恒压差调节阀使环路压差ΔP不变,此时热用户2的流量为18S=S×G22,则G2=4.24m3/h,此时环路总流量从6m3/h减少到4.24m3/h,但热用户2的流量从3m3/h增加到4.24m3/h,即被调节对象总流量将减少,未关断环路的流量将增加。为了使热用户2的流量为3m3/h不变,此时热用户2可以将自己环路上的阀门关小,使阀门的£值增大,从而环路阻抗S2增加,在环路压差ΔP不变的条件下,G2流量将减小。18S=S2×32,则S2=2S,即关小热用户2的阀门,使热用户2的流量不变。
三、安装要求
    恒压差调节阀安装在变流量系统中,恒流量调节阀安装在定流量系统中。在供暖系统的室外系统中,装在建筑物管道入口处,在室内系统中装在楼层的分支处,在分户热计量的系统中装在每户入口处,在每个独立的末端环路中安装一个即可,不必在干线和支线上重复串联使用。恒流量调节阀一般都装在回水管上,当供水压力较大,超过热用户的工作压力时,可将恒流量调节阀装在供水管上。当系统的工作压差超过调节阀的压差范围时,应采取措施将多余的压头消耗掉,防止产生噪声。调节阀的安装形式见图2。
 
四、结论
    调节阀安装前应将管网冲洗干净否则调节阀极易被堵,从而造成管网系统运行不良。阀门上的箭头方向与水流方向应该一致不得反向安装。调节阀只具有调节功能而不具备关断功能,因此在管路上还应装设关断阀门。调节阀的正确选择和安装非常重要,由于调节阀的选用不当而使整个自动调节系统失去自动调节功能的例子是屡见不鲜的。只有在供热管网中正确使用调节阀,才能减小供热管网中的动态失调和稳态失调、保障热用户正常供暖。
    实践证明,当管网实现水力平衡时供热系统可以节能15%~20%,而且水力平衡的系统在节能的同时。还能充分满足住户的室温要求,从而杜绝了用户投诉和收费难的问题。