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自力式压差控制阀的适用变流量工况分析
浏览: 发布日期:2018-08-03

    在供热外网系统中,由于自力式控制阀的广泛应用,有效地克服了二次网的水力失调,使繁琐费时的供热二次网初调节变得简单而高效,供热二次网水力失调的现象明显改善,取得了良好的经济效益和社会效益。

    供热二次网中使用的自力式控制阀主要分为两种:自力式流量控制阀、自力式压差控制阀。自力式流量控制阀,可以吸收网路的压力波动,维持被控环路的流量恒定,但由于仅适用于定流量系统,一旦流量改变就需重新进行流量设定,给运行管理带来很大不便,所以很少采用。自力式压差控制阀可以在一定的流量范围内,吸收网路的压力波动,同时克服内扰(被控环路内部的阻力变化),维持被控环路的压差恒定,故而广泛采用。因此可以说,自力式压差控制阀适用于变流量系统,但此讲法并不确切,具体分析如下。

    1 自力式压差控制阀的工作原理

    自力式压差控制阀是用压差作用来调节阀门的开度,利用阀芯的压降变化来弥补管路阻力的变化,自动消除管网的剩余压头及压力波动引起的流量变化,恒定用户进出口压差,从而使用户在工况变化时能保持压差基本不变。它的原理是在一定的流量范围内,可以有效地控制被控用户的压差恒定,即当用户的压差增大时,通过阀门的自动关小动作,它能保证被控用户压差保持恒定;反之,当用户的压差减小时,阀门自动开大,用户压差仍保持恒定。

    2 自力式压差控制阀不适用于以换热站为主动变流量运行的热网

    水泵变频时,各等效点上参数之间的关系。当水泵变频转速变化时,流量与转速成正比,扬程与转速的平方成正比。因此,扬程与流量的平方成正比,流量减少则扬程变小,流量增加则扬程变大。

自力式压差控制阀

以换热站为主动变流量运行时(如图1所示),若二次网的流量减少,楼栋热力入口处的压差(P1-P2)减小,被控环路的压差(P1-P2)也相应减小,自力式压差控制阀的自动阀芯就会开大,利用自力式压差控制阀自身压差(P2-P3)的减小,使被控环路的压差(P1-P2)变大,来维持被控环路的最初压差值(P1-P2)不变,由于自力式压差控制阀的开大,近端楼栋的流量增加,受影响的只是远端楼栋,使远端楼栋流量严重不足。二次网近端楼栋和远端楼栋不能随着总流量变化而等比变化,不能保持水力工况平衡,二次网出现动态水力失调。反之,换热站循环水泵根据室外气温降低,需要增加循环水量时,楼栋热力入口处的压差(P1-P2)变大,被控环路的压差(P1-P2)也相应变大,自力式压差控制阀的自动阀芯就会关小,利用自力式压差控制阀自身压差(P2-P3)的变大,使被控环路的压差(P1-P2)变小,来维持被控环路的最初压差值(P1-P2)不变,由于自力式压差控制阀的关小,使被控环路的流量增不上去。所以,自力式压差控制阀不适用于以换热站为主动变流量运行的热网。

    为便于理解以上内容,可以按数学公式(P1-P3)=(P1-P2)+(P2-P3),简化理解为:楼栋热力入口处的压差(P1-P3)减小,要想维持被控环路的压差(P1-P2)不变,自力式压差控制阀自身压差(P2-P3)应变小。反之,同理。

    以换热站为主动变流量运行的热网中,自力式压差控制阀与水泵变频之间的关系。水泵变频时,流量减少则扬程变小,流量增加则扬程变大。当换热站供应的流量(扬程)过少时,由于自力式压差控制阀的作用,二次网近端楼栋和远端楼栋出现冷热不均的现象;当换热站供应的流量(扬程)过多时,由于自力式压差控制阀的作用,供应的流量增不上去,换热站水泵白做无用功,浪费能源,不符合节能要求。除非换热站的水泵供应的流量恰好满足用户的流量要求,可用户的流量却又是随时会因用户的调节而发生改变,变频水泵较难与其协调配合。如果换热站供应的流量(扬程)的改变,不超出自力式压差控制阀自身的调节范围,虽不够节能,尚可维持水力工况平衡;如果换热站供应的流量(扬程)的改变,超出自力式压差控制阀自身的调节范围,将导致自力式压差控制阀的失效,水力失调不可避免。这种以换热站为主动变流量,用户被动变流量的运行方式较难控制并不可取。

    3 自力式压差控制阀适用于以用户为主动变流量运行的热网

    以用户为主动变流量运行有个前提,用户户内需安装温控阀等自控装置,楼栋热力入口处安装自力式压差控制阀,换热站循环水泵采用变频控制才能实现。

    自力式压差控制阀支持被控环路内部的自主调节。如图1所示,若开始时(P1-P2)不变,此时环路内部阻力发生变化,比如支路①关断,在这个瞬间P2减小,(P1-P2)增大,感压膜受力平衡被打破,阀瓣下移,关小阀口,从而使P2又回升到原来的大小,即(P1-P2)不变。对于支路②来讲,其流量G=KV(P1-P2),在支路①关断前和关断后,其开度KV不变,(P1-P2)由于自力式压差控制阀的控制,在支路①关断前和关断后也恒定不变,则流量G不变,所以被控环路内部某一支路流量变化,不会影响其它支路。

    楼栋热力入口处自力式压差控制阀的作用。其实,对于自力式压差控制阀恒定压差的理解,应该是恒定被控环路的压差(P1-P2),对于整个二次网系统来说,由于自力式压差控制阀自身压差(P2-P3)的影响,楼栋热力入口处(包括自力式压差控制阀在内)的压差(P1-P3)是变化的,也就是说自力式压差控制阀阀前压差(P1-P2)是恒定的,阀后压差(P1-P3)是变化的。

    以用户为主动变流量运行的热网中,自力式压差控制阀与水泵变频之间的关系。当用户热负荷减少,温控阀关小,被控环路阻力增大,压差增加时,作用其上的自力式压差控制阀也关小,增加自身阻力抵消被控环路用户压差的增加,以维持被控环路压差(P1-P2)不变。但此时,对整个供热二次网系统来说,由于自力式压差控制阀的关小,自力式压差控制阀自身的压差(P2-P3)增大,楼栋热力入口处(包括自力式压差控制阀在内)的阻力是增加的,压差(P1-P3)是增加的,流量是减少的,换热站循环水泵接到信号后,可以通过变频调节减少扬程和流量,反馈到被控环路表现为资用压力不足,此时,自力式压差控制阀开大,自身阻力减少,压差减少,以补偿被控环路用户压差的变化,维持被控环路压差恒定。如此反复便构成了,换热站循环水泵变频-自力式压差控制阀-温控阀的反馈控制。为防止用户流量的变化,超出自力式压差控制阀自身的调节范围,导致自力式压差控制阀的失效,换热站运行时可采用根据室外温度的变化,改变二次网供水温度的做法;根据用户流量的变化,换热站接到反馈信息,水泵被动变频改变二次网供水流量的做法,即换热站的被动质-量综合调节。

    自力式压差控制阀特别适用于分户计量或自动控制系统中,用户户内安装温控阀,楼栋热力入口处安装自力式压差控制阀,换热站循环水泵采用变频控制。这种以用户为主动变流量,换热站被动变流量的运行方式是今后的发展方向,也是最节能的。

    4 结论

    使用自力式压差控制阀,被调节对象主要是自力式压差控制阀阀前被控环路的工况参数。在以换热站为主动变流量调节时,对阀前、阀后管网的工况参数往往不能同时兼顾(不能等比变化);而在以用户为主动变流量调节时,换热站能够对阀前被控环路自动进行补偿,所以不存在问题。

    综上所述,自力式压差控制阀不适用于以换热站为主动变流量运行的热网,适用于以用户为主动变流量运行的热网,换热站变频水泵应随用户的热负荷变化而相应变化,才最节能。



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