工程设计中阀门的应用分析

1 静态水力平衡阀应用的讨论

    1.1 设计工况下的水力失调

    一个优秀的HVAC系统能够充分保证该设备在满负荷的工况下，所有的使用者都可以获得设计是所要求的水量，同时还能够充分保证系统运行的安全性和经济效益，有效地减少客户的用水投诉以及水资源浪费等情况的发生，只有这样的系统才能算是一个水力平衡的系统。如果系统不具备这些功能那么就可以称这类系统为不平衡系统。在一般情况下，如果水力系统中部分用户的使用压头大于所设计的压头时，那么该用户的实际水流量就会超过设计的流量，这样就会给其他环路的实际流量带来影响，我们称在这种工况下产生的水力失调情况为静性水力失调，静力水力失调通常是由于系统设计或施工等原因而导致的，静力性水力失调是系统本身无法避免的。

    还有一种状态是系统中所有的用户终端的实际流量都大于或者等于系统设计的数值。在这种情况流量可以充分满足客户的需求，所以这种状态一般不会引起客户的投诉，因此这种情况不会引起设计人员的关注。一般情况下，我们使用公式ΔP=SG2来对闭路循环的管网状态下的水力工况各个物理因子间存在的关系进行描述（Δp为压差、S为管网阻抗、G为流量）。

    在国内还没有引进静态水力平衡阀理念之间，通常是采用截止阀或者蝶阀来对静态水力系统实施控制。由于这些阀具有结构简单、易于操作、经济实惠等优点在国内得到了广泛运用。

    设计人员在明确设计选型的基础上，在系统进行满负荷工况下应该将末端的所有温控电动阀打开，并将一号到三号的末端流量设计为33m³/h。其阀门都保持了百分百的开度，这时一号末端的实际流量为39m³/h；二号为35m³/h；三号为31m³/h，这时水泵工作点参数扬程大概为19m、其流量约为105m³/h，这样系统就出现了水力失调现象。

    可以通过调节一号和二号节阀的开度来对系统进行调整，具体操作为：将一号加温控阀压差降低40kPa；二号压差降低20kPa，保证三个末端节点盘管的加温控阀两端的阻力都保持在80kPa，并且同时能够满足所设计的33m³/h的流量，水泵扬程在20m，流量达到100m³/h，这样就实现了系统的静态平衡。因此，我们并不需对所有的节阀进行调节就可以实现系统的静态水力平衡，所以我们在对末端支路进行静态水力平衡节阀配置时，并不需要逐个配置，也就是说静态水力平衡阀并不是处理这类问题的唯一途径。

    在当前的情况下，绝大多数的HVAC水力系统的设计只是针对末端支路进行设计流量的标示，基本不会关注末端压差值的相关标准和要求，在具体的运行过程中，一些需要手动来完成平衡调节的基本上都依赖于设计、施工以及运行和维护人员的经验来完成，属于一种没有理论支撑的系统调节法。但从实际效果来看，这种没有理论支撑的调节方法确实为系统的水力失调带来了一定的效果。

    1.2 静态水力平衡阀与水力平衡

    静态的水力平衡阀实质上就是一种多功能的手动调节阀，静态平衡阀具有单阀多功能的特点"基于实验性能够特性的数据来讲，当Δp为常数状态，这时静态水力平衡阀并不具有明显的调节优势，因此在当前技术条件下，使用静态水力平衡阀直接代替传统的水力调节阀还不够成熟。

    在当前静态水力平衡阀市场上的流通的平衡阀产品具有流量测量、阀门开度屏显、预流、排空等功能。使用静态水力平衡阀可以通过特定的仪器对流量进行及时地测量，同时也可以起到开关的作用。一旦平衡阀完成调试以后，我们就不可以对阀门开度进行顺意变动。这主要考虑到了后期的维护问题，我们对阀体主轴进行了密封处理。像测量等工作都不需要在中断系统的情况下运行，在现场就可以完成，而且不需要破坏该系统的整体保温状态就能够实现。但是，从其性价比来看，其价格相对相同流量的离心式水泵不具有优势，同时在目前的国内市场上的静态水力平衡阀还存在着一些问题。而针对不可压缩的流体来说，静态的水力平衡阀就可以作为局部的阻力调节的节流部件来使用。

    静态水力平衡阀可以依靠其阀门开度来对阀门的流动阻力进行调节，阀门各开度都对应一个KV值，而不同开度的KV值是固定的，那么我们只要获得现场的Δp就可以得出其Q值。为了方便测量，一般情况下我们对静态水力平衡阀的两个端口设置了专用的压力测试孔，这一部件通常会作为节流来使用。我们在进行工程调试工作时，我们使用厂商提供的相关水力平衡调试设备来对Δp值进行测量，然后利用相关的软件找出其对应的KV值，从而计算出具体的Q值。在这个时候，Δp作为具体的测量数值；KV作为设定的数值，当其满足ΔP=0.1MPa条件时；Q就是具体的计算数值，影响其计算速度的因素主要包括对阀门实际过流面积以及其粗糙度估计数值的精确程度等。

    需要引起重视的是，我们在使用平衡阀来处理相关的水力失调问题是需要一定的支撑条件的"基于静态水力平衡阀的运行机理我们可以知道，静态水力平衡阀一但锁定以后，Δp值的波动就会对流经阀门水量的恒定造成破坏，从而导致标定的流量值发生变化。

    在当前的市场上，众多静态水力平衡阀的供应商都说明了其产品具有流量预设功能，但在实际操作过程中，要想选择一个合适的KVS值则很难，因为当前市场上平衡阀并没有给出连续的KVS值，并没有按照实际需要给出KVS的调节值，因此当我们按照供应商提供的KVS值进行流量设定时，就会出现一定的偏差，并不能满足实际调节的需要。由于无法明确现场的Δp值以及在阀门开度调节时而引起的KV值变化，在具体的实践过程中发现，如果无法明确阀门内壁的污垢系数或者当其RE值没有超过三千五的时候，流量Q值可能会出现较大的计算偏差。所以，在进行静态水力平衡判断时，必须要保证全部的自力式阀门都达到了相应的设计参数值，保证所有的末端设备温控阀处于全开状态，并能够保证其流量满足设计所需量。

    不管平衡阀是否具备流量的预设功能，在完成了水系统的安装以后，必须要对所有的阀进行调节，保证静态水利平衡阀的流量Q值能够达到设计要求，从而保证管网能够实现在工况状态下的水利平衡。这时就锁定静态水利平衡阀的开度，并且在运行过程中不能对所设置的开度进行顺意调节。同时还要做好相应的记录工作，将相关的数据存人系统设备调试档案，便于今后维护工作的开展。

    除此之外，由于不同的设备供应商所提供的计算机软件的KV值不统一，导致不同供应商提供的产品配套调试仪表无法实现互用。在静态水力平衡阀中，所有的静态水力平衡阀在其发塞后面都设置了一个空腔，这个空腔成为在线运行时污垢的主要留置点。

    2 自力式流量控制阀

    2.1 自力式流量控制阀的工作原理

    自力式流量控制阀是当前市场上新出现的一种调节阀类型，自力式流量控制阀相比传统的手动式流量调节阀的优越之处是它能够实现自动的流量调节，而不需要借助外部的动力就可以完成。在实际使用过程中发现，在封闭式的水循环系统中使用这种自力式的流量控制阀可以便于实现系统的流量分配、动态平衡，从而达到简化系统调试的目的。基于这些优点，自力式的控制阀在供热空调工程中得到了众多厂商的青睐。自力式流量控制阀属于双阀组合结构，由一个手动调节阀和自动平衡阀共同组成，它们分别负责设定流量和维持流量恒定工作。

    在手动调节阀中，KVS是手动调节阀阀口的流量系数，而P2-P3是手动调节阀阀口两侧的压力差系数。KVS的大小与开度密切相关，开度不变，KVS为变数，如果P2-P3不变，C也不发生变化。P2-P3保持不变主要取决于平衡阀。譬如进出口的压差Pl-P3变大，就运用动感压膜与弹簧的作用力促使平衡开关自动调小，P1-P2会变大，保持P2-P3不变，因此形成固定；相反P1-P3变小，平衡开关自动调大，P1-P2会变小，保持P2-P3不变，从而完成固定"手动开关调节组的每个阀门打开的角度大小都有一个与之相对应的流量，每个阀门打开的角度与流量之间的关系由试验台出示实验标准决定，同时也有相应的开度显示与锁定设备。

    2.2 自力式流最控制阀在混水系统中得应用

    自力式流量控制阀不需要借助外来的动力而是依靠自身介质的压力差来实现控制，自力式流量控制阀配备了自动控制流量的元器件，该元件能够实现流量衡定，通过这一功能从根本上解决了水力失调的问题。自力式流量控制阀的安装非常简单且便于调节，使用过程中消耗的能量较少，其增加的供热面积可达到25%-30%之间，大大提升了其运行的稳定性，保证了供暖的质量。我们在进行混水系统的改造时，先对水力进行计算，对供暖面积、环流量以以及相应的供热管径等因素进行分析以后，根据这些数据信息选择合适的流量控制阀，根据温度来调节流量的大小，然后借助自力式流量控制阀的独特功能来实现稳定混水的压力、流量以及温度等，从而充分保证了混水站之间能够获得一个相对稳定的流量，保证了系统的平衡运行。