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自力式壓差閥|靜態(tài)平衡閥
水力失調(diào)和水力平衡問(wèn)題,一直是集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行中的不可忽視的問(wèn)題。但對(duì)這兩方面的問(wèn)題進(jìn)行深入研究的文獻(xiàn)卻很少。在此,作者對(duì)該問(wèn)題談幾點(diǎn)個(gè)人看法,以供參考。
01水力失調(diào)的產(chǎn)生原因
集中供熱系統(tǒng)的水力失調(diào)包括靜態(tài)水力失調(diào)和動(dòng)態(tài)水力失調(diào)兩種類(lèi)型。
(1) 靜態(tài)水力失調(diào)
假定一個(gè)供熱系統(tǒng)包括多個(gè)并聯(lián)用戶(hù),每個(gè)用戶(hù)所需流量可按其各自的熱負(fù)荷 ,利用公式G=0.86*Q/Δt計(jì)算得到;而每個(gè)熱用戶(hù)的實(shí)際流量則是由各自的資用壓力(差)Δp和各用戶(hù)支路的實(shí)際阻抗值S確定的,可用公式G′=(ΔP/S)¹/²計(jì)算得到。
實(shí)際工程中,由于各用戶(hù)的資用壓力(差)ΔP和各用戶(hù)支路的阻抗值S并不都是匹配的,因而其通過(guò)的實(shí)際流量與根據(jù)熱負(fù)荷計(jì)算出所需流量往往是不一致的。離熱源近的用戶(hù)可能會(huì)由于資用壓力(差)ΔP偏大或阻抗值S相對(duì)偏小,實(shí)際流量大于所需流量;而離熱源遠(yuǎn)的用戶(hù)則可能出現(xiàn)相反的情況。這種由各用戶(hù)的資用壓力(差)ΔP和各用戶(hù)支路的阻抗值S不匹配導(dǎo)致的、各用戶(hù)實(shí)際通過(guò)的流量與實(shí)際需要的流量不一致的現(xiàn)象就是靜態(tài)水力失調(diào)。
(2) 動(dòng)態(tài)水力失調(diào)
假定一個(gè)供熱系統(tǒng)包括多個(gè)并聯(lián)用戶(hù)。調(diào)整某一用戶(hù)支路上的閥門(mén),與該用戶(hù)并聯(lián)的其它用戶(hù)雖未進(jìn)行調(diào)節(jié),其流量也會(huì)或多或少地發(fā)生相應(yīng)變化,從而使得用戶(hù)通過(guò)的實(shí)際流量和需要的流量不一致,就是動(dòng)態(tài)失調(diào)現(xiàn)象。
造成動(dòng)態(tài)失調(diào)的內(nèi)在原因是,由于整個(gè)供熱系統(tǒng)是一個(gè)相互連通的同一整體,任何一處的閥門(mén)開(kāi)度變化(自動(dòng)或手動(dòng)),都會(huì)對(duì)該處的壓力狀態(tài)產(chǎn)生一個(gè)改變。這個(gè)改變會(huì)以壓力波的形式以聲速(壓力波以聲速傳播,在水中1000m/s以上)向系統(tǒng)的其它各處傳遞,從而導(dǎo)致未進(jìn)行閥門(mén)調(diào)節(jié)的并聯(lián)用戶(hù)的資用壓力(差)ΔP和實(shí)際流量發(fā)生相應(yīng)變化。
02全 面水力平衡措施
雖然靜態(tài)失調(diào)和動(dòng)態(tài)失調(diào)產(chǎn)生的原因及存在的形式不同,但它們往往共存于同一個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)中,對(duì)系統(tǒng)的總體水力失調(diào)狀況產(chǎn)生相互疊加的影響。因此,應(yīng)采取相應(yīng)措施予以消去。工程中采用以下水力平衡措施,可以較好解決集中供熱系統(tǒng)靜態(tài)失調(diào)和動(dòng)態(tài)失調(diào)的問(wèn)題。
(1) 設(shè)置自力式動(dòng)態(tài)
平衡閥
靜態(tài)失調(diào)和動(dòng)態(tài)失調(diào),雖然產(chǎn)生的原因不同,但在本質(zhì)上是一致的,都是用戶(hù)支路阻抗值S與作用在該用戶(hù)的資用壓力(差)ΔP不匹配造成的;解決措施在本質(zhì)上也是一致的,都是通過(guò)改變用戶(hù)支路阻抗值S,實(shí)現(xiàn)運(yùn)行流量與所需流量相一致;而自力式的動(dòng)態(tài)平衡閥,則能根據(jù)設(shè)定的流體參數(shù),自動(dòng)地調(diào)整自身的閥門(mén)的開(kāi)度以改變支路的阻抗,從而克服靜態(tài)失調(diào)和動(dòng)態(tài)失調(diào)現(xiàn)象。
因此,采用自力式的動(dòng)態(tài)平衡閥,不僅可以解決動(dòng)態(tài)失調(diào),也能同時(shí)解決靜態(tài)失調(diào)問(wèn)題。而且,采用自力式動(dòng)態(tài)平衡閥解決靜態(tài)失調(diào)問(wèn)題還有一個(gè)很重要的優(yōu)點(diǎn),是自力式動(dòng)態(tài)平衡閥的平衡操作方法簡(jiǎn)單,只需在運(yùn)行前對(duì)調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,運(yùn)行中無(wú)需進(jìn)行其它操作,即可保證調(diào)節(jié)支路參數(shù)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定;而
靜態(tài)平衡閥
的平衡過(guò)程中,定量調(diào)節(jié)往往需要復(fù)雜的計(jì)算,定性調(diào)節(jié)則需要反復(fù)調(diào)節(jié)和測(cè)量,對(duì)技術(shù)人員素質(zhì)有較高要求。
采用自力式動(dòng)態(tài)平衡閥同時(shí)解決靜態(tài)失調(diào)和動(dòng)態(tài)失調(diào),一般情況下,對(duì)于定流量質(zhì)調(diào)節(jié)系統(tǒng),應(yīng)采用
自力式流量控制閥
;而對(duì)于以用戶(hù)為主動(dòng)的變流量系統(tǒng),則應(yīng)采用自力式的壓差控制閥。在使用過(guò)程中,若出現(xiàn)自力式控制閥所在支路資用壓力過(guò)高,導(dǎo)致其工作開(kāi)度過(guò)小、過(guò)流量及工況不穩(wěn)定等情況,則宜在該支路上串聯(lián)以
靜態(tài)平衡閥
消耗部分資用壓力,從而保證自力式控制閥處于較穩(wěn)定的開(kāi)度調(diào)節(jié)區(qū)間。
(2) 設(shè)置
自力式壓差閥
+電動(dòng)溫控閥
近今年來(lái),集中供熱系統(tǒng)的“智慧化”建設(shè)和改造得到了快速發(fā)展。電動(dòng)溫控閥作為一種“智慧化”過(guò)程中不可或缺的水力平衡自動(dòng)控制設(shè)備得到了較廣泛應(yīng)用。但從應(yīng)用情況看,較多系統(tǒng)采用了“僅在用戶(hù)端設(shè)置電動(dòng)溫控閥同時(shí)解決靜態(tài)失調(diào)和動(dòng)態(tài)失調(diào)”的不合理的平衡措施。這種設(shè)置方式的不合理性主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:
其一,在靜態(tài)失調(diào)比較嚴(yán)重的情況下,常常會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題:近端用戶(hù)由于資用壓力過(guò)大,電動(dòng)溫控閥在小開(kāi)度和完全關(guān)閉兩種狀態(tài)來(lái)回切換,導(dǎo)致電池耗電量劇增,執(zhí)行器疲勞損壞,使用壽命縮短;中間用戶(hù)電動(dòng)溫控閥調(diào)整幅度大,動(dòng)作頻率高(甚至始終處于動(dòng)作狀態(tài));而遠(yuǎn)端用戶(hù)則由于資用壓差過(guò)小,動(dòng)態(tài)閥即使在大開(kāi)度狀態(tài),也不能滿足流量要求,因而導(dǎo)致調(diào)節(jié)功能失效。
其二,目前采用的電動(dòng)溫控閥,多數(shù)是根據(jù)溫度(室溫或回水溫度),以離散的數(shù)字變量進(jìn)行控制的,屬于典型的反饋?zhàn)钥啬J?。在這個(gè)過(guò)程中,某一閥門(mén)的開(kāi)度變化,瞬間就會(huì)引起其他未調(diào)整用戶(hù)的流量變化(壓力波以聲速傳播,在水中1000m/s以上);但由于傳熱過(guò)程具有滯后性,整個(gè)系統(tǒng)由流量引起的溫度波動(dòng)往往需要很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定(甚至數(shù)小時(shí)以上)。因此,由此引起的整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)過(guò)程,需要持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間才能完成。這種情況下,很可能上次擾動(dòng)引起的平衡過(guò)程尚未完成,而后續(xù)擾動(dòng)可能又引起新的平衡過(guò)程,從而導(dǎo)致系統(tǒng)的電動(dòng)溫控閥始終處于調(diào)整或待調(diào)整的過(guò)程中。對(duì)于規(guī)模較大的管網(wǎng),這種現(xiàn)象可能會(huì)更加明顯。
而采用“
自力式壓差閥
+電動(dòng)溫控閥”的水力平衡方案,可完全避免上述問(wèn)題的發(fā)生。同力自控閥門(mén)有限公司的一位技術(shù)人員曾跟我交流過(guò)這樣一個(gè)例子:供熱系統(tǒng)若只在用戶(hù)支路設(shè)置電動(dòng)溫控閥,電動(dòng)溫控閥的動(dòng)作頻率大約在每小時(shí)10~12次以上;在該支路上加裝
自力式壓差閥
并其壓差設(shè)定在合理的一定范圍,則電動(dòng)溫控閥的動(dòng)作頻率可以降至每小時(shí)1~2次;而且,電動(dòng)溫控閥的開(kāi)度區(qū)間也存在大幅度減小。顯然,
自力式壓差閥
為電動(dòng)溫控閥的正常、可靠、穩(wěn)定工作創(chuàng)造良好的工作條件。
自力式壓差閥
在此起兩方面的作用,一是解決全 網(wǎng)的靜態(tài)失調(diào),二是解決用戶(hù)外部動(dòng)態(tài)因素引起的動(dòng)態(tài)失調(diào);電動(dòng)溫控閥則主要解決用戶(hù)內(nèi)部動(dòng)態(tài)因素引起的動(dòng)態(tài)失調(diào)。
(3)設(shè)置
靜態(tài)平衡閥
+電動(dòng)溫控閥
采用“
靜態(tài)平衡閥
+電動(dòng)溫控閥”的平衡方案,也可以在一定程度上緩和電動(dòng)溫控閥工作狀態(tài)不穩(wěn)定的問(wèn)題。在該方案中,
靜態(tài)平衡閥
應(yīng)解決全部靜態(tài)失調(diào)問(wèn)題,電動(dòng)溫控閥則解決全部動(dòng)態(tài)因素引起的失調(diào)問(wèn)題。
該方案與“
自力式壓差閥
+電動(dòng)溫控閥”的水力平衡方案相比較而言,
靜態(tài)平衡閥
的平衡調(diào)節(jié)過(guò)程較復(fù)雜,若不能完全解決靜態(tài)失調(diào),則靜態(tài)失調(diào)中沒(méi)有解決的部分則將由電動(dòng)溫控閥承擔(dān),從而可能導(dǎo)致電動(dòng)溫控閥動(dòng)作頻率提高和開(kāi)度區(qū)間加大,進(jìn)而導(dǎo)致壽命縮短和部件疲勞損壞等問(wèn)題;同時(shí),由于在該方案中,由用戶(hù)外部因素的動(dòng)態(tài)失調(diào)也是由電動(dòng)溫控閥承擔(dān)的,因此也在一定程度上增加了電動(dòng)溫控閥工作狀態(tài)的不穩(wěn)定性。因此,該方案與第2種方案相比,第2種方案是更可取的水力平衡解決方案。
03結(jié)語(yǔ)
在同一個(gè)集中供熱管網(wǎng)中,靜態(tài)水力失調(diào)和動(dòng)態(tài)水力失調(diào)同時(shí)存在。“僅在用戶(hù)末端設(shè)置電動(dòng)溫控閥同時(shí)解決靜態(tài)失調(diào)和動(dòng)態(tài)失調(diào)”的技術(shù)方案是不合理的。平衡方案須考慮平衡設(shè)施工作穩(wěn)定性和使用壽命問(wèn)題。
文獻(xiàn)轉(zhuǎn)載:河南理工大學(xué) 徐文忠 教 授 著
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