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025动态流量平衡阀性能的测试研究


动态流量平衡阀性能的测试研究
山东建筑大学 热能工程学院 刘学亭 张建明 戎卫国
摘要:动态流量平衡阀是根据系统压差变动而自动变化阻力系数,在一定的压差范围内,通过有效地控 制阻力系数的变化使通过的流量保持一个常值。为保证建筑的采暖与空调负荷需求,避免水力失调、冷 热不均, 各种型式和规格的流量平衡阀在采暖与空调工程中越来越多的被采用。 本文在对动态流量平衡

阀原理及应用范围进行阐述的基础上, 提出了动态流量平衡阀性能测试方法和测试装置, 通过实际测试 对动态流量平衡阀的流量和阻力变化特性进行了研究,为动态流量平衡阀的应用提供了一定依据。 关键词:动态流量平衡阀 1 引言 为保证建筑的采暖与空调负荷需求,避免水力失调、冷热不均,各种型式和规格的流量平衡阀在采 暖与空调工程中越来越多的被采用。 但是许多流量平衡阀缺少必要的性能参数数据, 在宣传中也存在着 一些片面性,在强调流量平衡阀的平衡调节作用时,淡化了其产生的阻力损失,由此造成了设计人员在 设计过程中存在着一些盲区, 也影响了流量平衡阀的正确推广与应用。 因此对流量平衡阀进行测试研究, 研究其流量变化和阻力变化特性,为流量平衡阀的正确选用提供客观依据,也就变的非常重要。 2 动态流量平衡阀的工作原理和测试方法 2.1 动态流量平衡阀的工作原理 水力失调一般分为静态失调和动态失调两种。静态失调又称为稳态失调。即系统中,各用户在设计 状态下,实际流量与设计流量不符。这种水力失调是根本性的,如不加以解决,影响始终存在。对于定 流量系统,这种失调现象可用静态平衡阀或动态平衡阀来解决,区别在于前者需用仪表进行调节,而后 者不需要。动态失调又称为稳定性失调。即系统中,当一些用户的水流量改变(关闭或调节)时,会引 起系统的阻力分布发生变化, 从而导致其他用户的流量随着改变。 这种水力失调是随机变化的、 动态的。 这种失调现象只能用动态平衡阀来解决。因此,不管是不是在设计工况下运行(要求是定流量系统) , 采用动态平衡阀都能很好的解决水利失调问题。 动态流量平衡阀是根据系统压差变动而自动变化阻力系数,在一定的压差范围内,通过有效地控 制阻力系数的变化使通过的流量保持一个常值。 当阀门前后的压差增大时, 通过阀门的自动关小的动作, 增大阻力系数使保持流量不增大;反之,当压差减小时,阀门自动开大,降低阻力系数,使流量仍然保 持恒定。但是,当压差小于或大于阀门的正常工作范围时,它毕竟不能提供额外的压头,此时阀门打到 测试 流量 阻力特性

全开或全关位置流量仍然比设定流量低或高就不能控制。 从流体力学的观点来看, 动态流量平衡阀相当 于一个局部阻力可以改变的节流元件。对于不可压缩的流体,流量方程可简化为:

Q ? CA

2?p

?
3

式中:Q:流经平衡阀的流量,单位 m /h。 C:流量系数。 A:阀芯的过流面积,单位 m 。 △P:阀门的进出口压力差,单位 Pa。 流量系数的大小与雷诺数 Re 有关,实验表明:液体为层流时,薄壁小孔的 C 随 Re 的增大而增大; 当 Re 增大到临界值时,层流变为湍流,C 趋于常数,临界雷诺数约为 3500 。要想保持流量 Q 不变,只 需保证的 A ?p 乘积不变即可。动态流量平衡阀即是根据其本身的结构特性来实现 A ?p 乘积不变的 功能的。图 1 是动态流量平衡阀压差随流量变化的理想情况。其中的平直部分就是其工作的压差区间, 在该区间内流量保持不变,类似金属的相变过程温度随吸热量的变化情况。
2

流量(m3/h)

工作区间

压差(kpa)

图 1 动态流量平衡阀压差随流量的变化关系图

当动态流量平衡阀的前后压差小于最小启动压差在这种情况下, 弹簧不会被压缩, 阀胆处于静止 状态,过流面积最大,这时通过平衡阀的水流量随压差的增大而增大;当平衡阀的前后压差在标定的 工作范围之内时,阀胆顶端在流体压力的作用下开始压缩弹簧,平衡阀进入工作状态。在这个工作压

力范围之内,如果流体压力改变,阀胆上的曲线过量通道也会相应发生变化,所以,在此压力范围之 内,无论压力怎么变化,输出端水的流量会保持不变;当平衡阀的前后压差在工作范围以上时,平衡 阀阀胆内部的弹簧将会被完全压缩,水流只能从阀胆两边的圆孔流过,过流面积将会一直保持不变, 流量与压差成正比,随压差的增大而增大。

从设定流量的方式的角度来分类, 动态流量平衡阀可分为固定流量型、 现场设定流量型和电控流 量型三种。

2.1.1 固定流量型 它由阀壳和阀芯组成。阀芯为一只或多只阀胆,阀胆由活塞和高精度的弹簧及支撑装置组成。不同 的压差使弹簧自动控制阀胆上过流面积的大小,从而使通过平衡阀的流量恒定。 2.1.2 可设定流量型 其阀芯由可调部分和水力自动调节部分组成。可调部分的开度可通过人工借助工具依据设计流量 按照生产厂提供的参数表进行现场设定。水力调节部分可以适应系统的压差变化来维持设定的流量值, 其运行原理与固定流量型相同。 2.1.3 动态平衡电动调节阀 动态平衡电动调节阀是一种动态平衡与电动调节同步执行的特殊阀门。其阀芯也是由可调部分和水 力自动调节部分组成。 可调部分的开度依实际需要随时进行电动调节。 水力自动调节部分可根据不同的 压差来自动调节阀芯的开度, 即出水端过流面积的大小, 而使通过阀门的流量恒定在可调部分的设定上。 这种阀门经简单设定最大流量值后, 其流量即可按实际需要在零到最大值之间进行调整。 并且在工作压 差范围内管网的压差变化对调定值没有影响。 普通的电动调节阀开度的调整受控制温度和系统压力两个 因素影响,而动态平衡电动调节阀的流量调整只受控制温度影响。 2.2 动态流量平衡阀的测试方法 由于固定流量型应用最为广泛且结构简单, 下面仅以固定流量型为例讲述其测试方法, 其他类型与 之类似,不再赘述。 动态流量平衡阀的压差流量特性实验装置如图 2 所示: 水箱中的水经过滤后利用变频水泵输配到被 测平衡阀。在实际测试过程中, 利用平衡阀前后的两个压力表测量平衡阀前后的压力,从而得到前后压 差, 利用超声波或浮子流量计测量其流量; 通过利用变频器改变水泵的转速或调节平衡阀前后两个调节

阀的开度,从而得到平衡阀的不同工况下的压差与流量。

调节阀

流量计

压力表

平衡阀

压力表 调节阀

过滤器

变频器

自动排气阀

水箱

图 2 测试装置图 3 动态流量平衡阀性能的测试与分析 取管径为 DN50,流量为 15m /h,允许压差在 35Kpa-210Kpa 的动态流量平衡阀进行测试,测试结果 见下表。 表 1 测试数据 序号 1 2 3 4 5 6 阀前压力 (kPa) 265 283 295 302 321 347 阀后压力 (kPa) 64 110 172 196 249 303 压差(kPa) 201 173 123 106 72 44 流量(m3/h) 15.26 15.08 14.95 14.80 14.76 14.58 误差(%) 1.73 0.53 -0.33 -1.33 -1.60 -2.80
3

图 3 与图 4 给出了流量随压差的变化曲线以及流量随阀前压力与阀后压力的变化曲线图。

18

16

流量(m3/h)

14

12 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

压差(kPa)

图 3 流量随压差的曲线图
20

18

阀后 阀前

16

流量(m3/h)

14

12

10

8 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360

压力(kPa)

图 4 流量随阀前压力和阀后压力的变化曲线图 从该表 1 中可计算出,流量的正的最大偏差为 1.7%,负的的最大偏差为-2.8%,在产品误差允许范 围内(±5%) ,可以看出在一定压差范围内,用动态流量平衡阀来保持流量不变是切实可行的;当作用 压力较大时,动态流量平衡阀依靠增大阻力随时来维持流量不变,阀前阀后压差随之增加。 5 结论 5.1 利用动态流量平衡阀可以通过自动调节阀门阻力系数的方法实现流量保持不变。 5.2 利用动态流量平衡阀实现流量的平衡有一定作用压差范围,设计选用时必须予以考虑。 5.3 从节能的观点分析,节流降压是一种有害现象,因此应慎重选用动态流量平衡阀,避免用的过多过 滥。 参考文献 [1] 景竹溪.动态流量平衡阀的原理及在空调工程中的应用.通风空调技术,2006,12:30-31 [2] 沈新荣,李增珍,李江莉. 一种自动流量平衡阀的实验研究. 流体机械,2006,11(34): 4-7 [3] 杨晓和,苏保青. 平衡阀流量测量的几个问题. 山西建筑,2003,8(29):119-120


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