? ? ? ? ? 调节阀是暖通系统中最广泛采用的水流量量调节设备,所有的调节控制回路中普遍采用调节阀进行流量、温度等的控制。控制效果的好坏、调节阀工作寿命的长短,主要取决于调节阀的选型是否合理控制方式是否得当。合理的选择调节阀,不但可以实现优化控制、提高生产效率,还可以延长阀门的使用周期,降低维护费用和生产成本。然而,不合理的选型造成的结果却恰恰相反,不少场合迫切需要实现自动控制,却常因为调节阀不能满足现场要求而无法实现。

一、调节阀选型常见问题

工程实践中,常遇到因为调节阀(阀体+执行器)选型时产生疏漏,而导致不容易或无法实现自动控制效果的情况发生,下面结合项目进行中所遇到的实例,分析讲解调节阀选型的常见问题。

(一)阀体选型不当

? ? ? ? ? ? 变流量暖通系统多采用调节型执行器+等百分比调节特性阀体的组合,这样的流量控制效果是比较精确的,自控内容的实现也是最方便的。

问题案例1——测试地点:唐山某项目现场??? 测试时间:2013.11.15,13:00
问题案例1,唐山某项目,该项目为既有项目,首先通过我公司的控制器内置的阀门测试程序在标准工况对调节阀开度特性进行了测试,曲线见上图,阀门特性曲线不理想,后经过与分管阀门安装的公司沟通发现,他们选用的是调节型执行器+快开型的开关阀。由上图曲线可知,阀门有效开度在5%左右即达到最大,调节区间太小,对于管径较大空调系统,执行器有较小动作,流量变化即变化巨大,基本没有调节效果。如此选型,使得此“调节阀”只能作为开关阀使用,不但达不到预计效果,调节型执行器的作用也无从发挥。

(二)阀门管径选择不当

? ? ? ? ? ? 阀门的调节性能,直接关系到整个自动控制系统的控制效果,选择的阀门管径过小或过大,直接会对阀门的调节性能产生影响。管径过小,导致的结果很明显,就是即使阀门置为最大开度时,在极端天气下可能无法满足用户使用。由于目前国内暖通系统管路设计普遍预留过大,可能导致的结果有以下几点:
1、需要的开度较低,调节余量变小,亦容易造成堵塞;
2、阀门在小开度情况下,液体流速过高,阀后会形成涡旋区,产生严重噪音,并产生振动,造成阀体的损坏;
3、不利于自动控制,稍微改变阀门开度即可引起流量的巨大变化,控制误差大,控制效果不理想,只能作为开关阀使用;
4、容易造成调节阀振荡,进而损坏调节阀,增加后期维护的成本;

 

济南某项目  测试时间:2013.12.05,14:30?
由上图为济南某项目,由测试曲线可知该调节阀最大有效开度为50%左右,既阀门在50%以上水流量无明显变化,阀门管径选择偏大,这是项目普遍现象,阀门使用多年后多数电动执行器报废,分析原因,阀门选型不合理,导致控制程序效果不佳,执行器过度工作,机械结构损毁。

(三)质量问题

调节阀的产品质量是保证调节阀平稳工作的重要因素。工程实践过程中,曾遇到多次因为调节阀密封不严,导致即使将阀门关闭到最小开度,仍有较大流量的循环水流经的现象发生。因此,一个有经验的系统设计人员就知道阀门质量在现场的重要性。一开始就应重视阀的质量问题,所选的阀结构和材质应是在满足使用功能前提下,得到的是简单的结构、最低的价格、过硬的质量。

(四)执行器选型不合理

调节阀执行器是非常重要的现场设备,合理的选型不仅能够达到良好的调节效果,更是保证执行机构不受损坏的保障。项目过程中,遇到过因执行器输出力矩不足而造成的执行器过载现象,最后导致执行机构损坏的情况。另外,现场使用环境也是一项重要的影响因素。夏季空调机房相对外界湿度较大,如执行器防护等级不高,很有可能造成水汽侵入而损坏。

二、调节阀的选型方法

调节阀的选型工作是一项综合判断、兼顾局部与整体,达到系统调节品质尽可能最佳的重要的工作,既要考虑工作条件环境、阀门结构类型、流量特性、财政等因素,又要考虑尽可能使整个调节系统处于最佳的控制状态。实践中,选型的一般原则如下:

(一)阀体的口径

应根据流通能力Kvs选择满足要求的阀体口径。阀门的Kvs是反映阀门的通过能力,其定义为两端压差为1bar时通过阀门的流量,Kvs是阀门的一种特性参数,与阀门结构有关,是一个不变的值,应根据给定的条件计算出Kvs值,然后通过查表觉得阀门的口径。

冷、热水二通阀流通能力Kvs的计算公式如下:

Kvs=Wmax

其中:Wmax—冷热水最大流量,m3/h
rs—水的比重,g/cm3,近似取lg/cm3
△P—二通阀两端压差,kgf/cm2

△P=(0.5~0.7)×(Pm-Pr)

Pm—供水压力,kgf/cm2
Pr—回水压力,kgf/cm2

【注意事项】

1、调节阀直接按照接管管径选取是不合理的。阀门的调节品质与接管流速或管径没有关系,阀门的调节品质仅与水的阻力及流量有关。亦即一旦系统设备确定之后,理论上适合该系统的阀门只有一种理想的口径,而不会出现多种选择。
2、调节阀口径不能过小。选择的阀门口径过小,一方面会增加系统的阻力,甚至会出现阀门口径100%开启时,系统仍无法达到设定的容量要求,导致严重后果。另一方面阀门将需要通过系统提供较大的压差以维持足够的流量,加重泵的负荷,阀门易受损害,对阀门的寿命影响很大。
3、调节阀口径不能过大。选择的阀门口径过大,不仅增加工程成本,而且还会引起阀门经常运行在低百分比范围内,引起调节精度降低,使控制性能变差,而且易使系统受冲击和振荡。

(二)流量特性的选择

应根据被控设备(表冷器、加热器、加湿器等)的静态特性选择与之匹配的流量特性阀体,一般应遵循如下原则:

表冷盘管:选择等百分比流量特性的二通阀或三通阀(直通回路);

热水加热盘管:选择等百分比流量特性的二通阀或三通阀(直通回路);

蒸汽加热盘管:选择线性流量特性的二通阀;

蒸汽加湿器:选择线性流量特性的二通阀;

(三)执行机构选择

无论如何选择执行机构,均应考虑满足以下要求:

1、足够的输出力矩,能克服轴向的不平衡力,并预留余量;

2、满足行程需要;

3、足够的阀座密封压力;

4、动作时间满足工艺要求;

5、考虑调节阀使用环境问题,如温度、湿度、雨水、风沙的影响等;

6、考虑流体介质的压力和最大压差△Pmax,保证所选择电动阀体及执行器的额定PN值和△Pmax值大于系统实际值。

(四)管道连接形式选择

一般按照工艺管道连接标准而定。如:1″ 以下的管道多为螺纹连接,中低压的一般用平法兰,高压、高温的一般用凹凸法兰或梯形槽法兰,特殊的还有对焊、套焊法兰等。

(五)调节阀材料选择

1、阀体材质

考虑流体对阀体的冲刷、腐蚀、空化、气蚀等的影响而决定。以及高温、低温等的材料选择。高温情况下,一般要求所选择材料中含有铬、镍、钼等元素。低温条件下,一般选用奥体氏不锈钢等材质。

2、阀内组件材质

为防止空化、气蚀、颗粒冲刷等,一般要经过硬化处理。为防止腐蚀,应考虑选用防腐材料或进行衬里。

三、总结

? ? ? ? ? 调节阀的合理选型以及过硬的质量保证,是实现设备自动控制并达到良好控制效果的基础。上文中所提到的调节阀选型常见问题,与设计者设计不严谨、未考虑自控系统等因素,以及普遍的宁大勿小的保守设计思想是有直接关系的,并且最终会导致陷入继续增加经济及时间成本改善现状、浪费前期投入,或者继续使用、能耗浪费严重的两难境地。

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