空調(diào)水系統(tǒng)如何應(yīng)用平衡閥

陶 端 佑

(中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，浙江 寧波 315010)

1 概述

中央空調(diào)水系統(tǒng)各環(huán)路中有近端用戶也有遠端用戶，這種無法避免的狀況會造成各環(huán)路壓差不平衡，最終導(dǎo)致近端用戶水量富余而遠端用戶水量不足，從而影響遠端用戶空調(diào)效果。

空調(diào)系統(tǒng)運行過程中因部分用戶檢修時關(guān)閉閥門或某些用戶不開空調(diào)(閥門自動關(guān)閉)，以上情形使水系統(tǒng)的環(huán)路壓差發(fā)生變化，導(dǎo)致管路流量改變，而設(shè)計要求正在使用空調(diào)的用戶水流量要恒定，平衡閥就是用來解決這些問題的新型產(chǎn)品。

由于平衡閥生產(chǎn)廠方出于技術(shù)保密的原因，對平衡閥的結(jié)構(gòu)及其工作原理不做清晰的描述，導(dǎo)致許多設(shè)計師誤用或在廠方技術(shù)員的指導(dǎo)下選用，另外，設(shè)計圖紙上基本上不標注管路流量，給施工安裝單位調(diào)試造成極大迷惑。

2 平衡閥的種類

平衡閥分為靜態(tài)平衡閥和動態(tài)平衡閥兩大類。靜態(tài)平衡閥又稱：平衡閥、手動平衡閥、數(shù)字鎖定平衡閥、雙位調(diào)節(jié)閥等，為了方便描述將靜態(tài)平衡閥統(tǒng)稱之為平衡閥。動態(tài)平衡閥按受控對象特征分為動態(tài)流量平衡閥和動態(tài)壓差平衡閥，主要有：自力式流量控制閥、自力式壓差控制閥、定流量閥、自動平衡閥等。

3 平衡閥的工作原理

對不可壓縮流體，平衡閥的流量由流量方程式可得出[1]：

(1)

其中，Q為流經(jīng)平衡閥的流量;ξ為平衡閥的阻力系數(shù);P1為閥前壓力;P2為閥后壓力;ρ為流體的密度。

由式(1)可以得出，當F一定(對某一型號的平衡閥)時，閥門前后壓差P1-P2不變時，流量Q僅受平衡閥的阻力系數(shù)影響而變化，從而找到調(diào)節(jié)流量的方法[1]。

(2)

其中，KV為平衡閥的閥門系數(shù)，平衡閥全開時的閥門系數(shù)相當于普通閥門的流通能力，如果平衡閥的開度不變，則KV為平衡閥的閥門系數(shù)不變，平衡閥每一個開度都對應(yīng)一個KV值。

從平衡閥的結(jié)構(gòu)原理圖(如圖2所示)來看，它相當于一個局部阻力可以改變的節(jié)流元件，是具備特殊功能的閥門。

由式(2)可知，只要滿足改變閥門開度和閥門前后壓差變化的函數(shù)關(guān)系，便可實現(xiàn)水流量不變(定流量)。通過改變閥芯與閥座的間隙，使閥門系數(shù)發(fā)生變化達到調(diào)節(jié)流量的目的，由此看來，平衡閥實際上是通過手動來調(diào)節(jié)流量的，并且有具體的流量數(shù)值。而普通手動閥門僅是憑經(jīng)驗調(diào)試，流量是個未知數(shù)。

平衡閥調(diào)試時，用軟管將平衡閥兩個測壓小閥和專用智能化儀表連接，儀表可顯示出流經(jīng)平衡閥的流量值及壓降值，經(jīng)與儀表人機對話，向儀表輸入該平衡閥處要求的流量值后，儀表通過計算、分析，得出該閥門的開度值。

4 自力式流量控制閥的工作原理

自力式流量控制閥結(jié)構(gòu)(如圖3所示)是一個雙閥組合，由一個手動調(diào)節(jié)閥組(其實是平衡閥組)和一個自動平衡閥組組成，手動調(diào)節(jié)閥組具備精確的開度值。

自力式流量控制閥的工作原理是對手動調(diào)節(jié)閥組進行控制，要使手動調(diào)節(jié)閥組的流量Q恒定，依據(jù)式(2)，開度KV值和壓差P2-P3也要恒定，而P2-P3的恒定則是由自動平衡閥組來控制。

江西師范大學(xué)圖書館（以下簡稱我館）的索書號是由分類號、著者號、輔助區(qū)分號組成,著者號使用“漢語拼音著者號碼表”取號，是按照著者姓名進行編排號碼取號的。我館采用著者號作為書次號進行標引,缺點有以下四點。

假設(shè)當手動閥組調(diào)到某一開度時，并且達到了用戶需要的流量值，以及相對應(yīng)的壓差P2-P3值(即設(shè)定值)。當該管路流量瞬間增大時，從式(2)可知，壓差P2-P3的實際值也瞬間加大并超過原設(shè)定值，此時，自動平衡閥組的感壓膜平衡打破，感壓膜和彈簧作用驅(qū)動閥瓣上移、關(guān)小，這時手動閥組流量減小，那么，壓差P2-P3值也減小至設(shè)定值。反之，當該管路流量瞬間減小時，此時的壓差P2-P3實際值也瞬間減小，并小于原設(shè)定值，自動平衡閥組的感壓膜平衡打破，通過自動平衡閥組的感壓膜和彈簧作用驅(qū)動閥瓣下移、開大，顯然手動閥組流量增大，同時壓差P2-P3也增大至設(shè)定值。

綜上所述，自力式流量控制閥的工作原理，是自動平衡閥組中的感壓膜和彈簧作用閥瓣上下移動來實現(xiàn)手動閥組工作壓差P2-P3朝反方向變化，直至壓差P2-P3重新回到設(shè)定值，維持流量恒定不變。

需要說明的是，自力式流量控制閥的受控對象是流量恒定，是保證某單一用戶的流量。如果連接在某一環(huán)路總管上(如圖4所示)，情況會怎么樣。

因為，自力式流量控制閥的目的是控制手動調(diào)節(jié)閥組的流量，也就是說要控制3個用戶的總流量。為便于分析，假設(shè)每個用戶的流量值均為1，那么，環(huán)路總流量為3。如果用戶1因檢修要關(guān)閉該支路上閥門，則環(huán)路總流量按需求來說只需要流量值為2，而自力式流量控制閥之前已設(shè)定流量值為3(定流量)，即用戶2和用戶3的總流量值仍然維持為3，顯然用戶2和用戶3屬于超流量，從而形成大流量小溫差的不節(jié)能狀況。由此得出，自力式流量控制閥不能安裝在環(huán)路總管路上，它只能設(shè)在單一某個用戶管路上。

5 自力式壓差控制閥的工作原理

根據(jù)流體力學(xué)理論，水系統(tǒng)管路的阻力特性曲線方程，通常用下式表示[2]：

ΔP=S·Q2

(3)

其中，ΔP為管路系統(tǒng)阻力(又稱管路壓差)；S為管路綜合阻力系數(shù)(又稱阻抗，管路安裝完畢后為常數(shù));Q為水流量。

由式(3)可知，控制管路壓差ΔP不變，那么，被控用戶的流量也不變，自力式壓差控制閥的工作原理正是基于上述理論，即維持被控管路壓差ΔP恒定。

自力式壓差控制閥(結(jié)構(gòu)原理如圖5所示)的工作過程是，假設(shè)管路壓差P1-P2調(diào)試到滿足要求時，稱之為設(shè)定值。當供水壓力P1瞬間增大時，那么，管路壓差P1-P2增大,由式(3)可知，當閥瓣不動時管路流量瞬間增大。但是，感壓膜上下腔由于P1的增大，平衡被破壞，感壓膜和彈簧作用驅(qū)動閥瓣下移關(guān)小閥口，使環(huán)路流量減小，由式(3)可知，流量減小會導(dǎo)致管路壓差P1-P2也減小至設(shè)定值，從而使P1-P2恒定。反之，當供水壓力P1減小時，則供回水壓差P1-P2和管路流量均減小,此時，因P1減小促使感壓膜和彈簧作用驅(qū)動閥瓣上移，開大閥口，環(huán)路流量增大，被控管路壓差P1-P2也增大至設(shè)定值，維持P1-P2恒定不變。

綜上所述，自力式壓差控制閥的工作原理，是感壓膜和彈簧作用閥瓣上下移動來實現(xiàn)流量朝反方向變化，從而維持P1-P2恒定不變，管路壓差不變也就保證了管路流量恒定。

如果將自力式壓差控制閥連接在某一環(huán)路總管上(見圖6)，情況會如何。并聯(lián)管路中總阻抗和各支路阻抗的關(guān)系是[1]：

(4)

其中，S為并聯(lián)環(huán)路總阻抗;S1為用戶1阻抗；S2為用戶2阻抗;S3為用戶3阻抗。

假設(shè)并聯(lián)環(huán)路有3個用戶，通過調(diào)試后使壓差P1-P2滿足環(huán)路總流量要求，此時的P1-P2為設(shè)定值。假如用戶①關(guān)閉，由式(4)可知，因并聯(lián)環(huán)路總阻抗增加，那么，壓差P1-P2瞬間增大，感壓膜平衡即刻被打破，閥瓣下移，關(guān)小閥口，使環(huán)路流量減小，由式(4)可知，環(huán)路壓差P1-P2減小、直至原設(shè)定值，維持P1-P2恒定不變。對于用戶②來說，其流量為在用戶①關(guān)閉前后，其開度值KV未發(fā)生改變，而P1-P2由壓差閥保證恒定不變，則用戶②流量Q也不會改變。因而得出，自力式壓差控制閥被控環(huán)路中某一支路流量的改變不會影響其他支路。

6 結(jié)語

在定流量系統(tǒng)中，經(jīng)調(diào)試后各環(huán)路的需求水流量滿足要求，并且管路不再發(fā)生改變，那么，使用平衡閥最合適。在變流量系統(tǒng)中，由于管路壓差經(jīng)常改變，則應(yīng)當使用動態(tài)平衡閥，自力式流量控制閥應(yīng)設(shè)在單一用戶管路上，而自力式壓差控制閥則用在各并聯(lián)環(huán)路的總管上。目前市面上的平衡閥品種繁多、命名不一，實際仍屬于上述三種功能。由于靜態(tài)、動態(tài)平衡閥具有特殊功能自然價格也較為昂貴，應(yīng)正確使用才能發(fā)揮它真正的作用。