如何選用供熱調(diào)節(jié)閥

姚大春

[摘 要] 文章分析了供熱系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥的選用原則，認(rèn)為應(yīng)根據(jù)流通能力來(lái)計(jì)算機(jī)選擇調(diào)節(jié)閥的口徑，而不是由連接管的管徑來(lái)確定，并認(rèn)為調(diào)節(jié)閥的安裝地點(diǎn)不同，其計(jì)算公式中的系數(shù)有差別。

[關(guān)鍵詞]調(diào)節(jié)閥 選擇

中圖分類號(hào)：TK323文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

一、引言

近年來(lái)，為解決供熱、空調(diào)系統(tǒng)中的水力失調(diào)、冷熱不均等問(wèn)題，自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用得越來(lái)越多，因而調(diào)節(jié)閥得到廣泛的應(yīng)用，同時(shí)對(duì)調(diào)節(jié)閥性能特別是其流量特性的要求也越來(lái)越高。

調(diào)節(jié)閥的流量特性，即流量隨閥門開度變化的關(guān)系，取決于閥芯的型線及其在系統(tǒng)中的位置。目前，在閥門設(shè)計(jì)時(shí)，即使流量特性為百分比型的調(diào)節(jié)閥，在實(shí)際工作中也會(huì)變成快開特性，使系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行正常的調(diào)節(jié)。其原因是多方面的，但有個(gè)重要原因是現(xiàn)有調(diào)節(jié)閥閥芯型線設(shè)計(jì)中存在某些問(wèn)題，使得調(diào)節(jié)閥的工作參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)不一致，在很多情況下滿足不了運(yùn)行調(diào)節(jié)的要求。為些，需要對(duì)閥芯的型線設(shè)計(jì)進(jìn)行修正。

此外，調(diào)節(jié)閥的規(guī)格或口徑選擇也非常重要，它直接影響到調(diào)節(jié)系統(tǒng)效果的好壞，因此需根據(jù)調(diào)節(jié)對(duì)象的特性、調(diào)節(jié)閥的使用場(chǎng)合和流通能力來(lái)正確選用調(diào)節(jié)閥。

二、調(diào)節(jié)閥的選用原則

供熱系統(tǒng)最終目的是熱力工況的平衡，要求在流量改變的同時(shí)，散熱器（或換熱器）散熱量適應(yīng)負(fù)荷的變化。就是說(shuō)，調(diào)節(jié)閥的開度變化與散熱器散熱量的變化成線性關(guān)系，這才是供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)的最佳原則。亦即文獻(xiàn)所述在調(diào)節(jié)過(guò)程中，調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)和調(diào)節(jié)對(duì)象的放大系數(shù)乘積維持不變。

從文獻(xiàn)可得出散熱器的流量與散熱量之間的關(guān)系。Q為相對(duì)散熱量，指散熱器某一流量下的散熱量與額定流量（設(shè)計(jì)流量）下的散熱量的比值，G為散熱器相對(duì)流量，曲線1、2、3、4 分別表示供回水溫差為10、20、30、40℃時(shí)散熱器流量與散熱量之間的關(guān)系。流量小時(shí)流量變化對(duì)散熱器的散熱量影響大；流量大時(shí)影響小，即散熱器的散熱量隨流量變化的放大系數(shù)逐漸減小。

為了得到散熱器的相對(duì)散熱量 Q/Qmax 和調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開度 L/Lmax的線性關(guān)系，必須選擇等百分比性能的調(diào)節(jié)閥。這一點(diǎn)對(duì)于散熱器和換熱器，只要其介質(zhì)為熱水，都是如此，而直線型的調(diào)節(jié)閥將達(dá)不到線性關(guān)系的要求。

對(duì)于不同的供回水溫差，散熱器放大系數(shù)（曲線的斜率）的變化率不一樣；調(diào)節(jié)閥在不同的安裝地點(diǎn)，閥權(quán)度PV值不同，放大系數(shù)的變化率不一樣。為保證兩個(gè)放大系數(shù)的乘積為一常數(shù)，在選用調(diào)節(jié)閥時(shí)使其閥門全開時(shí)的阻力應(yīng)不一樣。由此可得出：在目前供熱系統(tǒng)中大流量、小溫差運(yùn)行方式下，調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)質(zhì)量變差。

熱水供暖系統(tǒng)應(yīng)選用等百分比型調(diào)節(jié)閥，此外還應(yīng)考慮閥門阻力，這一點(diǎn)對(duì)于調(diào)節(jié)閥用在不同場(chǎng)合非常重要。一般而言，系統(tǒng)的阻力數(shù)在熱源的分、集水器（注：對(duì)于熱源的分、集水器處的調(diào)節(jié)閥，其調(diào)節(jié)對(duì)象為整個(gè)供熱系統(tǒng)，熱力站處為最大，干線分支處和用戶的熱力入口次之。對(duì)于柱塞式、開口式和套筒式閥芯的調(diào)節(jié)閥，它們?nèi)疾捎媒刂归y的閥體，閥芯呈流開狀態(tài)。在相同的測(cè)試條件下，一般來(lái)說(shuō)，套筒式調(diào)節(jié)閥阻力最大，開口式其次，柱塞式最小。因此，可認(rèn)為在選擇等百分比調(diào)節(jié)閥時(shí)，當(dāng)調(diào)節(jié)對(duì)象的阻力較大時(shí)，宜選用套筒式或開口式調(diào)節(jié)閥；阻力較小時(shí)，這三種調(diào)節(jié)閥都可以用。

當(dāng)調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)對(duì)象為一供熱系統(tǒng)時(shí)，如熱源的分、集水器處，干線分支處和用戶的熱力入口處等，調(diào)節(jié)閥起分配流量的作用，即開度與流量的關(guān)系，沒(méi)有涉及到閥開度與設(shè)備散熱量的最終關(guān)系。當(dāng)閥權(quán)度 PV=0.1時(shí)，調(diào)節(jié)閥的工作特性相對(duì)開度與相對(duì)流量基本成線性關(guān)系，也能起到很好的分配流量的作用。在這種情況下如果還要求如前所述的閥權(quán)度 PV≥0.3，那么所選擇的調(diào)節(jié)閥的阻力過(guò)大 ，造成系統(tǒng)阻力過(guò)大，水泵耗電太大。如果調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)對(duì)象為換熱器或散熱器等，為了滿足閥門調(diào)節(jié)與設(shè)備換熱或散熱關(guān)系，最終所要求的是散熱器相對(duì)散熱量或換熱器的相對(duì)換熱量與調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開度成線性關(guān)系，這時(shí)就有必要要求所選閥門在工作中的閥權(quán)度 PV≥0.3。

此外，用戶熱力入口的調(diào)節(jié)閥是安裝在供水管還是回水管上，應(yīng)根據(jù)水壓圖來(lái)確定。如果在高層建筑中安裝在供水管上，有可能造成閥后壓力過(guò)小（閥門阻力大），部分管道處于負(fù)壓區(qū)，產(chǎn)生倒空現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)考慮把調(diào)節(jié)閥安裝在回水管上；反之，對(duì)低層建筑就應(yīng)安裝在供水管上，還可以用閥門減壓。

如果熱媒為蒸汽，一定壓力下，汽化潛熱為定值，散熱量或換熱量與蒸汽量成正比，為保證相對(duì)散熱量或相對(duì)換熱量與調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開度成線性關(guān)系，僅需要求調(diào)節(jié)閥的工作特性成線性關(guān)系即可。因此當(dāng)系統(tǒng)或設(shè)備阻力較小時(shí)，選用直線型調(diào)節(jié)閥；反之，選用等百分比型調(diào)節(jié)閥，但是，此時(shí)的閥權(quán)度 PV應(yīng)為0.1左右。還應(yīng)注意：如果熱媒為蒸汽，為防止汽壓下降過(guò)大，所選擇的調(diào)節(jié)閥的阻力應(yīng)較小。

三、調(diào)節(jié)閥的口徑選擇計(jì)算

目前在供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有一部分人往往不進(jìn)行調(diào)節(jié)閥口徑的選擇計(jì)算，一般認(rèn)為多大的管徑選擇多大口徑的閥門，這種觀念是錯(cuò)誤的。對(duì)于調(diào)節(jié)閥一定要按照其流通能力來(lái)選擇口徑。從前文已看出，調(diào)節(jié)閥的壓降對(duì)于閥芯型線設(shè)計(jì)非常重要，對(duì)于口徑的選擇亦是如此。選擇計(jì)算步驟如下：

確定調(diào)節(jié)閥的壓差Δp

式中η--系數(shù)，當(dāng)調(diào)節(jié)閥用于熱源的分、集水器處，干線分支處和用戶熱力入口等時(shí)，η=0.15～0.5；當(dāng)用于調(diào)節(jié)散熱器或換熱器等時(shí)，η=0.5～0.7；

pg--系統(tǒng)或設(shè)備供水壓力，Pa；

ph--系統(tǒng)或設(shè)備回水壓力，Pa。

計(jì)算調(diào)節(jié)閥的最大流通能力Gmax

流通能力C是指在調(diào)節(jié)閥全開、閥兩端壓力為105Pa、流體密度ρ為1g/cm3 時(shí)，每h 流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量Gmax，以 m3/h 計(jì)為：

在調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品規(guī)格中，根據(jù)Cmax值選取大于Cmax且最近一檔的 C值，選出調(diào)節(jié)閥的規(guī)格或口徑。

按照如上的步驟即可正確選擇調(diào)節(jié)閥的口徑。文獻(xiàn)也指出：按口徑比管道直徑小的方法選擇用戶熱力入口調(diào)節(jié)閥，從流通能力方面考慮是可行的。具體的口徑比管道直徑應(yīng)該縮小幾號(hào)，需根據(jù)供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)條件或設(shè)計(jì)水壓圖而定。如果選擇口徑與管道直徑一樣的調(diào)節(jié)閥，按照上面的分析，就有可能造成流通能力過(guò)剩，調(diào)節(jié)范圍減小，即實(shí)際可調(diào)比R減小，調(diào)節(jié)特性不好，有時(shí)會(huì)造成系統(tǒng)或設(shè)備無(wú)法進(jìn)行正常的調(diào)節(jié)。

四、小結(jié)

無(wú)論是調(diào)節(jié)閥閥芯型線的設(shè)計(jì)，還是閥芯形狀和閥門口徑的選擇，其目的都是為了使供熱系統(tǒng)具有良好的可調(diào)性。但是，不同工況下散熱器的散熱特性是不同的（主要是指供回水溫差的不同），其放大系數(shù)也不同；調(diào)節(jié)閥安裝在不同的地點(diǎn)，其閥權(quán)度PV值不同，因而其放大系數(shù)也不同。因此要想使得兩個(gè)放大系數(shù)的乘積保持不變，對(duì)于工業(yè)產(chǎn)品要求系列化來(lái)說(shuō)是非常困難的，也只有希望散熱器的散熱量隨調(diào)節(jié)閥的開度變化能基本保持線性關(guān)系即可。

綜合以上分析，可得出以下結(jié)論：

調(diào)節(jié)閥的流通截面積計(jì)算公式應(yīng)按照計(jì)算，不應(yīng)簡(jiǎn)單認(rèn)為相對(duì)流通截面積等于相對(duì)流量；

根據(jù)調(diào)節(jié)對(duì)象的不同選擇不同閥芯形狀的等百分比型調(diào)節(jié)閥，同時(shí)，如果調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)對(duì)象為一系統(tǒng)時(shí)，PV≥0.1，如果為一設(shè)備時(shí)，PV≥0.3；

對(duì)調(diào)節(jié)閥的規(guī)格或口徑應(yīng)根據(jù)閥門的流通能力來(lái)選擇計(jì)算，調(diào)節(jié)閥的安裝地點(diǎn)不同，其計(jì)算公式中的系數(shù)有差別；

用戶入口的調(diào)節(jié)閥是否安裝在供回水管上，應(yīng)根據(jù)水壓圖而定。endprint