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自动压差控制器在暖通空调中的应用
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空调, 风扇, 电热器, 空气净化器, 加湿器, ...
变流分配系统的一个主要优点是可以通过降低泵送成本来节能。但变流也有一个缺点:压差是可变的。这就使得精密的调节控制器只能起到原始开关的功能。

为了能够精确而稳定的控制变流系统,调节控制阀两端的压差不能变化过大。稳定的压差可以通过自动压差控制阀来实现。这一解决方案具有三大优点:

1.能够精确而稳定的调节控制。
2.使控制阀的噪音降到最低。
3.简化了平衡与试运行程序。

TA的STAP是一个自动比例控制阀。它可以稳定控制阀、具有几个终端装置的支路或者具有几个支路的立管的供应压差。本文说明STAP的工作方式,并提供了在空调系统中的一些应用。

1.STAP如何工作


图1STAP稳定二次压差ΔpL

STAP的设计基于一个弹簧膜片组合。弹簧拉动平衡塞(2)以打开阀门。压差AB施加在膜片(3)上,形成一个对抗弹簧的力。通过一条与测量阀STAD/M(STAD或STAM)的排水口(6)相连的毛细管,压力A被传递到STAP。对于STAP DN15至DN50,压力B在内部传递到膜片的另一侧。对于较大的尺寸,传递是在外部进行的。

测量阀可以略去不用,或者采用供水管道上的一个测试点来代替(如果水流无法通过其他方式测量,则不建议这样做)。

当膜片上的压差AB所产生的力大于弹簧力时,阀门开始按比例关闭,直到它找到新的平衡位置。这就在STAP中产生了一个补充压降,从而限制了二次回路中的压差(ΔpL)增大。

在手轮(7)中心用内六角扳手,可以改变弹簧的设计力。这样就可以将ΔpL调节到需要的数值。手轮(7)还可以用来关闭STAP,以便在必要时隔离回路。

水流是通过STAD/M测量的。ΔpL可以在(5)和(4b)之间(当4b配备可选择测试点时)或者(5)与(8)之间测量。因为STAP是比例控制器,所以压差ΔpL并不是保持绝对恒定的。它会根据STAP的比例带变化。图2显示ΔpL随着STAP的Kv值(开度)而变化的过程。


图2二次压差取决于STAP的开度

STAP的Kv在0与最大值Kvs之间变化,但工作范围则位于Kvmin和Kvm值之间,即二次压差在设定点(SP)附近±20%取稳定值的数值间。为了实现稳定的功能,需要一个40%至50%的比例带。

我们假设设计一次压差H为120kPa,所需的ΔpL为30kPa。如果H从120增加到220kPa,则ΔpL将从30增加到33kPa(+10%)。100kPa的干扰在二次侧被降至3kPa。如果没有压差控制器,则回路压差将会增大100kPa。这样,STAP就将干扰的影响降低了33倍。


图3一次压差对二次ΔpL的影响

要找到正确的STAP设定点,只需要用测量阀测量水流(在设计条件下),并调节STAP的设定点直至达到设计流量即可。不需要做任何计算。

如果当一次H高于其设定值时进行该设定(图3),所获得的设定点就会稍低于要求。其差值通常是可以忽略的,但也可在做平衡报告时的流量测量中予以修正。

设定点还与内六角扳手的一定的圈数相对应。设定点与圈数之间的关系请参阅技术规格部分。没有安装测量阀时,或者压差H低于Hmin时,该信息有助于找到正确的STAP设定点。低于Hmin将无法获得设计流量。

2.在空调中的一些应用

2.1每根立管上设一个STAP


图4Δp控制器STAP可稳定每根立管上的压差

在大型系统中,相对于终端控制阀来说,泵的水头可能会太高或者变化太大。利用STAP压差控制阀可以将每根立管底部的压差稳定在适合的数值。

注:在采暖系统中,如果一根立管的所有控制阀都关闭了,压差控制阀STAP也将关闭。此立管回流管道中的静压则随着水温的下降而降低。控制阀两端的压差增大。结果是,先重新打开的控制阀将会短暂地发出噪音。例如,利用泄压阀产生最小流量就可以避免这种问题(TA制造的BPV就是一种泄压阀)。
2.2每条支路上设一个STAP


图5Δp控制器STAP可稳定每条支路上的压差

如果每条支路上的压差都是稳定的,则终端就会具有一个适当的压差。这样,每条支路就可以独立于其他支路而达到平衡。这种解决方案在技术上优于在每根立管上设一个STAP,因为各支路适合的压差可能有所不同。此外,因为立管中的可变压降而造成的压差变化也可以自动得到补偿。

至于最小流量,2.1节中立管的相关注示也适用于支路。

示例

在图6a中,每个终端C都配有一个平衡阀(STAD)。在图6B中,每个终端都配有一个调节阀(如STK或Trim)。由于调节阀不允许测量终端装置中的流量,因此必须计算这些阀门的预设值。


图6一个STAP可平衡一组终端装置两端的压差

平衡程序图6a
1.完全打开STAP。
控制阀V全开。
2.根据TA平衡方法平衡支路的终端。
STAD/M作为一个合作阀。
3.调节STAP的设定点,以便在STAD/M中获得总设计流量qp。

平衡程序图6b

在以下平衡程序中,STAP分配管道下游中的压降可以忽略不计。

1.对于每个回路,所需的压差(Δp回路)是设计流量下的压降之和:Δp回路=Δp控制阀+Δp终端装置+Δp附件+Δp调节阀全开。确定需要最大压差(Δp回路最大值)的回路。

2.对于每个回路,计算需要在调节阀处吸收的压降:Δp调节阀=Δp回路最大值-Δp控制阀-Δp终端装置-Δp附件。调节每个调节阀,以在设计流量下达到该压降。采用TA诺模图来找到正确的设定值,或者使用“TA选择”计算机程序。

3.调节STAP的设定点,以便在STAD/M中获得设计流量qp。

支路中有小型装置的例子


图7终端装置采用自动TBV-C平衡阀来控制

图7是支路中有几个受TBV-C阀门控制的装置的典型实例。TBV-C将五项功能结合到了一个阀门中:

控制(开关、三点或比例)
无级预设定(从0到Kvs,梯级从0到10)
压差测量
流量测量
关断

支路由一个控制器来保护,它可以保持回路上的压差稳定。当采用比例模式时,这样还可以保证准确而稳定的控制。由于压差保持在要求的水平,因此也可限制控制阀发出噪音。

平衡程序图7:
同图6a。

如果上述实例扩展到整个装置,那么支路和立管中的平衡阀就不需要了,除非是用于故障检修和关断。

2.3每个控制阀上设一个STAP

根据装置设计的不同,回路上的压差可能随着负荷而发生很大的变化。为了达到并保持正确的控制阀特性,并保证精确而稳定的控制,可以采用图8所示的压差控制器来稳定控制阀两端的压差。


图8直接在控制阀上稳定压差


1.流量采用测量阀STAD/M(STAD或STAM)来测量。它是故障检修的一种必备工具。
2.当不需要测量装置时(不建议),测量阀可以用压力测试点来代替。这样,STAP的设定就要根据控制阀的Kvs来计算了。

在第二种情况下,给出的数值是设计流量q和控制阀的Kvs。STAP应当产生的理论压差可以采用以下公式来计算:

控制阀V是绝对不会尺寸偏大的,因为设计流量总是根据阀门全开的情况得到的。控制阀
阀权度达到并保持在0.7以上。由于二次ΔpL实际上是恒定的,因而所有额外的一次压差都在STAP中被吸收。

平衡程序图8

1.将控制阀V完全打开。
2.预先设定STAD/M,以便在设计流量下至少获得3kPa。
3.调节压差控制器的设定点,以得到设计流量。

因为此时每个终端处的流量都是正确的,因而不需要其他的平衡程序。如果所有控制阀都配有一个STAP,则支路和立管中的平衡阀就不需要了(除非是为了故障检修)。

控制阀尺寸的确定。

在这种情况下确定控制阀V的尺寸并不困难。尽管如此,仍建议控制阀中采用至少为20kPa的压降。因为不必遵循ΔpV>0.25泵水头的规则,所以可采用小于常规值的ΔpV。这样可以降低所需的泵水头。

注入口处设一个控制阀的例子。

有些分配系统运行时流量是恒定的,而供水温度则是可变的。例如,盘管预热需要恒定的水流,以防止冻结。为了改善温度控制,装置中的恒定流量可以保证湍流和恒定的交换系数。在这种情况下,通常采用一个三通混合阀以获得可变的供水温度。

当分配系统处于活动状态时(安装有一次泵),不允许采用三通混合阀,因为水流可能因一次压差而在其旁路中逆转。当水流在三通阀旁路中逆转时,将会破坏混合功能。在这种情况下,最佳的解决方案是在注入口处安装一个二通控制阀,如图9a所示。


图9注入口处安装二通控制阀

如果一次压差(ΔH)的变化很大,则二通控制阀的阀权度将大大减小,并危及控制回路的稳定性。在这种情况下,最佳的解决方案是用压差控制器来稳定控制阀两端的压差(ΔpCD),如图9b所示。如果需要最小流量来保护一次泵,可以通过在C和D之间安装一个比例泄压阀(如TA的BPV)来实现,如图9c所示。这种解决方案比采用手动平衡阀好,因为它只在必要时才产生最小流量。这样可以降低一次流量,从而降低泵送成本。

有些设计者指定在管道AB中设置一个止回阀,以避免水从B流向A。这主要有两个原因:

1.对于暴露在低温空气中的预热盘管来说,若二次泵发生故障,止回阀可以使一次泵将热水注入盘管中。这就能够保证不会发生冻结。
2.在区域采暖中,如果二通控制阀尺寸偏大,或者如果二次水流是可变的,则旁路AB中的水流可能会逆转。这将会重新加热回流水。止回阀可以防止这种逆流。

当止回阀关闭时,B中的压力升高。这样可以降低控制阀两端的压差,提高其阀权度。

结论

为了降低泵送成本(和避免接口处的兼容性问题),使用变流分配系统的情况比过去多了。这种分配原理的主要问题是回路中和控制阀两端的压差是可变的。因此,要获得稳定的调节控制就愈加困难。用自动压差控制阀(如TA的STAP)来稳定压差是一个比较好的解决方案。

利用压差控制器能够进行精确而稳定的调节控制,而且还可以降低控制阀的噪音,简化平衡与试运行程序。

参考书目:“利用压差控制器实现循环平衡”,关于循环设计与平衡的Tour&AnDersson系列出版物第4号手册。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (7/30/2005)
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