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自动压差控制器在暖通空调中的应用 |
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newmaker |
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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
注
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)
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(7/30/2005) |
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