阀门定位器|电气转换器知识库

欢迎访问阀门定位器|电气转换器知识库,希望在这里您能找到您需要的技术资料,有什么问题或意见请联系我。

推荐产品
« 阀门液压伺服执行器的介绍 我国环保仪器仪表未来发展前景预测分析 »

空调水系统设计中如何避免控制阀的气蚀现象

空调水系统设计中如何避免控制阀的气蚀现象

 


1、概述

   气蚀是材料在液体的压力和温度达到临界值时产生破坏的一种形式。通常气蚀通过噪音来表现自己,噪音量直接与气蚀程度有关。气蚀易发生在泵、热交换器和其它器件[1]。用在空调系统中的控制阀大都是调节水流量的,满足水系统流量不同的要求。控制阀在流量调节过程中不可避免的会引起气蚀现象,使阀门过早损坏。本文针对空调水系统中的冷却水系统和冷冻水系统,定性分析如何在设计中避免气蚀的产生。

    2、气蚀产生的原因及危害

    当流体通过管道时,由于大的截面积而使流速相对较低,当流体经过节流器件,流速增大,动压升高,引起静压损失。静压转化成动压,应用伯奴利方程来说明:

    △(P+pV2/2+pgZ)=0

   当流体通过节流元件时,由于流道面积变小,导致流速迅速增大,产生了速度和压头之间的转换,节流元件处流体压力Pvc下降,若降低到低于流体蒸发压力Pv,蒸汽则变成气泡。而后,管道断面变得开阔,流体流速降低,静压升高,下游静压一般应高于流体的蒸发压力。因此蒸汽气泡或气穴在管内破裂,见图(1)。

   当气泡在管内破裂,能量积聚在一个很小的面积里。在这个很小的面积里发生产生极大的压力,猛击阀内零件。气泡重复在一个很小表面积上破裂,也能引起金属疲劳和磨损,从而减少阀门寿命。阀门和阀的下游管路也会受到影响,距阀20倍直径的下游管路也受到影响[1]。闪蒸现象在HVAC中很少出现,偶尔可能在冷冻水闭式系统中出现。

    气蚀是否具有破坏性,可由下面的方程式来表现:

    Ka=dPmax/(Pl-Pv ) (※)

    其中:Ka—— 阀门恢复系数,阀门复原系数Ka值取决于阀门的设计,它一般都小于1:
    P 1—— 阀门进口绝对压强;
    P v—— 液体蒸发绝对压强:
    dPmax—— 液体通过阀门的最大允许压降。
    表1给出了一些常用阀门的Ka值。
    表2给出了水的蒸发压力,用它可判断气蚀发生的临界压力。

  表1 阀门复原系数(Ka)概值 

 
阀门类型
Km
球阀
0.50
碟阀/标准球阀
0.25-0.30
其它
0.40-0.45



表2 水的蒸发压力 

 
温度(0c)
蒸发压力(KPa)
0
0.62
5
0.87
10
1.23
15
1.70
20
2.34
30
4.24
40
7.38
50
12.34
60
19.92
70
31.16
80
47.36



   由(※)式和图(1)可以看出,对所有的阀门,出口压力P2高是有利的,当压降一定时,进口压力P1越高,气蚀发生的可能性越低;低蒸发压力(Pv)也是有利的,可在流体中加入一定浓度的乙二醇,乙二醇能降低水的蒸发压力,这对防气蚀是有利的[1]。

    3、解决方法

   空调水系统分为冷冻水和冷却水,通常的情况下,冷冻水是闭式的,系统问题较少,容易解决,冷却水由于水压问题而比较复杂。下面分别针对两种常规的空调水系统进行分析。

    3.1 冷冻水系统

   冷冻水系统一般采用开式膨胀水箱定压,定压点设在循环水泵的吸入段。冷冻水系统中所选用的阀门应充分考虑阀门流量特性和工作压差。

   阀门最大允许关阀压差在保证阀门控制能力的前提下必须尽量低,为了达到这个目的,进口压力必须提高。因此,开式膨胀水箱必须安装在足够高处以提供所需的出口压力。阀门安装在建筑物的顶部很容易产生气蚀,这是因为此时阀门上部再也没有水柱产生压头,从而出口压力较低。

   当采用开式膨胀水箱有困难时,可设置闭式隔膜膨胀水罐或补水泵变频补水方式,定压点不变。应用闭式隔膜膨胀水罐,阀门出口压力会随着膨胀水罐中的充气压力增加而增加。膨胀水箱中的水应控制在半满状。在忽略充气压力的情况下,膨胀水完全膨胀时不会对系统产生任何压力,此时整个系统的压力都很低,上部阀门的出口压力也很低。

   如果闭式隔膜膨胀水罐装水量合适,而气蚀仍有发生,则可通过增加膨胀水罐的预充气压力而提高系统的压力[1],当然这种增加不能超过系统中设备的允许工作压力。一个充气压力足够高并能正常运转的膨胀水箱可以解决许多和气蚀有关的问题。

    另外,在选用控制阀时,应选用阀体和阀瓣材料具有抗冲蚀能力的阀门,并限制阀门出口流速。

    3.2 冷却水系统

   冷却水系统,一般都是多台冷却塔并联使用,进出水管均设电动两通阀,或集水盘下设连通管。气蚀易发生在冷却塔的旁通阀,其中水流速度过高是产生气蚀的源头。可以采用限制阀门的开度来减少流量,从而减少流速。此时阀门的复原系数(Ka)同样会变大。如果旁通阀只是略低于冷却塔的集水盘,这样阀门的出口压力会很低,有发生气蚀的可能性。因此,可以改变旁通阀安装位置,来提高旁通阀出口压力,比如把旁通管设在冷水机组出口和冷却水泵(冷却水压入机组)的吸入口。此时的集水盘就象冷冻水系统中的膨胀水箱一样起到提高控制阀出口压力的作用了。冷却水泵提供的压头(沿程阻力、局部阻力、冷却塔集水盘水位到布水器的高差和布水器所须阻力之和)的富裕系数选取1.05左右,不能太大。保持泵压较低可以减少控制阀的压降。

   在旁通阀的管路上应安装一个平衡阀来保证旁通管中的水流量,平衡阀很重要,没有它,旁通管中的水压会小于竖水管中的水压[1]。

    4、结论

    通过以上定性分析可以得出以下结论:

   (1)冷冻水系统设计中,应尽可能提高开式膨胀水箱的安装高度、闭式隔膜膨胀水罐的充气压力。
    (2)选用各种控制阀时,应综合考虑其流量特性、工作压差和流通能力。
    (3)
控制水系统压差的旁通阀应设于总供、回水管中压力相对稳定的位置,尽可能安装在系统较低处。

    总之,无论是冷冻水还是冷却水,提高阀门的出口压力可以解决控制阀的气蚀问题。(作者:韩如冰 徐志茂   来源:互联网

    参考文献

    [1]By Bengt Carlson.Avoiding Cavitation inControlValves.ASHRAE Journa1. June 2001.   
    [2]俞金龙调节阀的气蚀及保护[J]阀门2002年第四期
    [3]蔡增基等,流体力学泵与风机(第四版),中国建筑工业出版社,1999年
    [4]王瑞明等,水泵气穴与气蚀和防止措施[J],水利科技与经济第四卷第二期1998年
    [5]《暖通空调•动力》中国建筑标准设计研究所,2003年

 

 

发表评论:

◎欢迎参与讨论,请在这里发表您的看法、交流您的观点。

Powered By Z-Blog 1.8 Spirit Build 80722 Code detection by Codefense

Copyright 常熟市常阳仪表科技有限公司阀门定位器. Some Rights Reserved.