第四章暖通空調自動控制常用執(zhí)行器

1、第四章第四章 暖通空調自動控制常用執(zhí)行器暖通空調自動控制常用執(zhí)行器 執(zhí)行機構和調節(jié)機構 第一節(jié)第一節(jié) 調節(jié)閥的種類和結構調節(jié)閥的種類和結構 電磁閥電磁閥 固定鐵心 復位彈簧 線圈 閥蓋 活 動 鐵 心 閥塞 圖2-2 電磁閥結構 2 1 3 4 5 6 7 8 9 1-平衡孔2-活動鐵心 3-固定鐵心 4-線圈 5-閥蓋 6-復位彈簧 7-排出孔8-上腔 9-主閥塞 圖2-3 分導式電磁閥結構原理 電動二通閥 電動蝶閥 連續(xù)控制調節(jié)閥 電動調節(jié)閥電動調節(jié)閥 調節(jié)閥的結構形式 直通單座閥 直通雙座閥 閥芯位移與流通面積的關系 三通調節(jié)閥 三通閥的旁路調節(jié)關系 第二節(jié) 調節(jié)閥的特性 調節(jié)閥的工作原

2、理 12 2()1pp v 12 F pp h g 2 A C P1V1P2V2 22 1122 12 22 F pvpv hhh gggg 2 2 F v h g 2 12 2 ppv gg QvA 12 2()ppA Q 12 ()pp QC 12 hh 12 vv 閥桿受到的不平衡力閥桿受到的不平衡力 22222 122 ()() 444 tlggsgs FPdPdddPd P 調節(jié)閥最大允許工作壓差 2 max2 s v g d PPP d v P 廠家樣本中所列的允許使用壓差 調節(jié)閥的可調比 max min Q R Q maxmax minmin t QC R QC 調節(jié)閥的理想流量

3、特性 在理想情況下，假設調節(jié)閥的壓降不隨閥的開度和 流量而變化的情況，因而得到的相對流量和相對開度之 間的關系，稱為稱理想流量特性。它是由閥芯形狀決定 的。 ( ) m ax Ql f QL = 直線流量特性 直線特性調節(jié)閥的特點使得小流量調 節(jié)時調節(jié)作用過于靈敏，不易穩(wěn)定，大流 量時又太遲鈍，調節(jié)效果不明顯。 max Q d Q K l d L max 11 (1) Ql QR LR 等百分比流量特性 它的放大系數隨行程增大而增大。在小流量 的時候，流量變化的絕對值??；在大流量時，流 量變化的絕對值大。所以它在小流量時工作平穩(wěn)， 在大流量時工作靈敏，適用于要求負荷變化大的 場合。 max m

4、ax (/) Q d Q K Q Q l d L 1 max / l L Q QR 快開流量特性 快開流量特性調節(jié)閥的閥芯形狀為平板式， 閥的有效行程在d0/4（d0為閥座直徑）以內，當行 程再增大，閥的流通面積就不再增加了，便起不 到調節(jié)作用了。快開特性的調節(jié)閥適用于要求迅 速啟動的場合 2 max max Q d QQ K l Q d L 1 2 2 max 1 1 (1) Ql R QRL 拋物線流量特性 這種閥的性能特性介于直線性和等百分比型之間 1 2 max max Q d QQ K l Q d L 2 max 1 1 (1) Ql R QRL 流量特性的數學表達式和計算公式 各種

5、開度下的相對開度和相對流量 調節(jié)閥的理想流量特性曲線調節(jié)閥的理想流量特性曲線 不同流量特性閥芯形狀 (l)直線特性閥芯; (2)等百分比特性閥芯; (3)快開特性閥芯; (4)拋物線特性閥芯; (5)等百分比特性閥芯(開口形); (6)直線 特性閥芯(開口形) 三通調節(jié)閥的理想流量特性 調節(jié)閥的工作流量特性 串聯管道時調節(jié)閥壓差的變化 閥權度 就是調節(jié)閥全開時，閥上的壓降與管 路系統(tǒng)各局部阻力件之和（含閥上的壓降） 兩者之間的比值。 112i PPPPP 11 12 mm mm PP S PPP 調節(jié)閥的實際工作流量特性 結論： 串聯連接調節(jié)閥的實際流量特性與閥權 度（S值）有關。 1 2 m

6、ax 1 1 11 PQll ff QLPL l f SL 對理想流量特性的影響 （a）直線流量特性 （b）等百分比流量特性 結論 w結論（1） 對于一個串聯連接調節(jié)閥的管道系統(tǒng)， 閥權度S值越大，則說明調節(jié)閥的壓降占整個 系統(tǒng)比重越大，調節(jié)閥控制能力越大；當S 1時，即管道阻力損失為零，系統(tǒng)的總壓差全 部降落在調節(jié)閥上，此時調節(jié)閥的實際工作 特性與理想特性是一致的。 結論 w結論（2） 閥權度S越小，則說明調節(jié)閥的壓降占整個系 統(tǒng)的比重越小，調節(jié)閥的控制能力也就越差，也就 是當流量增加時，調節(jié)閥前后壓降逐步減少，雖然 調節(jié)閥的節(jié)流面積增大了，但由于調節(jié)閥壓降減少， 流量并沒有按理想特性增大，

7、而使流量增大速率變 緩。隨著S的減少，即管道阻力損失增加，使系統(tǒng) 壓差降落在管道上的部分增加，調節(jié)閥全開時的流 量減少。 結論 w結論（3） 隨著S值的減少，流量特性發(fā)生很大的畸 變，成為一系列向上拱的曲線。理想的直線 特性趨向于快開特性，理想的等百分比特性 趨向于直線特性，使小開度時放大系數增大， 大開度時放大系數減少。S值太小時將嚴重影 響自動調節(jié)系統(tǒng)的調節(jié)質量。在實際使用中， 通常要求S值不低于0.30.5。 調節(jié)閥的實際可調比 s RR S 1min max max1min max min 1maxmin1max min s P C CPQ R QPCP C max maxmax mi

8、nmin min P C QC R QCP C 1min 1max s P RR P 1min 1max P S P 調節(jié)閥的流通能力 w調節(jié)閥流通能力的定義為： 當 調 節(jié) 閥 全 開 時 ， 閥 兩 端 壓 差 為 1X105Pa，流體密度1g/cm3，每小時流經調 節(jié)閥的流量數，以m3/h計。 w例如 有一臺C值為25的直通調節(jié)閥，當閥兩 端壓差為1X105Pa，每小時能流過的水量是 25m3。 液體流通能力的計算公式 1212 316316316 () QQG C PPPPP 第三節(jié) 調節(jié)閥的選擇 閥門功能的考慮 w三通閥與兩通閥具有不同功能，因而也有著 不同的使用場所。當水系統(tǒng)為變水

9、量系統(tǒng)時， 應采用兩通閥；當水系統(tǒng)為定水量系統(tǒng)時， 應采用三通閥。 w在采用兩通閥時，為保證變水量系統(tǒng)的運行 及節(jié)能，應采用常閉型閥門。當不需要工作 時應能自動關閉（彈簧復位或者電動復位）。 閥門工作范圍 w介質種類 w 在空調系統(tǒng)中，調節(jié)閥通常用于水和蒸汽。這些介質本身對閥件無 特殊的要求，因而一般通用材料制作的閥件都可以使用的。對于其他流 體，則要考慮閥件材料。如雜質較多的流體，應采用耐磨材料；腐蝕性 流體，應采用耐腐蝕性材料。 w工作壓力 w 工作壓力也和閥的材質有關，一般來說，在生產廠家的樣本中對其 都是有所提及的，使用時實際工作壓力只要不超過其額定工作壓力即可， 通常在暖通空調中常用

10、到的有PN16、PN25兩種閥門，耐壓值分別為 1.6Mpa和2.5Mpa，前者多用于水系統(tǒng)，后者多用于高壓蒸汽系統(tǒng)。 w工作溫度 w 閥門資料中一般也提供該閥所適用的流體溫度，只要按要求選擇即 可。常用閥門的允許工作溫度對于空調冷、熱水系統(tǒng)都是適用的。 閥門工作介質的考慮 在空調系統(tǒng)中，調節(jié)閥通常用于水和蒸汽。這 些介質本身對閥件無特殊的要求，因而一般通用材 料制作的閥件都可以使用的。對于其他流體，則要 考慮閥件材料。 如雜質較多的流體，應采用耐磨材料；腐蝕性 流體，應采用耐腐蝕性材料。 工作壓力的考慮 工作壓力也和閥的材質有關，一般來說，在生 產廠家的樣本中對其都是有所提及的，使用時實際

11、工作壓力只要不超過其額定工作壓力即可，通常在 暖通空調中常用到的有PN16、PN25兩種閥門，耐 壓值分別為1.6Mpa和2.5Mpa，前者多用于水系統(tǒng)， 后者多用于高壓蒸汽系統(tǒng)。 工作溫度的考慮 閥門資料中一般也提供該閥所適用的流 體溫度，只要按要求選擇即可。常用閥門的 允許工作溫度對于空調冷、熱水系統(tǒng)都是適 用的。 調節(jié)閥流量特性的選擇 1. 從控制系統(tǒng)的品質出發(fā)，選擇閥的工作特性。 熱水加熱器的靜特性 蒸汽加熱器的靜特性 調節(jié)閥流量特性的選擇 2. 根據調節(jié)閥的希望工作特性選擇閥的流量特性。 配管狀態(tài) S=11.6S=0.60.3S0.3 理想特性直線對數直線對數不宜調節(jié) 實際特性直線對

12、數 直線或接 近快開 對數或接 近直線 不宜調節(jié) 雙位控制閥門口徑選擇 只用雙位控制即可滿足要求的場所（如 大部分建筑中的風機盤管所配的兩通閥以及 對濕度要求不高的加濕器用閥等），無論采 用電動式或電磁式，其基本要求都是盡量減 少閥門的流通阻力而不是考慮其調節(jié)能力。 因此，此時閥門的口徑可與所設計的設備接 管管徑相同。 調節(jié)用閥門口徑的選擇 w 調節(jié)用的閥門，直接按接管管徑選擇閥口徑是不合理的。因為閥的 調節(jié)品質與接管流速或管徑是沒有關系的，它只與其水阻力及流量有 關。換句話說，一旦設備確定后，理論上來說，適合于該設備控制的 閥門只有一種理想的口徑而不會出現多種選擇。因此，選擇閥門口徑 的依據

13、只能是其流通能力。 某一廠家產品隨閥門口徑變化時流通能力的變化 調節(jié)閥電動執(zhí)行機構的選擇 要注意以下幾點： 1、模擬量與數字量 選擇執(zhí)行機構，首先要清楚該執(zhí)行機構所配合的調節(jié)閥是做何用途。如果該 閥門是用于連續(xù)調節(jié)，例如水系統(tǒng)中通過調節(jié)電動兩通閥的開度來調節(jié)空調機組 的供熱量或供冷量，需要閥門的開度在一定范圍內可以連續(xù)變化，這時候就需要 采用模擬量的執(zhí)行機構。 如果該閥門只是用于兩位式控制，即只有開/關兩個狀態(tài)，例如在水系統(tǒng)中 風機盤管二通閥只是通過閥的開閉來控制風機盤管的換熱量，與它們配合的都是 數字量的執(zhí)行機構。 2、電源電壓 數字量執(zhí)行機構選擇，還需要考慮電源電壓的情況。通常數字量執(zhí)行器

14、的電源 電壓主要有24V AC（24VDC）、110V AC、220V AC，通常需要根據電氣設計 的實際情況來選擇。 3、信號值 模擬量執(zhí)行機構的選擇，要考慮信號制式的選擇，要與控制器模擬輸出信號 相一致。通?？梢圆捎玫男盘栔剖接?-10V DC、2-10V DC、4-20mA DC等。 第四節(jié) 電動風量調節(jié)閥 風閥的結構與原理風閥的結構與原理 葉片角=0 全開半開 全關風門 葉片 風 道 風 道 葉片角=a葉片角=90 風 道 風閥執(zhí)行機構 風閥執(zhí)行器扭矩的計算 設圖示的平行葉片風閥尺寸 為A1.2米，B2.4米，則總面積F 1.2米2.4米2.88平方米； 風閥在測試條件下（靜壓 500

15、Pa，面風速5米/秒），每平方 米風閥面積所需的扭矩值為10牛頓/ 平方米； 則風閥執(zhí)行機構需要提供的扭 矩為：10牛頓/平方米2.88平方米 28.8牛米。 在實際選型中，還要考慮現場 的環(huán)境溫度，電壓，空氣流速和壓 力的變化影響，有必要在計算值基 礎上乘以一個安全系數。 第五節(jié)第五節(jié) 電氣執(zhí)行器電氣執(zhí)行器 光電隔離器 光電隔離器由GaAs紅外發(fā)光二極管和光敏三極管組成。當發(fā) 光二極管有正向電流通過時，即產生人眼看不見的紅外光，其光譜 范圍為700-1000 nm。光敏三極管接收光以后便導通。 而當該電流撤去時，發(fā)光二極管熄滅，三極管截止。利用這種 特性即可達到開關控制的目的。由于該器件是通

16、過電一光一電的轉 換來實現對輸出設備控制的，彼此之間沒有電氣連接，因而起到隔 離作用 光電隔離器供電 值得注意的是輸入、輸出端兩個電源必須單獨供電，否則， 如果使用同一電源(或共地的兩個電源)外部干擾信號可能通過電 源串到系統(tǒng)中來，這樣就失去了隔離的意義。 繼電器輸出技術 當感應電壓與Vc之和大于晶體管T的集電結反向電 壓時，晶體管T有可能損壞。加入二極管D后，繼電器 線圈產生的感應電流由二極管D流過，因此，不會產生 很高的感應電壓，因而使晶體管T得到保護。 直流型固態(tài)繼電器輸出技術 固態(tài)繼電器(Solid State Relay)簡稱SSR。它是用 晶體管或可控硅代替常規(guī)繼電器的觸點開關，而

17、在前級 把光電隔離器融為一體，因此，固態(tài)繼電器實際上是一 種帶光電隔離器的無觸點開關。 交流型過零型 SSR 過零型必須在負載電源電壓接近零且輸入控制信號有 效時，輸出端負載電源才導通。而當輸入的控制信號撤消 后，流過雙向可控硅負載電流為零時才關斷。 輸出信號波形 SSR控制單向交流控制電動機 改變交流電動機通電繞組，即可控制電動機的旋轉方 向。例如用它控制流量調節(jié)閥的開和關，從而實現控制管 道中流體流量的目的。 大功率場效應管開關 w其中，G為控制柵極，D 為漏極，S為源極。對于 NPN型場效應管來講， 當G為高電平時，柵極與 漏極導通，允許電流通過， 否則場效應管關斷。 w值得說明的是，由

18、于大功 率場效應管本身沒有隔離 作用，故使用時為了防止 高壓對微型機系統(tǒng)的干擾 和破壞，通常在它與微機 之間加一級光電隔離器。 單向可控硅 單 向 可 控 硅的單向導通 功能，多用于 直流大電流場 合。在交流系 統(tǒng)中常用于大 功率整流回路。 雙向可控硅 這種可控硅具有雙向導通功能。其通斷狀態(tài)由控制極G決定。 在控制極G上加正脈沖(或負脈沖)可使其正向(或反向)導通。這 種裝置的優(yōu)點是控制電路簡單，沒有反向耐壓問題，因此特別 適合于作交流無觸點開關使用。 雙向可控硅控制電爐加熱 w為了提高效率，要求觸發(fā)脈沖與交流同步。通常采用檢測 交流電過零點來實現。 交流接觸器 交流接觸器是一種遠距離接通或切