變流量空調(diào)水系統(tǒng)的二通調(diào)節(jié)閥特性分析與選用

1、變流量空調(diào)水系統(tǒng)的二通調(diào)節(jié)閥特性分析與選用1引言目前，集中空調(diào)系統(tǒng)中多采用變流量系統(tǒng)，以減少輸送泵的能耗，實現(xiàn)節(jié)能的目的。在變流量系統(tǒng)中主要通過調(diào)節(jié)二通閥閥門開度的大小來實現(xiàn)用戶側(cè)流量的調(diào) 節(jié)，從而二通閥的選擇是變流量系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵之一。目前，在設(shè)計過程中人們通常按二通閥的理想流量特性來選取二通閥，但實際使用過程中由于二通閥與表冷器等阻力構(gòu)件串聯(lián)后其流量特性將發(fā)生較大的變化。這在設(shè)計過程中經(jīng)常被忽略，從而造成閥門選擇不當，導致局部用戶水量調(diào)節(jié)不靈的現(xiàn)象，甚至導致整個系統(tǒng)水力失調(diào)。本文在分析二通閥的理想流量特性的基礎(chǔ)上， 分析與表冷器串聯(lián)的二通閥的實 際工作流量特性以及可調(diào)比變化規(guī)律。 分析結(jié)果

2、表明：變流量系統(tǒng)的用戶調(diào)節(jié)閥應(yīng) 選用等百分比調(diào)節(jié)閥，并提出了在設(shè)計過程中閥權(quán)的選取范圍。2 二通閥的特性參數(shù)在變流量系統(tǒng)中，隨著室內(nèi)負荷的改變， 通過恒溫控制器調(diào)節(jié)二通閥的開度來 調(diào)節(jié)流過風機盤管的水流量， 以滿足室內(nèi)溫度的要求， 故調(diào)節(jié)閥的選擇是變流量系 統(tǒng)設(shè)計的一個關(guān)鍵。二通閥是依據(jù)調(diào)節(jié)閥的工作特性和可調(diào)比等參數(shù)來選取。二通調(diào)節(jié)閥的特性是指調(diào)節(jié)閥的流量特性和阻力特性。前者反映調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)性能，后者則表示調(diào)節(jié)閥的流通能力。調(diào)節(jié)閥的流量特性是指流過閥門的調(diào)節(jié)介質(zhì)的相對流量與閥桿的相對行程之間的關(guān)系，即：G/G max=f(|/| maX (1)對于二通調(diào)節(jié)閥。改變調(diào)節(jié)閥的閥芯與閥座之間的節(jié)流面

3、積，便可調(diào)節(jié)流量。但實際上由于各種因素的影響， 在節(jié)流調(diào)節(jié)面積變化的同時， 還會發(fā)生閥前后壓差 的變化，而壓差的變化會引起流量的變化。 為了分析方便，先研究閥前后的壓差固 定不變的理想情況， 然后再研究閥前后壓差變化情況。 因而，流量特性分為理想流 量特性和工作流量特性。 搞清二通調(diào)節(jié)閥的工作原理和工作特性， 是系統(tǒng)控制所必 須的。調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比定義為調(diào)節(jié)閥的最大流量與最小流量的比值，用 R 表示， 可調(diào)比R=Gax/Gmin。二通閥的可調(diào)比說明其工作能力和工作相對范圍。在設(shè)計過程中， 可調(diào)比也是選擇二通閥的重要參數(shù)之一。 由于實際工作過程中， 流量特性的變化使 得可調(diào)比也與理想狀況下的可調(diào)比

4、有所差別。3 二通調(diào)節(jié)閥的理想流量特性對于二通調(diào)節(jié)閥，其理想流量特性是指在閥前后的壓差固定不變的理想情況， 流過閥門的調(diào)節(jié)介質(zhì)的相對流量與閥桿的相對行程（即閥門的相對開度 ）之間的關(guān)系。為研究方便采用無因次流量 G/Gmax來表示二通調(diào)節(jié)閥的相對流量。對調(diào)節(jié)閥而 言，其水力特性遵循： p=sG 式中： P為閥前后的壓差；G為通過調(diào)節(jié)閥的流量；S為調(diào)節(jié)閥的阻力特性 系數(shù)。按照理想流最特性的定義， 就是上式中保持 P固定不變，只研究閥的阻力特 性系數(shù)S（或閥的開度1）與流量之間的單一關(guān)系。因阻力系數(shù) S完全決定于閥的本 身的結(jié)構(gòu)， 而與調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)中的水力特性無關(guān)。 因此， 理想流量特性是調(diào)節(jié)閥自

5、 身的固有特性，它直接反映了調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性，與使用的系統(tǒng)無關(guān)。按照理想流量特性的不同， 調(diào)節(jié)閥大體可分為三類： 線性流量特性， 等百分比 流量特性和快開流量特性，具體各閥門流量變化規(guī)律見圖 1。圖 2為不同可調(diào)比的 等百分比調(diào)節(jié)閥流量特性。3 快開調(diào)節(jié)閥門二線性調(diào)冇閥1"等百比調(diào)節(jié)閥* * I 4I0.0 0.2Q.4 0.6 O.B 1閥門相對開度閣1理想流量特性曲線0 4 7 9 3.3.3.3. IL IL llt= R R R Ra巳sq Her 田 -"-12 3 4-_一 亠 d8 6 4 o.o-o.0.2!0.0 0.2 0 4 0.6 0,a 1.0相對

6、開度®2不同可調(diào)比下等百分比調(diào)節(jié)閥流量特性從上圖分析可以知道，具有等百分比流量特性的二通調(diào)節(jié)閥最有可能彌補表冷 器的非線性流量特性，使得：4 二通閥實際工作流量特性模型4.1 概念二通調(diào)節(jié)閥的理想流量特性是在調(diào)節(jié)閥前后壓差固定不變的情況下得到的。但在實際使用過程中，調(diào)節(jié)閥是安裝在具有阻力的管道上，在實際調(diào)節(jié)過程中閥門前后的壓差是變化的。因此，在實際系統(tǒng)中，閥門雖在同一開度下，通過調(diào)節(jié)閥的流量將與理想特性時所對應(yīng)的流量不同。因而，有必要研究工作條件下的調(diào)節(jié)閥的流與相對開度之間量特性。所謂調(diào)節(jié)閥的工作流量特性是指調(diào)節(jié)閥裝在空調(diào)系統(tǒng)的某一用戶支路上， 在實際工作時閥前后壓差隨工況而變化條件

7、下，無因次流量 的關(guān)系。4.2物理數(shù)學模型在變流量系統(tǒng)中，作為調(diào)節(jié)流量的執(zhí)行構(gòu)件，二通閥通常和風機盤管串聯(lián)工作， 見圖3。由于二通閥串聯(lián)的用戶側(cè)風機盤管和管道存在一定的阻力，阻力損失與通 過風機盤管和管道的流量成平方關(guān)系。當系統(tǒng)兩端的總壓差 P一定時，隨著流量的改變，風機盤管和管道的壓降 P2也改變，致使二通閥的壓降 Pl也隨之改變，從而引起二通閥流量特性的變化。.，漁kII風機盤管團3串聯(lián)在某用戶支踏實際工隹時的二通閥示意圖對于二通閥，其自身流量特性:式中： Pi為調(diào)節(jié)閥的前后壓差；C為二通閥的流通能力；p為流通介質(zhì)的密度。從上述關(guān)系可見，二通閥的流量特性僅與其自身結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)介質(zhì)、閥門開度、

8、 前后壓差有關(guān)。一旦閥門和調(diào)節(jié)介質(zhì)確定，二通閥的流量特性就僅與前后壓差有關(guān)。 當調(diào)節(jié)閥的前后壓差 Pi恒定時，GIG max=C/C|k(5)式中：Gax為流過調(diào)節(jié)閥的最大流量；Cqk為調(diào)節(jié)閥全開時的流通能力。對于等百分比流量特性的二通閥，理想流量特性時，由式（3）推導出:由式、（4）、（5）聯(lián)合可得:定義:(8)(9)(9)式中，G”為風機盤管和管道的總流量系數(shù)； P2為風機盤管和管道上的總壓 降。串聯(lián)支路上流過各個構(gòu)件的流量相等，從而得出:(9)(9) P=A Pi+A P2 (10)聯(lián)合式（8）和式（9）得出:(9)-1)(11)式中:AP表示調(diào)節(jié)閥全開時閥上的壓差與系統(tǒng)總壓差的比值,即

9、定義為調(diào)節(jié)閥在某一支-1)-1)路的閥權(quán)度。當調(diào)節(jié)閥全開時，即1/1 maFl，可知: Plmin = Pv P(12)(13)-1)-1)由式(10)、(11)和(12)聯(lián)合可得:1 'Inr- + jP(14)-1)-1)4.3二通閥實際可調(diào)比的計算在上述推導中，總是認為可調(diào)比 R恒定；而在實際工作時，由于調(diào)節(jié)閥的壓差 隨風機盤管和管道阻力改變而改變，調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比R也將發(fā)生變化。理想流量特性時，R=G max/G min =Cna)/C min ；實際工作時,式中 : Plmi n- 調(diào)節(jié)閥全開時的壓差，顯然 Plmin= A Plm； PlmaL調(diào)節(jié)閥全關(guān)時的壓差，近似等于A

10、P； FS-實際可調(diào)比。5 二通閥工作流量特性分析5.1 實際工作流量表達式在二通閥實際工作過程中， 由于壓差的不斷變化，也將引起閥門可調(diào)比的下降。 從而，實際工作時調(diào)節(jié)閥的流量特性要考慮可調(diào)比變化影響因素。實際工作時調(diào)節(jié)閥的流量特性："max訃-1)“ (16)從上式可知，在某一特定支路，也就是說在已知調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比R和閥門在該支路的閥權(quán)度的情況下，閥門無因次流量是相對開度的單值函數(shù)。5.2 二通閥在不同閥權(quán)度支路的工作特性對于同一二通閥其理想可調(diào)比是閥門本身固有的特性，不隨系統(tǒng)或支路特性而變化。在實際使用中大多采用理想可調(diào)比R=30的閥門。由于閥權(quán)度的差別其在不同支路流量特性也將

11、有很大差別。不同閥權(quán)度情況下的相對流量與閥門相對開度的 曲線關(guān)系如圖4。由圖4可見，隨著閥權(quán)度的增大，實際工作流量特性越接近與二通閥的理想流 量特性。當閥權(quán)度大于0.3時，實際工作流量特性曲線的走向趨勢和理想流量特性 基本相同。在系統(tǒng)設(shè)計選用二通閥時要使每個支路的二通閥的閥權(quán)度至少大于0.31 0, .R=0 &.O1 0.21 o' 41 0.61 o's' 1% 相對開度圖4不同閥權(quán)度下的溟際流量特性Tv=0.61-可調(diào)比R=3 5 2可調(diào)比RM.03- Cfltt Erl. 54- 甫誦比0. Qd.fl 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 相對開度S 心6 4 2 O.0.0.圖5不同可調(diào)出下的冢際流量特性以上，才能達到理想流量特性調(diào)節(jié)效果。譎稅EO. 12閥權(quán)度0. 2 ' 3闊權(quán)度0； gc.&閥籾TCL5 垢 -5閥楓廩0.T 藍°屮6閥權(quán)度15.3理想可調(diào)比對二通閥流量特性影響二通閥的理想可調(diào)比是其本身的特性，表明二通閥的調(diào)節(jié)流量的能力，與系統(tǒng)特性無關(guān)。不同的可調(diào)比說明是不同型號的二通閥。對于某一支路，當二通閥閥權(quán)度Pv=0.6時，使用不同可調(diào)比的二通閥，其支路流量特性如圖5。由圖5可知，可調(diào)比對流量特性的影響不大，建議一般系統(tǒng)采用可調(diào)比為30的二通閥，就有較好的調(diào)節(jié)特性。6 結(jié)論(1) 二通閥的理