暖通空调系统两通调节阀的特性分析.pdf

暖通空调系统两通调节阀的特性分析 1 引言 目前，暖通空调系统中，不仅用户要求能够自主调节室温，而且系统趋向变流量运行，但实际运行调节中出现了许多问题。如有时通过调节阀门，很难准确地调节流量及末端设备散热量。为此，需采用调节阀，本文对两通调节阀的调节特性进行分析。2 两通调节阀的调节特性 工作原理 调节阀是一个局部阻力可以变化的节流元件。对于不可压缩流体，可根据能量守恒原理，导出调节阀的流量方程1，2：(1)或：p1-p2=Sq2 (2)式中：q 流体流经调节阀的流量；A 流通面积：调节阀的阻力系数；p1，p2 调节阀进出口压力；流体密度；S 调节阀的阻力数。对于同一种流体，流经调节阀的流量与调节阀的 有关，而 的变化是通过阀芯行程的改变来实现的。也就是说改变阀门开度，也就改变了，从而达到调节流量的目的。开度越大，越小，通过的流量越大。两通调节阀的理论调节特性 两通调节阀的理论调节特性(流量特性)是指在固定调节阀前后压差的情况下，流体流过调节阀的相对流量与调节阀的相对开度之间的关系，即 (3)式中：q/qmax 相对流量，即调节阀在某一开度的流量与最大流量之比；l/lmax 相对开度，即调节阀某一开度下的行程与全开时行程之比。两通调节阀的调节特性分为直线特性、等百分比特性、抛物线特性和快开特性。但在暖通空调系统中，调节阀通常与管道、末端设备及附件串联在一起，组成末端环路(见图 1)。调节阀前后的压差不能保持恒定。因此调节特性就会发生扭曲。为了表示调节特性扭曲的程度，引入理论阀权度的概念，即调节阀全开时消耗的压力降 pmin与调节阀关闭时消耗的压差之比。pmin等于资用压头减去末端设备、管道及附件消耗的压力降。当调节阀关闭时，流量为零，调节阀消耗压力降等于末端环路资用压头 pmax。理论阀权度 可用式(4)表示：(4)式中：pmin 资用压头减去末端设备、管道及附件消耗的压力降，MPa；pmax 末端环路资用压头，MPa；Sv，St，Sp 调节阀全开时，控制阀、末端设备和附件、管路的阻力数。由此可见，理论阀权度 是由末端环路各部件的阻力特性决定的。对不同 的值，调节阀调节特性的扭曲程度也就不同。图 2 为直线特性和等百分比调节特性在不同 情况下的扭曲程度。以直线特性调节阀为例，当阀权度小于时，调节阀的流量调节特性变得很差。当相对开度为 10%时，环路流量接近最大流量的 30%。在这种情况下，很难保证稳定的调节。可以看出，阀权度大于是可以接受的。此时调节特性的扭曲程度不大，即当调节阀全开时的阻力数至少应为环路阻力数的一半。两通调节阀的实际调节特性 以上对调节特性的分析，都是以最大流量为基准的，但通常以设计流量为基准，来分析调节阀的调节特性。由于以下原因，设计流量往往不等于系统的最大流量。(1)设备选型过大 调节阀设计选型过程中，要对流量和压力进行理论计算。因只有标准型号的调节阀，有时很难找到在设计压力降下能够达到设计流量下的调节阀。(2)资用压头变化 由于变流量运行，系统集中调节和用户局部调节都会使末端环路的资用压头发生变化，导致末端设备流量发生变化。因此，引入实际阀权度 的概念来分析两通阀的实际调节特性。实际阀权度 指在设计流量下，调节阀全开时消耗的压力降与调节阀关闭时消耗压力降之比，其计算见式(5)：(5)式中：qd 设计流量，m3/s；qmax 末端环路最大流量，m3/s；Mo 过流系数。理论阀权度 和实际阀权度 之间的关系可以用式(6)来表示 =Mo2 (6)当最大流量等于设计流量时，等于。等百分比特性两通调节阀的实际调节特性见图 3。3 平衡阀对两通阀调节特性的影响 由于设备选型的原因，很难避免系统过流。为了使系统达到设计流量，通常采用平衡阀来限制流量。图 4 为平衡阀对两通阀的调节特性的影响。若没有平衡阀，两通阀相对开度 100%时，过流达 22%。通过安装平衡阀可以在设计工况下使末端流量达到设计值，而且能够改善两通阀的调节特性。此外，平衡阀还可以起到诊断和关断的作用。4 结语 (1)当两通调节阀与末端设备、管道和附件串联时，其理论调节特性会发生扭曲，扭曲程度用理论阀权度表示。阀权度大于时，扭曲程度不大。(2)在实际供暖空调系统中，调节特性是以设计流量为基准的。此时，由于设备选型过大、系统变流量运行等原因，导致两通调节阀的实际调节特性也发生扭曲，扭曲程度用实际阀权度表示。为达到设计流量和稳定调节，可以采用平衡阀对系统进行调节。