暖通设计培训-变流量空调水系统的二通调节阀特性分析与选用

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暖通设计培训-变流量空调水系统的二通调节阀特性分析与选用

© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
文章编号 : 1005 - 7854(2006)01 - 0089 - 04
变流量空调水系统的二通调节阀特性分析与选用
于 　戈 1 , 黄华军 2
(1
1 辽宁工学院 , 辽宁锦州 , 121001 ;2 1 北京华北光学仪器有限公司 , 北京 100050)
摘 　要 : 本文主要分析了二通阀在变流量系统实际使用过程中流量特性规律以及影响流量特性的因
素 , 并针对系统设计给出了二通阀在系统中阀权度的取值范围。
关键词 : 二通调节阀 ; 流量特性 ; 阀权度 ; 可调比
中图分类号 : TU831 1 3
+ 6 　　 文献标识码 :
A
FEATURES AND SEL ECTION OF REGULATING VALVE IN
VARIABL E FLOW WATER SYSTEMS FOR AIR 2 CONDITION
YU Ge ,HUAN G Hua 2 jun
( 1 1 Liaoning Industry Institute , Jinzhou 121001 , Liaoning , China;
2 1 Beijing Huabei Optics Instrument Co 1 , Ltd 1 , Beijing 100050 )
ABSTRACT: Thepaper discussed in detail the law factors of flow rate of two way valve in practical use in water
systemwith variable flow rate 1 Range of valve degree of regulatingvalve was proposed for the design concerning
the system with variable flow rate 1
KEY WORDS : Regulating valve ; Flow rate regulation ; Valve degree ; Regulating ratio
收稿日期 : 2005 - 06 - 08
作者简介 : 于 　戈 , 工程师 , 工学硕士。
1 　引 　言
　　目前 , 集中空调系统中多采用变流量系统 , 以减
少输送泵的能耗 , 实现节能的目的。在变流量系统
中主要通过调节二通阀阀门开度的大小来实现用户
侧流量的调节 , 从而二通阀的选择是变流量系统设
计的关键之一。目前 , 在设计过程中人们通常按二
通阀的理想流量特性来选取二通阀 , 但实际使用过
程中由于二通阀与表冷器等阻力构件串联后其流量
特性将发生较大的变化。这在设计过程中经常被忽
略 , 从而造成阀门选择不当 , 导致局部用户水量调节
不灵的现象 , 甚至导致整个系统水力失调。
本文在分析二通阀的理想流量特性的基础上 ,
分析与表冷器串联的二通阀的实际工作流量特性以
及可调比变化规律。分析结果表明 : 变流量系统的
用户调节阀应选用等百分比调节阀 , 并提出了在设
计过程中阀权的选取范围。
2 　二通阀的特性参数
在变流量系统中 , 随着室内负荷的改变 , 通过恒
温控制器调节二通阀的开度来调节流过风机盘管的
水流量 , 以满足室内温度的要求 , 故调节阀的选择是
变流量系统设计的一个关键。二通阀是依据调节阀
的工作特性和可调比等参数来选取。
二通调节阀的特性是指调节阀的流量特性和阻
力特性。前者反映调节阀的调节性能 , 后者则表示
调节阀的流通能力。调节阀的流量特性是指流过阀
门的调节介质的相对流量与阀杆的相对行程之间的
关系 , 即 :
G/ G max = f ( l/ l max ) ( 1 )
对于二通调节阀 , 改变调节阀的阀芯与阀座之
间的节流面积 , 便可调节流量。但实际上由于各种
因素的影响 , 在节流调节面积变化的同时 , 还会发生
阀前后压差的变化 , 而压差的变化会引起流量的变
第 15 卷 　第 1 期
2006 年 3 月
　　　　　　　　　　　　　　
矿 　　冶
MINING & METALLURGY
　　　　　　　　　　　　　　
Vol. 15 , No. 1
March 　 2006
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化。为了分析方便 , 先研究阀前后的压差固定不变
的理想情况 , 然后再研究阀前后压差变化情况。因
而 , 流量特性分为理想流量特性和工作流量特性。
搞清二通调节阀的工作原理和工作特性 , 是系统控
制所的。
调节阀的可调比定义为调节阀的大流量与
小流量的比值 , 用 R 表示 , 可调比 R = G max / G min 。
二通阀的可调比说明其工作能力和工作相对范围。
在设计过程中 , 可调比也是选择二通阀的重要参数
之一。由于实际工作过程中 , 流量特性的变化使得
可调比也与理想状况下的可调比有所差别。
3 　二通调节阀的理想流量特性
对于二通调节阀 , 其理想流量特性是指在阀前
后的压差固定不变的理想情况 , 流过阀门的调节介
质的相对流量与阀杆的相对行程 ( 即阀门的相对开
度 ) 之间的关系。为研究方便采用无因次流量 G/
G max 来表示二通调节阀的相对流量。对调节阀而
言 , 其水力特性遵循 :
Δ P =SG 2 (2)
式中 : Δ P 为阀前后的压差 ; G 为通过调节阀的
流量 ;S 为调节阀的阻力特性系数。
按照理想流量特性的定义 , 就是上式中保持Δ P
固定不变 , 只研究阀的阻力特性系数
S(
或阀的开度
l)
与流量之间的单一关系。因阻力系数 S 完全决定
于阀的本身的结构 , 而与调节阀在系统中的水力特
性无关。因此 , 理想流量特性是调节阀自身的固有
特性 , 它直接反映了调节阀的调节特性 , 与使用的系
统无关。
按照理想流量特性的不同 , 调节阀大体可分为
三类 : 线性流量特性 , 等百分比流量特性和快开流量
特性 , 具体各阀门流量变化规律见图 1 。图 2 为不
同可调比的等百分比调节阀流量特性。
图 1 　理想流量特性曲线
Fig 1 1 　 Ideal flow characteristic curve
图 2 　不同可调比下等百分比调节阀流量特性
Fig 1 2 　 Equal percentage valve flow characteristic
curve in different adjust ratio
从上图分析可以知道 , 具有等百分比流量特性
的二通调节阀有可能弥补表冷器的非线性流量特
性 , 使得 :
d ( Q/ Q max )
d
( l/ l
max )
= Const ( 3 )
4 　二通阀实际工作流量特性模型
4 1 1 　概念
二通调节阀的理想流量特性是在调节阀前后压
差固定不变的情况下得到的。但在实际使用过程
中 , 调节阀是安装在具有阻力的管道上 , 在实际调节
过程中阀门前后的压差是变化的。因此 , 在实际系
统中 , 阀门虽在同一开度下 , 通过调节阀的流量将与
理想特性时所对应的流量不同。因而 , 有必要研究
工作条件下的调节阀的流量特性。所谓调节阀的工
作流量特性是指调节阀装在空调系统的某一用户支
路上 , 在实际工作时阀前后压差随工况而变化条件
下 , 无因次流量 珚 G 与相对开度珋 l 之间的关系。
4 1 2 　物理数学模型
图 3 　串联在某用户支路实际工作时的二通阀示意图
Fig 1 3 　 Adjustable valve schematic diagram
in series user ’ s spur track
在变流量系统中 , 作为调节流量的执行构件 , 二
通阀通常和风机盘管串联工作 , 见图 3 。由于二通
阀串联的用户侧风机盘管和管道存在一定的阻力 ,
阻力损失与通过风机盘管和管道的流量成平方关
系。当系统两端的总压差 Δ P 一定时 , 随着流量的
改变 , 风机盘管和管道的压降 Δ P 2 也改变 , 致使二
通阀的压降Δ P 1 也随之改变 , 从而引起二通阀流量
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特性的变化。
对于二通阀 , 其自身流量特性 : G = C
Δ P 1
ρ
( 4 )
式中 : Δ P 1 为调节阀的前后压差 ; C 为二通阀
的流通能力 ; ρ为流通介质的密度。
从上述关系可见 , 二通阀的流量特性仅与其自
身结构、调节介质、阀门开度、前后压差有关。一旦
阀门和调节介质确定 , 二通阀的流量特性就仅与前
后压差有关。当调节阀的前后压差Δ P 1 恒定时 ,
G/ G max = C/ C qk ( 5 )
式中 : G max 为流过调节阀的大流量 ; C qk 为调
节阀全开时的流通能力。
对于等百分比流量特性的二通阀 , 理想流量特
性时 , 由式 ( 3 ) 推导出 :
G/ G max = R
l
l max
- 1
( 6 )
由式 ( 3 ) 、 ( 4 ) 、 ( 5 ) 联合可得 :
G = C qk R
l
l max
- 1
ΔΡ 1
ρ
( 7 )
将风机盘管和管道视为一个构件 , 定义 :
G = C qu
Δ P 2
ρ
( 8 )
式中 , C qu 为风机盘管和管道的总流量系数 ; ΔΡ 2 为
风机盘管和管道上的总压降。
串联支路过各个构件的流量相等 , 从而得
出 :
C qk R
l
l max
-1
Δ P 1
ρ
= C qu
ΔΡ 2
ρ
( 9 )
又
Δ P = Δ P 1 + Δ P 2 ( 10 )
联合式 ( 8 ) 和式 ( 9 ) 得出 :
Δ P 1 =
Δ P
1
P v
- 1 R 2
(
l
l max
-1 )
+ 1
( 11 )
式中 : P v =
Δ P 2max
Δ P 1max + Δ P 2max
, 表示调节阀全开时
阀上的压差与系统总压差的比值 , 即定义为调节阀
在某一支路的阀权度。
当调节阀全开时 , 即 l/ l max = 1 , 可知 :
ΔΡ 1min = P v Δ P ( 12 )
又
G max = C qk
P v Δ P
ρ
( 13 )
由式 ( 10 ) 、 ( 11 ) 和 ( 12 ) 联合可得 :
G
G max
= R
l
l max
- 1 1
( 1- P v
) R
2 (
l
l max
- 1 )
+ P v
( 14 )
4 1 3 　二通阀实际可调比的计算
在上述推导中 , 总是认为可调比 R 恒定 ; 而在
实际工作时 , 由于调节阀的压差随风机盘管和管道
阻力改变而改变 , 调节阀的可调比 R 也将发生变
化。
理想流量特性时 ,
R = G max / G min = C max / C min ;
实际工作时 ,
R s = R
ΔΡ 1min
Δ P max
式中 : Δ P 1min ———调节阀全开时的压差 , 显然
Δ P 1min = Δ P 1m ; Δ P 1max ———调节阀全关时的压差 , 近
似等于 Δ P; R s ———实际可调比。
R s = R
Δ P 1m
Δ P
= R P v ( 15 )
5 　二通阀工作流量特性分析
5 1 1 　实际工作流量表达式
在二通阀实际工作过程中 , 由于压差的不断变
化 , 也将引起阀门可调比的下降。从而 , 实际工作时
调节阀的流量特性要考虑可调比变化影响因素。实
际工作时调节阀的流量特性 :
G
G max
=
(R
P v )
l
l max
- 1 1
( 1 - P v
) ( R
P v )
2 (
l
l max
- 1 )
+ P v
( 16 )
从上式可知 , 在某一特定支路 , 也就是说在已知
调节阀的可调比 R 和阀门在该支路的阀权度的情
况下 , 阀门无因次流量是相对开度的单值函数。
5 1 2 　二通阀在不同阀权度支路的工作特性
对于同一二通阀其理想可调比是阀门本身固有
的特性 , 不随系统或支路特性而变化。在实际使用
中大多采用理想可调比 R = 30 的阀门 , 由于阀权度
的差别其在不同支路流量特性也将有很大差别。不
同阀权度情况下的相对流量与阀门相对开度的曲线
关系如图 4 。
由图 4 可见 , 随着阀权度的增大 , 实际工作流量
特性越接近与二通阀的理想流量特性。当阀权度大
于 0 1 3 时 , 实际工作流量特性曲线的走向趋势和理
想流量特性基本相同。在系统设计选用二通阀时要
使每个支路的二通阀的阀权度至少大于 0 1 3 以上 ,
才能达到理想流量特性调节效果。
· 1 9 · 于　戈等 : 变流量空调水系统的二通调节阀特性分析与选用
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图 4 　不同阀权度下的实际流量特性
Fig 1 4 　 Actual valve flow characteristic
in different adjust degree
图 5 　不同可调比下的实际流量特性
Fig 1 5 　 Actual valve flow characteristic
in different adjust ratio
5 1 3 　理想可调比对二通阀流量特性影响
二通阀的理想可调比是其本身的特性 , 表明二
通阀的调节流量的能力 , 与系统特性无关。不同的
可调比说明是不同型号的二通阀。对于某一支路 ,
当二通阀阀权度 P v = 0. 6 时 , 使用不同可调比的二
通阀 , 其支路流量特性如图 5 。由图 5 可知 , 可调比
对流量特性的影响不大 , 建议一般系统采用可调比
为 30 的二通阀 , 就有较好的调节特性。
6 　结 　论
(1) 二通阀的理想流量特性与实际的二通阀工
作流量特性有很大的差别 , 引起较大差别的主要因
素是二通阀在支路中的阀权度。
　　 (2) 当阀权度大于 0 1 3 时 , 实际工作流量特性曲
线的走向趋势和理想流量特性基本相同。在系统设
计时选用的二通阀时要使每个支路的二通阀的阀权
度至少大于 0 1 3 以上 , 建议阀权度取 0 1 5 左右。
(3) 二通阀的理想可调比对其流量特性的影响
不大 , 建议一般系统采用可调比为 30 的二通阀。
参考文献 :
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调 , 1997(3) 1 - 7 1
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大学出版社 ,1995 1
〔 3 〕陆耀庆 1 实用供热空调设计手册 [M ] 1 北京 : 中国建
筑工业出版社 ,1993 1
( 上接第 102 页 )
5 　结 　论
本文在设计烟气成分在线连续监测系统时 , 充
分考虑了 4
#
白灰窑烟气的工况条件 , 特别是选用了
分析精度高、速度快、具有自动校正功能的 Uras14
红外线分析仪 , 并合理设计了烟气取样、气样预处
理、反吹扫等装置系统 , 从而实现了整个监测系统的
长期、畅通、可靠、准确运行 , 成功地解决了白灰窑烟
气成分在线监测中普遍存在的分析精度低、速度慢、
取样探头及样气输送管路易堵、设备使用寿命短、部
件维修更换不便等方面的问题 , 从而为 4
#
白灰窑进
一步实现烟气达标排放以及有效节能、提高白灰质
量创造了条件。
参考文献 :
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