控制阀:探讨循环系统平衡与压差稳定(一)

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发布时间:2017年6月17日
   序言 

    控制阀的特性

    在设计任何采暖与空调装置系统时主要目的都是获得舒适的室内气候,同时尽可能降低成本和减少运行问题。

    在理论上,新的控制技术好像足以满足最苛刻的要求,能够能够提高舒适度并能切实节约能源。

    但在实践中,即使最精密的控制器也不能完全实现其理论性能。原因很简单:往往忽略了那些必须满足的正确的运行条件,而其对于舒适度和成本的重要意义是不容忽视的。

    如果我们系统地分析暖通空调系统的工作情况,往往会觉察到以下问题:   

    并非所有的房间内都能达到所需的室温,尤其是在发生高负荷变化之后。

    在可以达到所需的室温时,尽管在末端装置上使用了精密的控制器,它仍然会不断地波动起伏。这种现象通常发生在低负负荷和中等负荷的情况下。

    尽管生产装置具有足够的装机容量,但却不能在高负荷下输送,特别是在启动阶段。

    即使用精密的控制器也不能纠正这些故障。其原因往往与循环系统本身的设计缺陷有关,主要是因为三个基本条件没有得到满足。  

    系统接口处的流量必须相互兼容。

    所有末端处都必须达到设计流量。

    控制阀两端的压差不能变化过大。

    控制阀的特性

    控制阀的特性是由水流量与阀门开度之间的关系决定的。在压差恒定时,这两个量用最大值的百分比来表示。

技术文章

    对于具有线性特性的阀门,水流量与阀门开度成比例关系。在低负荷和中等负荷下,由于末端装置的非线性特性(图1a),控制阀少许的开度就会明显地增大通过阀门的流量。因此低负荷下控制回路就可能不稳定。

    本文主要是有关第二个条件的一些信息,以及在末端装置上使用二通控制阀一些启示。

    通过选择控制阀特性来补偿非线性,可以解决这一问题,从而使末端装置的输出量与阀门开度成比例关系。

    在供水流量为其设计流量的20%时,如果末端装置的输出为其设计值的50%,则可以对阀门进行设置,使它在开度达到50%时只允许有20%的设计流量。这样,当阀门达到50%的开度时,就可以获得50%的热量输出(图1c)。以此类推到所有流量上,我们所得到阀门的特性就可以补偿典型末端换热装置的非线性。这一特性(图1b)称为等百分比修正“EQM”。

    但是,要获得这一补偿,必须满足两个条件:

    如果控制阀两端的压差不是恒定的,或者如果阀门尺寸过大,则控制阀特性发生偏移,就可能会影响到调节控制性能。

    控制阀两端的压差必须是恒定的。

    当控制阀完全打开时,必须能够获得设计流量。

    控制阀阀权度

    当控制阀关闭时,末端、管道和附件中的流量和压降降低。导致控制阀上的压差升高。压差的增大会使控制阀的特性发生偏移。这种偏移可以通过控制阀阀权度表现出来。

技术文章

    分子是恒定的,只取决于控制阀的选择和设计流量值。

    分母对应于回路上达到的ΔH。与所选择的控制阀串联安装的平衡阀不会改变这两个因素,因而对控制阀阀权度没有影响。

所选择的控制阀应当能够达到可能的最佳阀权度。根据市场供应的产品范围,一般都会尺寸偏大。平衡阀可以使控制阀完全打开时获得设计流量。使其特性更加接近理论特性,从而改善控制功能(图3b)。 

    在一个异程分配(图2a)中,远程回路会承受较高的ΔH变化。在低流量情况下,得到的控制阀阀权度最差。也就是当控制阀几乎承受全部水泵扬程时。

技术文章

    用变速泵时,一般要使接近最后一个回路的压差保持恒定(图2b)。在这种情况下,ΔH的变化将会转移到第一个回路上。

    Δp传感器用于控制变速泵。如果它的位置接近最后一个回路,在理论上可以将泵送成本降到最低,但接近泵的回路也会产生问题。当系统在平均小负荷的状况下运行时,这些回路可能发生流量不足;或者,如果控制阀是按照最小Δp设计的,则在设计条件下的阀权度将会很差。为此,一个较好的折中方案就是将Δp传感器设置在系统的中部与定速泵相比可以将Δp的变化减小50%以上。

    图2c显示了功率输出与阀门开度之间的关系(为获得正确全开流量而选择的EQM控制阀,设计阀权度为0.25)。当回路上获得的ΔH增大时,控制阀特性可能会变差,从而使控制回路产生不规则振荡。在这种情况下,采用一个局部压差控制器可以稳定控制阀两端的Δp,使其阀权度接近一(图4a)。