变流系统调节阀的实际运行特性分析

为了达到节能的目的，流量变化系统越来越多地应用于实际工程中。电动两通阀一般安装在风机线圈前，电动调节阀一般安装在空调箱前。对于两个阀门只有两个开关状态，阀门强度对其毫无意义；对于调节阀的调节性能，以阀门强度的概念来衡量。当终端用户负荷发生变化时，调节阀通过调节开度来调节水流量，以保持室温设定值。调节阀的实际运行特性在不同的控制策略下有所不同。本文分析了部分负见的压差控制强度的变化。

1 调节阀的实际流量特性及选型

调节阀的理想流量特性是基于阀门两端的固定压差。调节阀的实际流量特性考虑了支路两端的固定压差。支路两端的不确定压差比较复杂，但可以借鉴支路固定压差的公式进行分析。调节阀的实际流量特性可供参考。在实际流量特性的方程推导过程中，阀权定义为：

式中：ΔP_1m设计工况下调节阀两端的压差，Pa；ΔP调节阀所在支路的压差，Pa。

支路在实际运行过程中的压差ΔP不一定是固定值，因此调节阀实际运行时阀权不保持不变。当部分负载时，其他支路的开关会导致自身支路压差的变化，从而影响阀权的变化。

系统设计完成后，首先确定最不利支路的调节阀，然后确定压差设定值和水泵扬程。对于终端支路以外的其他支路，确定压差后可选择调节阀型号。但由于调节阀相邻两档之间的流通能力差异较大，如表1所示。因此，在实际选择过程中很难选择理想的型号。选择时，一般选择流通能力稍大的调节阀。由于调节阀开度小，流速大，阻力大，压力变化明显，稳定性差。调节阀的最大开度应保证在90%左右，最小开度不得低于满开度的10%。由于支路的压差已确定，因此当调节阀选择时CS值和C_S静态平衡阀可用于限制调节阀的最大流量。

现在商用调节阀C_S值见表1。

表1 商用调节阀C_S值

2 实例分析

假设一如下6支路模型：每台空调箱的额定流量为50t/h，额定阻力为50kPa，假设最不利支路调节阀的阀权为0.5，那么调节阀需要承担的阻力为50kPa，所以C_S=0.01×50000/（50）^0.5=70.7.接近这个值CS值有两个：63，100。如果选择前者，则额定流量下的阻力为ΔP=（0.01×50000/63）²=63kPa，最不利支路调节阀的权限为0.54.选择后者，额定流量下的阻力为ΔP=（0.01×50000/100）²=25kPa，调节阀的权限为0.33。本例选择C_S=63调节阀未选择后者的原因见计算结果。从这个例子可以看出，为了更好地调节阀，水泵的扬程增加了3.8mH₂O。末端支路设置3，可以保持精确的流量测量kPa静态平衡阀AHU-2等其他支路，如果没有静态平衡阀，则调节阀两端的压差变大，调节阀处于过流状态。为了限制调节阀的最大流量，其他支路还增加了静态平衡阀，以便于流量调节。

2.1 压差控制系

图1为压差控制系统模型。

图1

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供回水管压差设定值为153kPa，在某些负荷下，某些支路的关闭必然会影响其他支路。假设当一个支路关闭时，其他支路调节阀的开度降低，支路可以维持设计流量。每个用户在83%负荷下的阀权值见表2。其他负荷率下的变化规律是相同的，这里就不赘述了。

表2 压差控制系统各用户阀权值(83%负荷)

图2 压差控制部分负荷下各用户阀权力的变化(终端支路阀权力0.54）

图2为终端支路阀0.每个用户阀在54点部分负荷下的权力变化。

根据计算结果，对于压差控制系统，部分负荷下干管流量减少，干管阻力减小，支路压差增大，用户阀门权小于设计值。当阀门权最小时，只有用户单独运行。

调节阀选型时，应先确定最不利支路的调节阀型号。根据最不利支路的压差逐步求出其他各支路的压差，进而对每个支路进行调节阀的选型。但如此一来就很繁琐，给工程设计带来了很大工作量。由上面分析可知，近端用户阀权度最有可能不满足设计要求。对于压差控制系统，其他各支路可选择与末端支路相同的调节阀，各支路用静态平衡阀平衡阻力。然后用各支路调节阀两端的设计压差与供回水管压差设定值的比值进行校核，保证最不利情况下阀权度值不小于0.3.调节阀重新选择不符合要求的支路。例如，在这种情况下，末端支路调节阀首先按阀权0.5.实际选型后的阀权值为0.54.在最不利的情况下，各支路阀的权力值大于0.4。

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由于调节阀前后流通能力差异较大，如果本例最不利的支路按阀权0.3(实际选择后的值为0.33)选型时，部分负荷下各支路的阀权值小于0.三、调节性能差(图3)。

图3 压差控制部分负荷下各用户阀权力的变化(终端支路阀权力0.33）

2.2 末端压差控制系统

图4为终端压差控制系统模型。

图4

为便于分析，图4末端压差控制系统模型仍采用上述模型，末端定压值为118kPa，其他条件保持不变。每个用户在83%负荷下的阀权值见表3。其他负荷率下的变化规律相同，这里就不赘述了。

表3 末端压差控制用户阀权值(83%负荷)

图5为终端支路阀0.每个用户阀在54点部分负荷下的权力变化。

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图5 用户阀权限在末端压差控制部分负载下发生变化(末端支路阀权限0.54）

根据计算结果，对于终端压差控制系统，干管流量减少，干管阻力降低，除控制支路外的其他支路压差降低，用户的阀门强度大于阀门强度的设计值。关闭用户的上游用户（靠近冷源侧）的阀门强度增加，下游用户的阀门强度保持不变。被控终端支路阀的强度保持不变。当最不利的支路调整阀门强度为0时.3选择时，每个用户在部分负载下的阀权值见图6。为了简化计算，可以根据最不利的环路选择终端压差控制系统，然后验证近端用户的阀权不小于0.3.重新选择不满意的支路。

图6 部分负荷下各用户阀权力的变化(终端支路阀权力0.33）

同时，增加干管直径，降低干管阻力，有利于减缓各支路之间的相互影响，提高系统稳定性，提高各支路部分负荷下的阀权值。

3 结论

1)对于压差控制系统，部分负荷下用户的阀门权一般大于设计值；对于终端压差控制系统，关闭用户的上游用户阀门权变大，下游用户阀门权不变。

2)变流系统调节阀的选择可根据终端支路选择其他支路进行校核。

3)在本例中，压差控制系统末端支路阀的权力为0.54:00，每个用户在最不利条件下的阀门权力大于0.4.终端支路阀0.33:00，每个用户阀在部分负荷下的权力一般小于0.3.终端压差控制系统，每个用户在最不利条件下的阀权大于0.4.终端支路阀0.33:00，每个用户阀在中高负荷下的权力一般小于0.3。