變流量系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥的實(shí)際運(yùn)行特性分析

　　通過(guò)實(shí)例計(jì)算，分析變流量系統(tǒng)部分負(fù)荷下的調(diào)節(jié)閥實(shí)際運(yùn)行特性。壓差控制系統(tǒng)，部分負(fù)荷下用戶的閥權(quán)度一般小于設(shè)計(jì)值;末端壓差控制系統(tǒng)，部分負(fù)荷下用戶閥權(quán)度取決于被關(guān)閉用戶的位置，閥權(quán)度保持不變或大于設(shè)計(jì)值。調(diào)節(jié)閥選型時(shí)，可采用根據(jù)最不利環(huán)路選型其他支路校核的方法。

　　為了達(dá)到節(jié)能的目的，變流量系統(tǒng)越來(lái)越多地應(yīng)用于實(shí)際工程中。風(fēng)機(jī)盤管前一般安裝電動(dòng)兩通閥，空調(diào)箱前一般安裝電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。對(duì)于兩通閥只存在開(kāi)關(guān)兩種狀態(tài)，閥權(quán)度對(duì)其沒(méi)有意義;對(duì)于調(diào)節(jié)閥存在調(diào)節(jié)性能的好壞，用閥權(quán)度的概念來(lái)衡量。當(dāng)末端用戶負(fù)荷變化時(shí)，調(diào)節(jié)閥通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)度進(jìn)而調(diào)節(jié)水流量以維持室溫設(shè)定值。不同控制策略下調(diào)節(jié)閥的實(shí)際運(yùn)行特性不同。本文針對(duì)兩種常見(jiàn)的壓差控制方式部分負(fù)荷下用戶的閥權(quán)度變化情況進(jìn)行了分析。

1、調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量特性及選型

　　調(diào)節(jié)閥的理想流量特性是建立在閥門兩端定壓差的基礎(chǔ)上。而調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量特性考慮支路兩端定壓差，支路兩端不定壓差的情況比較復(fù)雜，但可借鑒支路定壓差時(shí)的公式進(jìn)行分析。調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量特性可參考文獻(xiàn)。在實(shí)際流量特性的方程推導(dǎo)過(guò)程中，閥權(quán)度的定義為：

　　式中：ΔP1m為調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)工況下兩端的壓差，Pa;ΔP為調(diào)節(jié)閥所在支路的壓差，Pa。

　　而實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中支路的壓差ΔP不一定是定值，所以調(diào)節(jié)閥實(shí)際運(yùn)行時(shí)閥權(quán)度并非保持不變。部分負(fù)荷時(shí)，由于其他支路的開(kāi)關(guān)引起自身支路壓差的變化，進(jìn)而影響閥權(quán)度的變化。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，最先確定最不利支路的調(diào)節(jié)閥進(jìn)而確定壓差設(shè)定值及水泵揚(yáng)程等。對(duì)于末端支路以外的其他支路，壓差確定后可以選擇調(diào)節(jié)閥型號(hào)。但由于調(diào)節(jié)閥相鄰兩檔之間的流通能力差別較大，如表1所示。因此，在實(shí)際選型過(guò)程中很難選擇到理想的型號(hào)。選型時(shí)一般選擇流通能力稍大的調(diào)節(jié)閥。因?yàn)�，調(diào)節(jié)閥在小開(kāi)度時(shí)，流速大阻力大，壓力的變化超過(guò)閥體本身的剛度需求時(shí)閥體振蕩明顯，穩(wěn)定性差。調(diào)節(jié)閥的最大開(kāi)度應(yīng)保證在90%左右，而最小開(kāi)度應(yīng)不低于滿開(kāi)度的10%。由于支路的壓差已定，所以當(dāng)調(diào)節(jié)閥選型CS值和CS計(jì)算值不一致時(shí)可用靜態(tài)平衡閥來(lái)限制調(diào)節(jié)閥的最大流量。

　　現(xiàn)在商用調(diào)節(jié)閥的CS值見(jiàn)表1。

表1 商用調(diào)節(jié)閥的CS值

2、實(shí)例分析

　　假設(shè)一如下6支路模型：每臺(tái)空調(diào)箱的額定流量為50t/h，額定阻力為50kPa，假設(shè)最不利支路調(diào)節(jié)閥的閥權(quán)度為0.5，那么調(diào)節(jié)閥需要承擔(dān)的阻力為50kPa，所以CS=0.01×50000/(50)0.5=70.7。和此值接近的CS值有兩個(gè)：63，100。如果選擇前者，則額定流量下的阻力為ΔP=(0.01×50000/63)2=63kPa，最不利支路調(diào)節(jié)閥閥權(quán)度為0.54。選擇后者，額定流量下的阻力為ΔP=(0.01×50000/100)2=25kPa，調(diào)節(jié)閥閥權(quán)度為0.33。本例選擇CS=63的調(diào)節(jié)閥，不選擇后者的原因詳見(jiàn)計(jì)算結(jié)果。由此例可以看出，調(diào)節(jié)閥選型時(shí)為了調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)性能更好，水泵的揚(yáng)程增加了3.8mH2O。末端支路設(shè)可保持流量精確測(cè)量的3kPa靜態(tài)平衡閥。對(duì)于AHU-2等其他支路，如果不設(shè)靜態(tài)平衡閥，那么調(diào)節(jié)閥兩端壓差變大，調(diào)節(jié)閥處于過(guò)流狀態(tài)。為了限制調(diào)節(jié)閥的最大流量，故其他支路為便于流量調(diào)節(jié)也分別增設(shè)靜態(tài)平衡閥。

2.1、壓差控制系

　　圖1為壓差控制系統(tǒng)模型。

圖1 壓差控制系統(tǒng)模型

　　供回水管壓差設(shè)定值為153kPa，部分負(fù)荷下由于某些支路的關(guān)閉勢(shì)必會(huì)對(duì)其他支路造成影響。假設(shè)當(dāng)某一支路關(guān)閉時(shí)，其他支路調(diào)節(jié)閥開(kāi)度減小支路可維持設(shè)計(jì)流量。83%負(fù)荷下各用戶的閥權(quán)度值見(jiàn)表2。其他負(fù)荷率下變化規(guī)律與之相同，在此不再贅述。

表2 壓差控制系統(tǒng)各用戶閥權(quán)度值(83%負(fù)荷)

圖2 壓差控制部分負(fù)荷下各用戶閥權(quán)度變化情況(末端支路閥權(quán)度0.54)

　　圖2為末端支路閥權(quán)度為0.54時(shí)部分負(fù)荷下各用戶閥權(quán)度變化情況。

　　由計(jì)算結(jié)果可知，對(duì)于壓差控制系統(tǒng)而言，部分負(fù)荷下干管流量減少，干管阻力變小，支路壓差增大，用戶的閥權(quán)度小于設(shè)計(jì)值。閥權(quán)度最小的時(shí)候?yàn)橹挥性撚脩魡为?dú)運(yùn)行時(shí)。

　　調(diào)節(jié)閥選型時(shí)，應(yīng)先確定最不利支路的調(diào)節(jié)閥型號(hào)。根據(jù)最不利支路的壓差逐步求出其他各支路的壓差，進(jìn)而對(duì)每個(gè)支路進(jìn)行調(diào)節(jié)閥的選型。但如此一來(lái)就很繁瑣，給工程設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大工作量。由上面分析可知，近端用戶閥權(quán)度最有可能不滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)于壓差控制系統(tǒng)，其他各支路可選擇與末端支路相同的調(diào)節(jié)閥，各支路用靜態(tài)平衡閥平衡阻力。然后用各支路調(diào)節(jié)閥兩端的設(shè)計(jì)壓差與供回水管壓差設(shè)定值的比值進(jìn)行校核，保證最不利情況下閥權(quán)度值不小于0.3。對(duì)不滿足要求的支路進(jìn)行調(diào)節(jié)閥重新選型。例如本例，末端支路調(diào)節(jié)閥先按閥權(quán)度0.5進(jìn)行選型，實(shí)際選型后的閥權(quán)度值為0.54，最不利情況下各支路閥權(quán)度值均大于0.4。

　　由于調(diào)節(jié)閥前后兩檔流通能力差別較大，所以如果本例最不利支路按閥權(quán)度0.3(實(shí)際選型后的值為0.33)選型時(shí)，各個(gè)支路的閥權(quán)度值在部分負(fù)荷下均小于0.3，調(diào)節(jié)性能差(圖3)。

圖3 壓差控制部分負(fù)荷下各用戶閥權(quán)度變化情況(末端支路閥權(quán)度0.33)

2.2、末端壓差控制系統(tǒng)

　　圖4為末端壓差控制系統(tǒng)模型。

圖4 末端壓差控制系統(tǒng)模型

　　圖4末端壓差控制系統(tǒng)模型為了便于分析，末端壓差控制系統(tǒng)仍采用上述模型，末端定壓值為118kPa，其他條件不變。83%負(fù)荷下各用戶的閥權(quán)度值見(jiàn)表3。其他負(fù)荷率下變化規(guī)律與之相同，在此不再贅述。

表3 末端壓差控制各用戶閥權(quán)度值(83%負(fù)荷)

　　圖5為末端支路閥權(quán)度為0.54時(shí)部分負(fù)荷下各用戶閥權(quán)度變化情況。

圖5 末端壓差控制部分負(fù)荷下各用戶閥權(quán)度變化情況(末端支路閥權(quán)度0.54)

　　由計(jì)算結(jié)果可知，對(duì)于末端壓差控制系統(tǒng)而言，部分負(fù)荷時(shí)干管流量減少，干管阻力減小，除受控支路外的其他支路壓差降低，用戶的閥權(quán)度大于閥權(quán)度設(shè)計(jì)值。被關(guān)閉用戶的上游用戶(靠近冷源側(cè))閥權(quán)度變大，下游用戶的閥權(quán)度不變。被控的末端支路閥權(quán)度不變。當(dāng)最不利支路調(diào)節(jié)閥閥權(quán)度按0.3選型時(shí)，部分負(fù)荷下各用戶閥權(quán)度值見(jiàn)圖6。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，末端壓差控制系統(tǒng)可按最不利環(huán)路選型，然后驗(yàn)證近端用戶的閥權(quán)度不小于0.3，不滿足的支路重新選型。

圖6 部分負(fù)荷下各用戶閥權(quán)度變化情況(末端支路閥權(quán)度0.33)

　　同時(shí)，增大干管管徑，減小干管阻力，有利于減緩各支路間的相互影響，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，各支路部分負(fù)荷下的閥權(quán)度值有所提高。

3、結(jié)論

　　1)對(duì)于壓差控制系統(tǒng)，部分負(fù)荷下用戶的閥權(quán)度一般大于設(shè)計(jì)值;對(duì)于末端壓差控制系統(tǒng)，被關(guān)閉用戶的上游用戶閥權(quán)度變大，下游用戶閥權(quán)度不變。

　　2)變流量系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥選型時(shí)可根據(jù)末端支路選型其他支路校核的方法。

　　3)對(duì)本例而言，壓差控制系統(tǒng)末端支路閥權(quán)度為0.54時(shí)，最不利工況下各用戶的閥權(quán)度大于0.4;末端支路閥權(quán)度為0.33時(shí)，部分負(fù)荷下各用戶閥權(quán)度一般小于0.3。末端壓差控制系統(tǒng)，最不利工況下各用戶的閥權(quán)度大于0.4;末端支路閥權(quán)度為0.33時(shí)，中高負(fù)荷下各用戶閥權(quán)度一般小于0.3。