动态压差平衡型电动调节阀应用案例研究

2018-03-31胡泽宽林惠阳

山西建筑 2018年7期

胡泽宽　高　岩　林惠阳

(北京建筑大学环境与能源工程学院，北京　100044)

0　引言

中央空调系统的工程设计中，变流量系统与定流量系统相比具有明显的节能潜力，因此变流量系统已经在工程实践中得到了广泛的应用。由于变流量系统的水力特性和控制特性与定流量系统不同，因此在工程设计中需要考虑到这些特点。变流量系统的基本特征：实际运行工况与设计工况存在显著差异。设计工况是按100%负荷设计的，而空调系统的实际运行工况负荷常年在20%～60%之间，由此造成系统的流量和压力的分布与定流量系统完全不同，如果仍然延用定流量系统的水力平衡和调节措施，就会引起一系列的水力和热力问题，如：1)末端温度控制精度下降，舒适度下降及能耗增大；2)水泵功耗巨大；3)冷机效率低下；动态压差平衡型电动阀就是为了解决上述问题所研发。在变流量空调系统使用动态压差平衡型电动调节阀能够较有效地解决系统的水力和热力问题。

本研究从工作原理和使用特点介绍了动态压差平衡型电动调节阀(下面简称动态压差电调阀)，并通过实际应用案例进一步测试和分析了动态压差电调阀的调节特性和效果。

1　相关概念

1.1　调节阀流量特性

调节阀流量特性是指调节阀的相对流量与其相对开度之间的函数关系[1]，如式(1)所示：

(1)

式中：G——阀某一开度时的流量；

Gmax——阀全开时的流量；

L——阀某一开度时阀芯行程；

Lmax——阀全开时阀芯行程。

在理想状况下，阀权度为1，即在阀门两端压降固定不变时，阀门通过阀门流量与阀门开度之间的关系。对于空气—水换热装置如空调箱、风机盘管，其本身流量与热输出之间的关系为上抛特性，而在实际运行过程中电动调节阀与空调箱或风机盘管组合后，阀门开度与热输出特性之间成线性关系，所以采用流量与阀门开度之间为对数特性关系的电动调节阀。

1.2　阀权度

阀权度[1]α是指电动调节阀两端压降在阀门全开与全关时之比,其反映了电动调节阀在系统内权重和对流量变化过程的控制能力。在系统足够大时，阀权度的计算可简化为，阀门本身在全开时压降与阀门所在支路的总压降之比，如图1所示。

2　动态压差平衡型电动调节阀工作原理

动态压差电调阀由压差控制器和电动调节阀两个阀门构成，如图2所示。电调阀两端的压力P2，P3由内部导压流道引至压差控制的膜片两端，在膜的两端与内部的弹簧的力量形成一个平衡，即FP2=FP3+F弹簧，当系统压力变化时，P2～P3增加导致平衡被破坏，使得膜片的下方压力大于上方，膜片向下移动，压差控制阀的阀芯关小，进而P2～P3减小，达到新的平衡。反之，压差控制阀的阀芯开大，在整个开关过程中调节阀的压差P2～P3保持恒定即阀权度始终为1，因此流过调节阀的液体流量只与调节阀的开度有关。

3　应用案例

3.1　应用案例介绍

应用案例是新风加风机盘管系统空调实验台。该实验台由三个部分组成：

1)空调冷源系统，包括溴化锂吸收式热泵机组、冷却水泵和冷却塔；

2)空调冷冻水系统，包括管路及管路上的流量、压力、压差、温度传感器以及平衡阀、通断调节、连续调节阀等执行装置；

3)空调末端，包括10个风机盘管，其中1号、3号、5号、7号、9号风机盘管的额定冷量为6 000 W，其余风机盘管的额定冷量为3 000 W。2号、5号、7号风机盘管的回水支路上装有动态压差平衡型电动调节阀。整个系统采用西门子网络控制器等设备。超过100个模拟、数字量输入输出点，从而实现对水系统压力、温度、流量等的实时监测，对水泵及阀门运行的控制。实验台系统图如图3所示。

3.2　动态压差平衡型电动调节阀调节效果的实测与分析

在实际工程中，随着阀权度的降低，即是理想特性曲线为对数的阀门，其流量与阀门开度之间的关系也产生了变化。从而导致组合后的末端散热量与阀门开度之间的关系曲线为上抛型。图4是实验台上动态压差电调阀实际工作特性曲线，图5是实验台上动态压差电调阀与普通电调阀的调节效果对比。

由图4知，动态压差平衡型电动调节阀的实测的工作流量特性曲线接近理想的流量特性曲线，成等百分比型，阀权度接近1即通过该电调阀的流量只与阀门的开度有关。由图5知，就控制而言：动态压差阀控制信号基本维持在3.3 V左右，这样避免了驱动器的无谓动作，延长了驱动器的使用寿命；就风机盘管出风温度而言：动态压差阀风机盘管的出风温度基本能够维持在18 ℃，稳定性较好，而普通阀风机盘管出风温度在14.5 ℃～19.5 ℃呈近似正弦变化，波动较大；就房间温度而言：动态压差阀的房间温度稳定性较好，普通阀的房间温度波动较大。