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空調(diào)冷凍水系統(tǒng)壓差調(diào)節(jié)閥的選擇計(jì)算
發(fā)布于：2019/11/26 10:02:38 點(diǎn)擊量：206
前言
為保證空調(diào)冷凍水系統(tǒng)中冷水機(jī)組的流量基本恒定；冷凍水泵運(yùn)行工況穩(wěn)定，一般采用的方法是：負(fù)荷側(cè)設(shè)計(jì)為變流量，控制末端設(shè)備的水流量，即采用電動二通閥作為末端設(shè)備的調(diào)節(jié)裝置以控制流入末端設(shè)備的冷凍水流量。在冷源側(cè)設(shè)置壓差旁通控制裝置以保證冷源部分冷凍水流量保持恒定，但是在實(shí)際工程中，由于設(shè)計(jì)人員往往忽視了調(diào)節(jié)閥選擇計(jì)算的重要性，在設(shè)計(jì)過程中，一般只是簡單的在冷水機(jī)組與用戶側(cè)設(shè)置了旁通管，其旁通管管徑的確定以及旁通調(diào)節(jié)閥的選擇未經(jīng)詳細(xì)計(jì)算，這樣做在實(shí)際運(yùn)行中冷水機(jī)組流量的穩(wěn)定性往往與設(shè)計(jì)有較大差距，旁通裝置一般無法達(dá)到預(yù)期的效果，為將來的運(yùn)行管理帶來了不必要的麻煩，本文就壓差調(diào)節(jié)閥的選擇計(jì)算方法并結(jié)合實(shí)際工程作一簡要分析。
一、壓差調(diào)節(jié)裝置的工作原理
壓差調(diào)節(jié)裝置由壓差控制器、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)閥、測壓管以及旁通管道等組成，其工作原理是壓差控制器通過測壓管對空調(diào)系統(tǒng)的供回水管的壓差進(jìn)行檢測，根據(jù)其結(jié)果與設(shè)定壓差值的比較，輸出控制信號由電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過控制閥桿的行程或轉(zhuǎn)角改變調(diào)節(jié)閥的開度，從而控制供水管與回水管之間旁通管道的冷凍水流量，最終保證系統(tǒng)的壓差恒定在設(shè)定的壓差值。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行壓差高于設(shè)定壓差時，壓差控制器輸出信號，使電動調(diào)節(jié)閥打開或開度加大，旁通管路水量增加，使系統(tǒng)壓差趨于設(shè)定值；當(dāng)系統(tǒng)壓差低于設(shè)定壓差時，電動調(diào)節(jié)閥開度減小，旁通流量減小，使系統(tǒng)壓差維持在設(shè)定值。
二、選擇調(diào)節(jié)閥應(yīng)考慮的因素
調(diào)節(jié)閥的口徑是選擇計(jì)算時最重要的因素之一，調(diào)節(jié)閥選型如果太小，在最大負(fù)荷時可能不能提供足夠的流量，如果太大又可能經(jīng)常處于小開度狀態(tài)，調(diào)節(jié)閥的開啟度過小會導(dǎo)致閥塞的頻繁振蕩和過渡磨損，并且系統(tǒng)不穩(wěn)定而且增加了工程造價。
通過計(jì)算得到的調(diào)節(jié)閥應(yīng)在10％－90％的開啟度區(qū)間進(jìn)行調(diào)節(jié),同時還應(yīng)避免使用低于10％。
另外，安裝調(diào)節(jié)閥時還要考慮其閥門能力PV(即調(diào)節(jié)閥全開時閥門上的壓差占管段總壓差的比例)，從調(diào)節(jié)閥壓降情況來分析，選擇調(diào)節(jié)閥時必須結(jié)合調(diào)節(jié)閥的前后配管情況，當(dāng)PV值小于0.3時，線性流量特性的調(diào)節(jié)閥的流量特性曲線會嚴(yán)重偏離理想流量特性，近似快開特性，不適宜閥門的調(diào)節(jié)。
三、調(diào)節(jié)閥的選擇計(jì)算
調(diào)節(jié)閥的尺寸由其流通能力所決定，流通能力是指當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開時，閥兩端壓力降為105Pa,流體密度為1g/cm3時，每小時流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流體的立方米數(shù)。進(jìn)口調(diào)節(jié)閥流通能力的表示方式通常有cv和kv兩種，其中kv=c,而cv是指當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開時，流通60oF的清水，閥兩端壓力降為1b/in2時每分鐘流過閥門的流量，cv=1.167kv。
壓差旁通調(diào)節(jié)裝置示意圖如下:
（1）確定調(diào)節(jié)閥壓差值（⊿P）
如上圖所示,作用在調(diào)節(jié)閥上的壓差值就是E和F之間的壓差值,由于C-D旁通管路與經(jīng)過末端用戶的D-U-C管路的阻力相當(dāng),所以E-F之間的壓差值應(yīng)等于D-U-C管路壓差(指末端用戶最不利環(huán)路壓差)減去C-E管段和F-D管段的壓差值。
（2）計(jì)算調(diào)節(jié)閥需要旁通的最大和最小流量
對于單機(jī)組空調(diào)機(jī)系統(tǒng),根據(jù)末端用戶實(shí)際使用的最低負(fù)荷就可以確定最小負(fù)荷所需的流量,從而確定最大旁通流量,其公式為:
G=(Q-Qmin)*3.6/CP*⊿T (1)
公式中,G為流量單位為（m3/h），Q為冷水機(jī)組的制冷量(KW),Qmin空調(diào)系統(tǒng)最小負(fù)荷(KW), CP為水的比熱, CP=4.187kJ/kg.oC,⊿T為冷凍水供回水溫差,一般為5 oC
根據(jù)實(shí)際可調(diào)比 RS＝10（PV）1/2 (2)
即可算出調(diào)節(jié)閥的旁通最小流量
（3）計(jì)算壓差調(diào)節(jié)閥所需的流通能力C
C=316G*(⊿P/ρ)-1/2 (3)
公式中, ρ為密度,單位為（g/cm3）,G為流量，單位為（m3/h）,⊿P為調(diào)節(jié)閥兩端壓差，單位為（Pa）。根據(jù)計(jì)算出的C值選擇調(diào)節(jié)閥使其流通能力大于且最接近計(jì)算值。
（4）調(diào)節(jié)閥的開度以及可調(diào)比的驗(yàn)算。根據(jù)所選調(diào)節(jié)閥的C值計(jì)算當(dāng)調(diào)節(jié)閥處于最小開度以及最大開度情況下其可調(diào)比是否滿足要求，根據(jù)計(jì)算出的可調(diào)比求出最大流量和最小流量與調(diào)節(jié)閥在最小開度及最大開度下的流量進(jìn)行比較，反復(fù)驗(yàn)算，直至合格為止。
四、調(diào)節(jié)閥選型實(shí)例
某寫字樓共十二層,建筑面積約為11000平米,層高3.6米,采用一臺約克螺桿冷水機(jī)組,制冷量為1122KW。
（1）壓差的確定
經(jīng)水力計(jì)算,系統(tǒng)在最小負(fù)荷（旁通管處于最大負(fù)荷）情況下總阻力損失H約為235KPa在系統(tǒng)冷凍水供回水主干管處設(shè)置壓差旁通控制裝置,旁通管處冷源側(cè)水管道阻力損失為80KPa,末端最不利環(huán)路阻力損失為155 KPa。
（2）通調(diào)節(jié)閥水量計(jì)算：
經(jīng)過計(jì)算知，該空調(diào)系統(tǒng)在其最小支路循環(huán)時，其負(fù)荷為最小負(fù)荷，約為總負(fù)荷的35％，利用公式（1） G=(Q-Qmin)*3.6/CP*⊿T，算得所需旁通得最大流量為125.4m3/h,再由最不利環(huán)路壓差155 KPa。
（3）流通能力的計(jì)算
根據(jù)公式（2）C=316G*(⊿P/ρ)-1/2 算得C=100.6
（4）調(diào)節(jié)閥選型
下表為上海恒星泵閥制造有限公司的ZDLN型電子式電動直通雙座調(diào)節(jié)閥的技術(shù)參數(shù)表，由公式（2）算得C=100.6,該調(diào)節(jié)閥的固有流量特性為直線型和等百分比特性，按照等百分比特性選擇最接近的C值，得到管徑為DN80,C值為110，符合選型要求。
公稱通徑DN(mm) | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 | 200 | 250 | 300 | 400 | |
額定流量系數(shù) | 直線 | 12.1 | 19.4 | 30.3 | 48.3 | 75.9 | 121 | 193.6 | 302.5 | 484 | 759 | 1210 | 1936 | 2920 |
等百分比 | 11 | 17.6 | 27.5 | 44 | 69.3 | 110 | 176 | 275 | 440 | 693 | 1100 | 1760 | 2700 | |
額定行程L(mm) | 16 | 25 | 40 | 60 | 120 | |||||||||
公稱壓力PN（MPa) | 1.6、4.0、6.4 | |||||||||||||
固有流量特性 | 直線、等百分比 | |||||||||||||
固有可調(diào)比R | 50：1 | |||||||||||||
信號范圍（mA.DC) | 0～10、4～20 | |||||||||||||
電源電壓 | 220V、50Hz | |||||||||||||
作用方式 | 故障時：全開、全閉、自鎖位 | |||||||||||||
允許泄漏（1/h) | 10-3×閥額定容量 | |||||||||||||
工作溫度 | 常溫型 | -20～200、-40～250、-60～250 | ||||||||||||
散熱型 | -40～450、-60～450 | |||||||||||||
高溫型 | 450～650 | |||||||||||||
低溫型 | -60～-100、-100～-200、-200～250 | |||||||||||||
（5）調(diào)節(jié)閥的開度及可調(diào)比驗(yàn)算
旁通管段總長為6m,查上表當(dāng)C=110時，由公式(4) ⊿P=ρ(316G/C)2 得到⊿P＝129.8 KPa,當(dāng)旁通管道采用與調(diào)節(jié)閥相同的管徑時，當(dāng)旁通管道最大水量為125.4m3/h，經(jīng)過水力計(jì)算，總沿程損失為42.8 KPa,總局部損失為23 KPa，調(diào)節(jié)閥兩端壓差為129.8－42.8－23=64KPa<129.8 KPa,閥門能力PV=64/129.8=0.49,這時調(diào)節(jié)閥的流量特征曲線為等百分比特性，此時處理的實(shí)際最大旁通水量為88.1m3/h<125.4m3/h,其流量只有系統(tǒng)要求的最大旁通流量的70%，由公式(2)可以求得實(shí)際可調(diào)比Rs=7,即實(shí)際最小流量為88.1/7=12.6m3/h，最大流量與最小流量顯然均不能滿足實(shí)際要求，所以旁通管的管徑選擇DN80不合適。
按照上述計(jì)算方法，繼續(xù)試算，當(dāng)選用DN125的旁通管時，計(jì)算得調(diào)節(jié)閥兩端壓差為123.2 KPa，PV=0.95，此時處理的最大旁通水量為122.1m3/h,相對開度為90％，相對流量為97.3%，由公式（2）可以求得實(shí)際可調(diào)比Rs=9.7，即最小旁通水量為122.1/9.7=12.6 m3/h與調(diào)節(jié)閥工作在10％的開度下的流量12.21 m3/h相比已非常接近。此時調(diào)節(jié)閥的流量特性已接近理想流量特性曲線，已能滿足系統(tǒng)需要。
五、結(jié)論
通過以上分析，可以得出如下結(jié)論：
（1）調(diào)節(jié)閥流通能力C的確定是選擇調(diào)節(jié)閥至關(guān)重要的一步，只有流通能力C計(jì)算正確，調(diào)節(jié)閥才有可能滿足工藝要求。
（2）調(diào)節(jié)閥的閥門能力PV也是選擇調(diào)節(jié)閥的重要指標(biāo)之一，原則上要盡可能選擇大的Pv值。
（3）調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)比Rs是決定調(diào)節(jié)閥能否滿足工藝要求的參數(shù)之一。實(shí)際可調(diào)比往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理想可調(diào)比，但是在選擇調(diào)節(jié)閥時要盡可能使實(shí)際可調(diào)比接近最大值。
（4）調(diào)節(jié)閥所能通過的最大流量與最小流量是選擇計(jì)算的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這兩個數(shù)值應(yīng)該由實(shí)際可調(diào)比與工藝要求共同決定。
（5）通過工程實(shí)例可以看出旁通管的管徑的計(jì)算也很重要，如果未經(jīng)計(jì)算就選擇與調(diào)節(jié)閥相同的口徑則無法滿足工藝要求。
通過以上5點(diǎn)可以看出壓差調(diào)節(jié)閥在空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制中占有比較重要的地位，只有經(jīng)過仔細(xì)計(jì)算，才能使所選擇的壓差調(diào)節(jié)閥滿足工藝要求。
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