1 引言

    目前，暖通空調(diào)系統(tǒng)中，不僅用戶要求能夠自主調(diào)節(jié)室溫，而且系統(tǒng)趨向變流量運(yùn)行，但實際運(yùn)行調(diào)節(jié)中出現(xiàn)了許多問題。如有時通過調(diào)節(jié)閥門，很難準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)流量及末端設(shè)備散熱量。為此，需采用調(diào)節(jié)閥，本文對兩通調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性進(jìn)行分析。

    2 兩通調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性

    2.1 工作原理

    調(diào)節(jié)閥是一個局部阻力可以變化的節(jié)流元件。對于不可壓縮流體，可根據(jù)能量守恒原理，導(dǎo)出調(diào)節(jié)閥的流量方程^[1，2]：

       （1）

    或： p₁-p₂=Sq²     （2）

    式中：q— 流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量；
    A— 流通面積：
    ξ— 調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)；
    p₁，p₂— 調(diào)節(jié)閥進(jìn)出口壓力；
    ρ— 流體密度；
    S— 調(diào)節(jié)閥的阻力數(shù)。

    對于同一種流體，流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量與調(diào)節(jié)閥的ξ有關(guān)，而ξ的變化是通過閥芯行程的改變來實現(xiàn)的。也就是說改變閥門開度，也就改變了ξ，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。開度越大，ξ越小，通過的流量越大。

    2.2 兩通調(diào)節(jié)閥的理論調(diào)節(jié)特性

    兩通調(diào)節(jié)閥的理論調(diào)節(jié)特性（流量特性）是指在固定調(diào)節(jié)閥前后壓差的情況下，流體流過調(diào)節(jié)閥的相對流量與調(diào)節(jié)閥的相對開度之間的關(guān)系，即

       （3）

    式中：q/q_max— 相對流量，即調(diào)節(jié)閥在某一開度的流量與zui大流量之比；
    l/l_max— 相對開度，即調(diào)節(jié)閥某一開度下的行程與全開時行程之比。

    兩通調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性分為直線特性、等百分比特性、拋物線特性和快開特性。

    但在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥通常與管道、末端設(shè)備及附件串聯(lián)在一起，組成末端環(huán)路（見圖1）。

    調(diào)節(jié)閥前后的壓差不能保持恒定。因此調(diào)節(jié)特性就會發(fā)生扭曲。為了表示調(diào)節(jié)特性扭曲的程度，引入理論閥權(quán)度的概念，即調(diào)節(jié)閥全開時消耗的壓力降△p_min與調(diào)節(jié)閥關(guān)閉時消耗的壓差之比。

    △p_min等于資用壓頭減去末端設(shè)備、管道及附件消耗的壓力降。當(dāng)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉時，流量為零，調(diào)節(jié)閥消耗壓力降等于末端環(huán)路資用壓頭△p_max。理論閥權(quán)度β可用式（4）表示：

       （4）

    式中：△p_min— 資用壓頭減去末端設(shè)備、管道及附件消耗的壓力降，MPa；
    △p_max— 末端環(huán)路資用壓頭，MPa；
    S_v，S_t，S_p— 調(diào)節(jié)閥全開時，控制閥、末端設(shè)備和附件、管路的阻力數(shù)。

    由此可見，理論閥權(quán)度β是由末端環(huán)路各部件的阻力特性決定的。對不同β的值，調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)特性的扭曲程度也就不同。圖2為直線特性和等百分比調(diào)節(jié)特性在不同β情況下的扭曲程度。

    以直線特性調(diào)節(jié)閥為例，當(dāng)閥權(quán)度小于0.1時，調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)特性變得很差。當(dāng)相對開度為10%時，環(huán)路流量接近zui大流量的30%。在這種情況下，很難保證穩(wěn)定的調(diào)節(jié)。

    可以看出，閥權(quán)度大于0.5是可以接受的。此時調(diào)節(jié)特性的扭曲程度不大，即當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開時的阻力數(shù)至少應(yīng)為環(huán)路阻力數(shù)的一半。

    2.3 兩通調(diào)節(jié)閥的實際調(diào)節(jié)特性

    以上對調(diào)節(jié)特性的分析，都是以zui大流量為基準(zhǔn)的，但通常以設(shè)計流量為基準(zhǔn)，來分析調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性。由于以下原因，設(shè)計流量往往不等于系統(tǒng)的zui大流量。

    （1）設(shè)備選型過大

    調(diào)節(jié)閥設(shè)計選型過程中，要對流量和壓力進(jìn)行理論計算。因只有標(biāo)準(zhǔn)型號的調(diào)節(jié)閥，有時很難找到在設(shè)計壓力降下能夠達(dá)到設(shè)計流量下的調(diào)節(jié)閥。

    （2）資用壓頭變化

    由于變流量運(yùn)行，系統(tǒng)集中調(diào)節(jié)和用戶局部調(diào)節(jié)都會使末端環(huán)路的資用壓頭發(fā)生變化，導(dǎo)致末端設(shè)備流量發(fā)生變化。

    因此，引入實際閥權(quán)度β′的概念來分析兩通閥的實際調(diào)節(jié)特性。實際閥權(quán)度β′指在設(shè)計流量下，調(diào)節(jié)閥全開時消耗的壓力降與調(diào)節(jié)閥關(guān)閉時消耗壓力降之比，其計算見式（5）：

       （5）

    式中：q_d— 設(shè)計流量，m³/s；
    q_max— 末端環(huán)路zui大流量，m³/s；
    M_o— 過流系數(shù)。

    理論閥權(quán)度β和實際閥權(quán)度β’之間的關(guān)系可以用式（6）來表示

    β=β′M_o²   （6）

    當(dāng)zui大流量等于設(shè)計流量時，β等于β′。等百分比特性兩通調(diào)節(jié)閥的實際調(diào)節(jié)特性見圖3。

    3平衡閥對兩通閥調(diào)節(jié)特性的影響

    由于設(shè)備選型的原因，很難避免系統(tǒng)過流。為了使系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計流量，通常采用平衡閥來限制流量。圖4為平衡閥對兩通閥的調(diào)節(jié)特性的影響。若沒有平衡閥，兩通閥相對開度100%時，過流達(dá)22%。通過安裝平衡閥可以在設(shè)計工況下使末端流量達(dá)到設(shè)計值，而且能夠改善兩通閥的調(diào)節(jié)特性。此外，平衡閥還可以起到診斷和關(guān)斷的作用。

    4 結(jié)語

    （1）當(dāng)兩通調(diào)節(jié)閥與末端設(shè)備、管道和附件串聯(lián)時，其理論調(diào)節(jié)特性會發(fā)生扭曲，扭曲程度用理論閥權(quán)度表示。閥權(quán)度大于0.5時，扭曲程度不大。
    （2）在實際供暖空調(diào)系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)特性是以設(shè)計流量為基準(zhǔn)的。此時，由于設(shè)備選型過大、系統(tǒng)變流量運(yùn)行等原因，導(dǎo)致兩通調(diào)節(jié)閥的實際調(diào)節(jié)特性也發(fā)生扭曲，扭曲程度用實際閥權(quán)度表示。為達(dá)到設(shè)計流量和穩(wěn)定調(diào)節(jié)，可以采用平衡閥對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。