空调冷冻水系统压差调节阀的选择计算

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摘要： 本文就空调冷冻水系统中压差调节阀的重要性及其调节原理进行了分析，并对其选型计算进行了详细阐述，得出一些结论和选择计算时应注意的问题。
关键词： 冷冻水 压差控制器 旁通调节阀
. M2 m$ c7 l5 v* T* N前言
　　为保证空调冷冻水系统中冷水机组的流量基本恒定；冷冻水泵运行工况稳定，一般采用的方法是：负荷侧设计为变流量，控制末端设备的水流量，即采用电动二通阀作为末端设备的调节装置以控制流入末端设备的冷冻水流量。在冷源侧设置压差旁通控制装置以保证冷源部分冷冻水流量保持恒定，但是在实际工程中，由于设计人员往往忽视了调节阀选择计算的重要性，在设计过程中，一般只是简单的在冷水机组与用户侧设置了旁通管，其旁通管管径的确定以及旁通调节阀的选择未经详细计算，这样做在实际运行中冷水机组流量的稳定性往往与设计有较大差距，旁通装置一般无法达到预期的效果，为将来的运行管理带来了不必要的麻烦，本文就压差调节阀的选择计算方法并结合实际工程作一简要分析。
4 ]# H7 _0 m. W. v/ S- l一、压差调节装置的工作原理
　　压差调节装置由压差控制器、电动执行机构、调节阀、测压管以及旁通管道等组成，其工作原理是压差控制器通过测压管对空调系统的供回水管的压差进行检测，根据其结果与设定压差值的比较，输出控制信号由电动执行机构通过控制阀杆的行程或转角改变调节阀的开度，从而控制供水管与回水管之间旁通管道的冷冻水流量，最终保证系统的压差恒定在设定的压差值。当系统运行压差高于设定压差时，压差控制器输出信号，使电动调节阀打开或开度加大，旁通管路水量增加，使系统压差趋于设定值；当系统压差低于设定压差时，电动调节阀开度减小，旁通流量减小，使系统压差维持在设定值。
; {  j  w1 Y: n8 T" ]' _3 D* r二、选择调节阀应考虑的因素
0 ~% q" n+ q" w3 c6 b& Y: p　　调节阀的口径是选择计算时最重要的因素之一，调节阀选型如果太小，在最大负荷时可能不能提供足够的流量，如果太大又可能经常处于小开度状态，调节阀的开启度过小会导致阀塞的频繁振荡和过渡磨损，并且系统不稳定而且增加了工程造价。
　　通过计算得到的调节阀应在10％－90％的开启度区间进行调节,同时还应避免使用低于10％。
　　另外，安装调节阀时还要考虑其阀门能力PV(即调节阀全开时阀门上的压差占管段总压差的比例)，从调节阀压降情况来分析，选择调节阀时必须结合调节阀的前后配管情况，当PV值小于0.3时，线性流量特性的调节阀的流量特性曲线会严重偏离理想流量特性，近似快开特性，不适宜阀门的调节。
三、调节阀的选择计算
' }% e, ?* m! k9 b& N! g　　调节阀的尺寸由其流通能力所决定，流通能力是指当调节阀全开时，阀两端压力降为105Pa,流体密度为1g/cm3时，每小时流经调节阀的流体的立方米数。进口调节阀流通能力的表示方式通常有cv和kv两种，其中kv=c,而cv是指当调节阀全开时，流通60oF的清水，阀两端压力降为1b/in2时每分钟流过阀门的流量，cv=1.167kv。
0 C' O# c" M( v- z　　压差旁通调节装置示意图如下:

　　（1）确定调节阀压差值（⊿P）
8 W! u4 K6 Y$ E. R7 D4 `　　如上图所示,作用在调节阀上的压差值就是E和F之间的压差值,由于C-D旁通管路与经过末端用户的D-U-C管路的阻力相当,所以E-F之间的压差值应等于D-U-C管路压差(指末端用户最不利环路压差)减去C-E管段和F-D管段的压差值。
# m  r: v' D9 K4 s/ r' j　　（2）计算调节阀需要旁通的最大和最小流量
　　对于单机组空调机系统,根据末端用户实际使用的最低负荷就可以确定最小负荷所需的流量,从而确定最大旁通流量,其公式为:
　　G=(Q-Qmin)*3.6/CP*⊿T (1)
　　公式中,G为流量单位为（m3/h），Q为冷水机组的制冷量(KW),Qmin空调系统最小负荷(KW), CP为水的比热, CP=4.187kJ/kg.oC,⊿T为冷冻水供回水温差,一般为5 oC
　　根据实际可调比 RS＝10（PV）1/2 (2)
# N3 }( Q( j8 D" c! T1 P　　即可算出调节阀的旁通最小流量
7 l7 W6 i, \4 t6 e9 e　　（3）计算压差调节阀所需的流通能力C
　　C=316G*(⊿P/ρ)-1/2 (3)
　　公式中, ρ为密度,单位为（g/cm3）,G为流量，单位为（m3/h）,⊿P为调节阀两端压差，单位为（Pa）。根据计算出的C值选择调节阀使其流通能力大于且最接近计算值。
- t  k' ]0 _6 y3 r　　（4）调节阀的开度以及可调比的验算。根据所选调节阀的C值计算当调节阀处于最小开度以及最大开度情况下其可调比是否满足要求，根据计算出的可调比求出最大流量和最小流量与调节阀在最小开度及最大开度下的流量进行比较，反复验算，直至合格为止。
四、调节阀选型实例
! M0 R% _1 o# s  t　　某写字楼共十二层,建筑面积约为11000平米,层高3.6米,采用一台约克螺杆冷水机组,制冷量为1122KW。
　　（1）压差的确定
　　经水力计算,系统在最小负荷（旁通管处于最大负荷）情况下总阻力损失H约为235KPa在系统冷冻水供回水主干管处设置压差旁通控制装置,旁通管处冷源侧水管道阻力损失为80KPa,末端最不利环路阻力损失为155 KPa。
* X2 G5 V' v' b! J: z　　（2）通调节阀水量计算：
: ?8 `7 Q% T! E9 a; t1 V8 ]　　经过计算知，该空调系统在其最小支路循环时，其负荷为最小负荷，约为总负荷的35％，利用公式（1） G=(Q-Qmin)*3.6/CP*⊿T，算得所需旁通得最大流量为125.4m3/h,再由最不利环路压差155 KPa。
, p! {& q( g! S* \4 d3 e　　（3）流通能力的计算
　　根据公式（2）C=316G*(⊿P/ρ)-1/2 算得C=100.6
　　（4）调节阀选型
　　下表为上海恒星泵阀制造有限公司的ZDLN型电子式电动直通双座调节阀的技术参数表，由公式（2）算得C=100.6,该调节阀的固有流量特性为直线型和等百分比特性，按照等百分比特性选择最接近的C值，得到管径为DN80,C值为110，符合选型要求。
* j8 @2 c$ u+ p2 ]9 o; H0 Q% R4 x2 Y　公称通径DN(mm)    25    32    40    50    65    80    100    125    150    200    250    300    400
: b+ _& J1 V2 `7 v9 S, k　额定流量系数
　Kv     直线    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
　额定行程L(mm)    16    25    40    60    120
. p3 i5 R) A1 U( T' @* T　公称压力PN（MPa)    1.6、4.0、6.4
/ l1 l" I% [: ~9 v" E　固有流量特性    直线、等百分比
4 p& F' J& h0 T6 S" M+ d) A% ?　固有可调比R　    50：1
　信号范围（mA.DC)    0～10、4～20
+ ~2 F, p3 k, L: L6 ~- j- e　电源电压    220V、50Hz
　作用方式    故障时：全开、全闭、自锁位
　允许泄漏（1/h)    10-3×阀额定容量
工作温度
t( ℃)    常温型    -20～200、-40～250、-60～250
    散热型    -40～450、-60～450
    高温型    450～650
' R: c; p8 _  E: p( O+ F    低温型    -60～-100、-100～-200、-200～250
（5）调节阀的开度及可调比验算
+ P: i! k3 \" f+ d% S　　旁通管段总长为6m,查上表当C=110时，由公式(4) ⊿P=ρ(316G/C)2 得到⊿P＝129.8 KPa,当旁通管道采用与调节阀相同的管径时，当旁通管道最大水量为125.4m3/h，经过水力计算，总沿程损失为42.8 KPa,总局部损失为23 KPa，调节阀两端压差为129.8－42.8－23=64KPa<129.8 KPa,阀门能力PV=64/129.8=0.49,这时调节阀的流量特征曲线为等百分比特性，此时处理的实际最大旁通水量为88.1m3/h<125.4m3/h,其流量只有系统要求的最大旁通流量的70%，由公式(2)可以求得实际可调比Rs=7,即实际最小流量为88.1/7=12.6m3/h，最大流量与最小流量显然均不能满足实际要求，所以旁通管的管径选择DN80不合适。
　　按照上述计算方法，继续试算，当选用DN125的旁通管时，计算得调节阀两端压差为123.2 KPa，PV=0.95，此时处理的最大旁通水量为122.1m3/h,相对开度为90％，相对流量为97.3%，由公式（2）可以求得实际可调比Rs=9.7，即最小旁通水量为122.1/9.7=12.6 m3/h与调节阀工作在10％的开度下的流量12.21 m3/h相比已非常接近。此时调节阀的流量特性已接近理想流量特性曲线，已能满足系统需要。
. B' E; |4 L1 H! z' r五、结论
　　通过以上分析，可以得出如下结论：
　　（1）调节阀流通能力C的确定是选择调节阀至关重要的一步，只有流通能力C计算正确，调节阀才有可能满足工艺要求。
# f; a6 y2 L/ ?  m* x2 e. d　　（2）调节阀的阀门能力PV也是选择调节阀的重要指标之一，原则上要尽可能选择大的Pv值。
/ T* S" E: S) {7 Z7 X, Y　　（3）调节阀的实际可调比Rs是决定调节阀能否满足工艺要求的参数之一。实际可调比往往远远小于理想可调比，但是在选择调节阀时要尽可能使实际可调比接近最大值。
　　（4）调节阀所能通过的最大流量与最小流量是选择计算的关键环节，这两个数值应该由实际可调比与工艺要求共同决定。
- ]3 l8 V9 }; ?/ K! {　　（5）通过工程实例可以看出旁通管的管径的计算也很重要，如果未经计算就选择与调节阀相同的口径则无法满足工艺要求。
# X! W4 b4 b! H3 {& G: d4 u　　通过以上5点可以看出压差调节阀在空调冷冻水系统的调节控制中占有比较重要的地位，只有经过仔细计算，才能使所选择的压差调节阀满足工艺要求。