1 引言

    目前，集中空調(diào)系統(tǒng)中多采用變流量系統(tǒng)，以減少輸送泵的能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。在變流量系統(tǒng)中主要通過(guò)調(diào)節(jié)二通閥閥門開度的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)流量的調(diào)節(jié)，從而二通閥的選擇是變流量系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。目前，在設(shè)計(jì)過(guò)程中人們通常按二通閥的理想流量特性來(lái)選取二通閥，但實(shí)際使用過(guò)程中由于二通閥與表冷器等阻力構(gòu)件串聯(lián)后其流量特性將發(fā)生較大的變化。這在設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)常被忽略，從而造成閥門選擇不當(dāng)，導(dǎo)致局部用戶水量調(diào)節(jié)不靈的現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)水力失調(diào)。

    本文在分析二通閥的理想流量特性的基礎(chǔ)上，分析與表冷器串聯(lián)的二通閥的實(shí)際工作流量特性以及可調(diào)比變化規(guī)律。分析結(jié)果表明：變流量系統(tǒng)的用戶調(diào)節(jié)閥應(yīng)選用等百分比調(diào)節(jié)閥，并提出了在設(shè)計(jì)過(guò)程中閥權(quán)的選取范圍。

    2 二通閥的特性參數(shù)

    在變流量系統(tǒng)中，隨著室內(nèi)負(fù)荷的改變，通過(guò)恒溫控制器調(diào)節(jié)二通閥的開度來(lái)調(diào)節(jié)流過(guò)風(fēng)機(jī)盤管的水流量，以滿足室內(nèi)溫度的要求，故調(diào)節(jié)閥的選擇是變流量系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵。二通閥是依據(jù)調(diào)節(jié)閥的工作特性和可調(diào)比等參數(shù)來(lái)選取。

    二通調(diào)節(jié)閥的特性是指調(diào)節(jié)閥的流量特性和阻力特性。前者反映調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)性能，后者則表示調(diào)節(jié)閥的流通能力。調(diào)節(jié)閥的流量特性是指流過(guò)閥門的調(diào)節(jié)介質(zhì)的相對(duì)流量與閥桿的相對(duì)行程之間的關(guān)系，即：

    G/G_max=f（l/l_max）     （1）

    對(duì)于二通調(diào)節(jié)閥。改變調(diào)節(jié)閥的閥芯與閥座之間的節(jié)流面積，便可調(diào)節(jié)流量。但實(shí)際上由于各種因素的影響，在節(jié)流調(diào)節(jié)面積變化的同時(shí)，還會(huì)發(fā)生閥前后壓差的變化，而壓差的變化會(huì)引起流量的變化。為了分析方便，先研究閥前后的壓差固定不變的理想情況，然后再研究閥前后壓差變化情況。因而，流量特性分為理想流量特性和工作流量特性。搞清二通調(diào)節(jié)閥的工作原理和工作特性，是系統(tǒng)控制所必須的。

    調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比定義為調(diào)節(jié)閥的流量與*小流量的比值，用R表示，可調(diào)比R=G_max/G_min。二通閥的可調(diào)比說(shuō)明其工作能力和工作相對(duì)范圍。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可調(diào)比也是選擇二通閥的重要參數(shù)。由于實(shí)際工作過(guò)程中，流量特性的變化使得可調(diào)比也與理想狀況下的可調(diào)比有所差別。

    3 二通調(diào)節(jié)閥的理想流量特性

    對(duì)于二通調(diào)節(jié)閥，其理想流量特性是指在閥前后的壓差固定不變的理想情況，流過(guò)閥門的調(diào)節(jié)介質(zhì)的相對(duì)流量與閥桿的相對(duì)行程（即閥門的相對(duì)開度）之間的關(guān)系。為研究方便采用無(wú)因次流量G/G_max來(lái)表示二通調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量。對(duì)調(diào)節(jié)閥而言，其水力特性遵循：

    ΔP=SG²     （2）

    式中：ΔP為閥前后的壓差；G為通過(guò)調(diào)節(jié)閥的流量；S為調(diào)節(jié)閥的阻力特性系數(shù)。

    按照理想流*特性的定義，就是上式中保持ΔP固定不變，只研究閥的阻力特性系數(shù)S（或閥的開度1）與流量之間的單一關(guān)系。因阻力系數(shù)S完全決定于閥的本身的結(jié)構(gòu)，而與調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)中的水力特性無(wú)關(guān)。因此，理想流量特性是調(diào)節(jié)閥自身的固有特性，它直接反映了調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性，與使用的系統(tǒng)無(wú)關(guān)。

    按照理想流量特性的不同，調(diào)節(jié)閥大體可分為三類：線性流量特性，等百分比流量特性和快開流量特性，具體各閥門流量變化規(guī)律見圖1。圖2為不同可調(diào)比的等百分比調(diào)節(jié)閥流量特性。

    從上圖分析可以知道，具有等百分比流量特性的二通調(diào)節(jié)閥*有可能彌補(bǔ)表冷器的非線性流量特性，使得：

        （3）

    4 二通閥實(shí)際工作流量特性模型

    4.1 概念

    二通調(diào)節(jié)閥的理想流量特性是在調(diào)節(jié)閥前后壓差固定不變的情況下得到的。但在實(shí)際使用過(guò)程中，調(diào)節(jié)閥是安裝在具有阻力的管道上，在實(shí)際調(diào)節(jié)過(guò)程中閥門前后的壓差是變化的。因此，在實(shí)際系統(tǒng)中，閥門雖在同一開度下，通過(guò)調(diào)節(jié)閥的流量將與理想特性時(shí)所對(duì)應(yīng)的流量不同。因而，有必要研究工作條件下的調(diào)節(jié)閥的流量特性。所謂調(diào)節(jié)閥的工作流量特性是指調(diào)節(jié)閥裝在空調(diào)系統(tǒng)的某一用戶支路上，在實(shí)際工作時(shí)閥前后壓差隨工況而變化條件下，無(wú)因次流量與相對(duì)開度之間的關(guān)系。

    4.2 物理數(shù)學(xué)模型

    在變流量系統(tǒng)中，作為調(diào)節(jié)流量的執(zhí)行構(gòu)件，二通閥通常和風(fēng)機(jī)盤管串聯(lián)工作，見圖3。由于二通閥串聯(lián)的用戶側(cè)風(fēng)機(jī)盤管和管道存在一定的阻力，阻力損失與通過(guò)風(fēng)機(jī)盤管和管道的流量成平方關(guān)系。當(dāng)系統(tǒng)兩端的總壓差ΔP一定時(shí)，隨著流量的改變，風(fēng)機(jī)盤管和管道的壓降ΔP₂也改變，致使二通閥的壓降ΔP₁也隨之改變，從而引起二通閥流量特性的變化。

    對(duì)于二通閥，其自身流量特性：

        （4）

    式中：ΔP₁為調(diào)節(jié)閥的前后壓差；C為二通閥的流通能力；ρ為流通介質(zhì)的密度。

    從上述關(guān)系可見，二通閥的流量特性僅與其自身結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)介質(zhì)、閥門開度、前后壓差有關(guān)。一旦閥門和調(diào)節(jié)介質(zhì)確定，二通閥的流量特性就僅與前后壓差有關(guān)。當(dāng)調(diào)節(jié)閥的前后壓差ΔP₁恒定時(shí)，

    G/G_max=C/C_qk     （5）

    式中：G_max為流過(guò)調(diào)節(jié)閥的流量；C_qk為調(diào)節(jié)閥全開時(shí)的流通能力。

    對(duì)于等百分比流量特性的二通閥，理想流量特性時(shí)，由式（3）推導(dǎo)出：

        （6）

    由式（3）、（4）、（5）聯(lián)合可得：

        （7）

    將風(fēng)機(jī)盤管和管道視為一個(gè)構(gòu)件，定義：

        （8）

    式中，C_qμ為風(fēng)機(jī)盤管和管道的總流量系數(shù)；ΔP₂為風(fēng)機(jī)盤管和管道上的總壓降。

    串聯(lián)支路上流過(guò)各個(gè)構(gòu)件的流量相等，從而得出：

        （9）

    又

    ΔP=ΔP₁+ΔP₂     （10）

    聯(lián)合式（8）和式（9）得出：

        （11）

    式中：

    表示調(diào)節(jié)閥全開時(shí)閥上的壓差與系統(tǒng)總壓差的比值，即定義為調(diào)節(jié)閥在某一支路的閥權(quán)度。

    當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開時(shí)，即l/l_max=1，可知：

    ΔP_1min=P_vΔP     （12）

    又

        （13）

    由式（10）、（11）和（12）聯(lián)合可得：

        （14）

    4.3 二通閥實(shí)際可調(diào)比的計(jì)算

    在上述推導(dǎo)中，總是認(rèn)為可調(diào)比R恒定；而在實(shí)際工作時(shí)，由于調(diào)節(jié)閥的壓差隨風(fēng)機(jī)盤管和管道阻力改變而改變，調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比R也將發(fā)生變化。

    理想流量特性時(shí)，

    R=G_max/G_min=C_max/C_min；

    實(shí)際工作時(shí)，

    式中：ΔP_1min－－調(diào)節(jié)閥全開時(shí)的壓差，顯然ΔP_1min=ΔP_1m；ΔP_1max－－調(diào)節(jié)閥全關(guān)時(shí)的壓差，近似等于ΔP；R_s－－實(shí)際可調(diào)比。

        （15）

    5 二通閥工作流量特性分析

    5.1 實(shí)際工作流量表達(dá)式

    在二通閥實(shí)際工作過(guò)程中，由于壓差的不斷變化，也將引起閥門可調(diào)比的下降。從而，實(shí)際工作時(shí)調(diào)節(jié)閥的流量特性要考慮可調(diào)比變化影響因素。實(shí)際工作時(shí)調(diào)節(jié)閥的流量特性：

        （16）

    從上式可知，在某一特定支路，也就是說(shuō)在已知調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比R和閥門在該支路的閥權(quán)度的情況下，閥門無(wú)因次流量是相對(duì)開度的單值函數(shù)。

    5.2 二通閥在不同閥權(quán)度支路的工作特性

    對(duì)于同一二通閥其理想可調(diào)比是閥門本身固有的特性，不隨系統(tǒng)或支路特性而變化。在實(shí)際使用中大多采用理想可調(diào)比R=30的閥門。由于閥權(quán)度的差別其在不同支路流量特性也將有很大差別。不同閥權(quán)度情況下的相對(duì)流量與閥門相對(duì)開度的曲線關(guān)系如圖4。

    由圖4可見，隨著閥權(quán)度的增大，實(shí)際工作流量特性越接近與二通閥的理想流量特性。當(dāng)閥權(quán)度大于0.3時(shí)，實(shí)際工作流量特性曲線的走向趨勢(shì)和理想流量特性基本相同。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用二通閥時(shí)要使每個(gè)支路的二通閥的閥權(quán)度至少大于0.3以上，才能達(dá)到理想流量特性調(diào)節(jié)效果。

    5.3 理想可調(diào)比對(duì)二通閥流量特性影響

    二通閥的理想可調(diào)比是其本身的特性，表明二通閥的調(diào)節(jié)流量的能力，與系統(tǒng)特性無(wú)關(guān)。不同的可調(diào)比說(shuō)明是不同型號(hào)的二通閥。對(duì)于某一支路，當(dāng)二通閥閥權(quán)度P_v=0.6時(shí)，使用不同可調(diào)比的二通閥，其支路流量特性如圖5。由圖5可知，可調(diào)比對(duì)流量特性的影響不大，建議一般系統(tǒng)采用可調(diào)比為30的二通閥，就有較好的調(diào)節(jié)特性。

    6 結(jié)論

    （1）二通閥的理想流量特性與實(shí)際的二通閥工作流量特性有很大的差別，引起較大差別的主要因素是二通閥在支路中的閥權(quán)度。
    （2）當(dāng)閥權(quán)度大于0.3時(shí)，實(shí)際工作流量特性曲線的走向趨勢(shì)和理想流量特性基本相同。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)選用的二通閥時(shí)要使每個(gè)支路的二通閥的閥權(quán)度至少大于0.3以上，建議閥權(quán)度取0.5左右。
    （3）二通閥的理想可調(diào)比對(duì)其流量特性的影響不大，建議一般系統(tǒng)采用可調(diào)比為30的二通閥。

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動(dòng)化儀表有限公司