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關(guān)于壓差調(diào)節(jié)閥在空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的計(jì)算與選型

發(fā)布于:2019/10/18 8:57:55 點(diǎn)擊量:162

    為了確保空調(diào)冷凍水系統(tǒng)中冷水機(jī)組的流量保持基本恒定;以及冷凍水泵運(yùn)行工況的穩(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(shí),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(shí),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(shí)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(shí)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(jià)。

    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(shí)還應(yīng)避免使用低于10%。

    另外,安裝調(diào)節(jié)閥時(shí)還要考慮其閥門能力PV(即調(diào)節(jié)閥全開時(shí)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(shí)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(shí),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(shí),閥兩端壓力降為105Pa,流體密度為1g/cm3時(shí),每小時(shí)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(shí),流通60oF的清水,閥兩端壓力降為1b/in2時(shí)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。
 ?。?)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(shí),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。
 ?。?)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
 ?。?)調(diào)節(jié)閥選型
   下表為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)
 Kv

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(shí):全開、全閉、自鎖位

 允許泄漏(1/h)

10-3×閥額定容量

工作溫度
t( ℃)

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(shí),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(shí),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(shí)調(diào)節(jié)閥的流量特征曲線為等百分比特性,此時(shí)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(shí),計(jì)算得調(diào)節(jié)閥兩端壓差為123.2 KPa,PV=0.95,此時(shí)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(shí)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(shí)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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