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關于壓差調節閥在空調冷凍水系統的計算與選型

  為了確保空調冷凍水系統中冷水機組的流量保持基本恒定;以及冷凍水泵運行工況的穩定,一般采用的方法是:負荷側設計為變流量,控制末端設備的水流量,即采用電動二通閥作為末端設備的調節裝置,以控制流入末端設備的冷凍水流量。在冷源側設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,但是在實際工程中,由于設計人員往往忽視了調節閥選擇計算的重要性,在設計過程中,一般只是簡單的在冷水機組與用戶側設置了旁通管,其旁通管管徑的確定以及旁通調節閥的選擇未經詳細計算,這樣做在實際運行中冷水機組流量的穩定性往往與設計有較大差距,旁通裝置一般無法達到預期的效果,為將來的運行管理帶來了不必要的麻煩,本文就壓差調節閥的選擇計算方法并結合實際工程作一簡要分析。

一、壓差調節裝置的工作原理
  壓差調節裝置由壓差控制器、電動執行機構、調節閥、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系統的供回水管的壓差進行檢測,根據其結果與設定壓差值的比較,輸出控制信號由電動執行機構通過控制閥桿的行程或轉角改變調節閥的開度,從而控制供水管與回水管之間旁通管道的冷凍水流量,最終保證系統的壓差恒定在設定的壓差值。當系統運行壓差高于設定壓差時,壓差控制器輸出信號,使電動調節閥打開或開度加大,旁通管路水量增加,使系統壓差趨于設定值;當系統壓差低于設定壓差時,電動調節閥開度減小,旁通流量減小,使系統壓差維持在設定值。

二、選擇調節閥應考慮的因素
  調節閥的口徑是選擇計算時最重要的因素之一,調節閥選型如果太小,在最大負荷時可能不能提供足夠的流量,如果太大又可能經常處于小開度狀態,調節閥的開啟度過小會導致閥塞的頻繁振蕩和過渡磨損,并且系統不穩定而且增加了工程造價。

  通過計算得到的調節閥應在10%-90%的開啟度區間進行調節,同時還應避免使用低于10%。

  另外,安裝調節閥時還要考慮其閥門能力PV(即調節閥全開時閥門上的壓差占管段總壓差的比例),從調節閥壓降情況來分析,選擇調節閥時必須結合調節閥的前后配管情況,當PV值小于0.3時,線性流量特性的調節閥的流量特性曲線會嚴重偏離理想流量特性,近似快開特性,不適宜閥門的調節。

三、調節閥的選擇計算
  調節閥的尺寸由其流通能力所決定,流通能力是指當調節閥全開時,閥兩端壓力降為105Pa,流體密度為1g/cm3時,每小時流經調節閥的流體的立方米數。進口調節閥流通能力的表示方式通常有cv和kv兩種,其中kv=c,而cv是指當調節閥全開時,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。

  壓差旁通調節裝置示意圖如下:

 

壓差調節閥安裝示意圖

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  (1)確定調節閥壓差值(⊿P)

  如上圖所示,作用在調節閥上的壓差值就是E和F之間的壓差值,由于C-D旁通管路與經過末端用戶的D-U-C管路的阻力相當,所以E-F之間的壓差值應等于D-U-C管路壓差(指末端用戶最不利環路壓差)減去C-E管段和F-D管段的壓差值。

  (2)計算調節閥需要旁通的最大和最小流量

  對于單機組空調機系統,根據末端用戶實際使用的最低負荷就可以確定最小負荷所需的流量,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為冷水機組的制冷量(KW),Qmin空調系統最小負荷(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

  根據實際可調比 RS=10(PV)1/2 (2)

  即可算出調節閥的旁通最小流量

  (3)計算壓差調節閥所需的流通能力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為調節閥兩端壓差,單位為(Pa)。根據計算出的C值選擇調節閥使其流通能力大于且最接近計算值。

  (4)調節閥的開度以及可調比的驗算。根據所選調節閥的C值計算當調節閥處于最小開度以及最大開度情況下其可調比是否滿足要求,根據計算出的可調比求出最大流量和最小流量與調節閥在最小開度及最大開度下的流量進行比較,反復驗算,直至合格為止。

四、調節閥選型實例
  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組,制冷量為1122KW。

  (1)壓差的確定

  經水力計算,系統在最小負荷(旁通管處于最大負荷)情況下總阻力損失H約為235KPa在系統冷凍水供回水主干管處設置壓差旁通控制裝置,旁通管處冷源側水管道阻力損失為80KPa,末端最不利環路阻力損失為155 KPa。

  (2)通調節閥水量計算:

  經過計算知,該空調系統在其最小支路循環時,其負荷為最小負荷,約為總負荷的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,再由最不利環路壓差155 KPa。

  (3)流通能力的計算

  根據公式(2)C=316G*(⊿P/ρ)-1/2 算得C=100.6

  (4)調節閥選型

  下表為ZDLN型電子式電動直通雙座調節閥的技術參數表,由公式(2)算得C=100.6,該調節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
 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
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)調節閥的開度及可調比驗算

  旁通管段總長為6m,查上表當C=110時,由公式(4) ⊿P=ρ(316G/C)2 得到⊿P=129.8 KPa,當旁通管道采用與調節閥相同的管徑時,當旁通管道最大水量為125.4m3/h,經過水力計算,總沿程損失為42.8 KPa,總局部損失為23 KPa,調節閥兩端壓差為129.8-42.8-23=64KPa<129.8 KPa,閥門能力PV=64/129.8=0.49,這時調節閥的流量特征曲線為等百分比特性,此時處理的實際最大旁通水量為88.1m3/h<125.4m3/h,其流量只有系統要求的最大旁通流量的70%,由公式(2)可以求得實際可調比Rs=7,即實際最小流量為88.1/7=12.6m3/h,最大流量與最小流量顯然均不能滿足實際要求,所以旁通管的管徑選擇DN80不合適。

  按照上述計算方法,繼續試算,當選用DN125的旁通管時,計算得調節閥兩端壓差為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)可以求得實際可調比Rs=9.7,即最小旁通水量為122.1/9.7=12.6 m3/h與調節閥工作在10%的開度下的流量12.21 m3/h相比已非常接近。此時調節閥的流量特性已接近理想流量特性曲線,已能滿足系統需要。

五、結論
  通過以上分析,可以得出如下結論:

  (1)調節閥流通能力C的確定是選擇調節閥至關重要的一步,只有流通能力C計算正確,調節閥才有可能滿足工藝要求。

  (2)調節閥的閥門能力PV也是選擇調節閥的重要指標之一,原則上要盡可能選擇大的Pv值。

  (3)調節閥的實際可調比Rs是決定調節閥能否滿足工藝要求的參數之一。實際可調比往往遠遠小于理想可調比,但是在選擇調節閥時要盡可能使實際可調比接近最大值。

  (4)調節閥所能通過的最大流量與最小流量是選擇計算的關鍵環節,這兩個數值應該由實際可調比與工藝要求共同決定。

  (5)通過工程實例可以看出旁通管的管徑的計算也很重要,如果未經計算就選擇與調節閥相同的口徑則無法滿足工藝要求。

  通過以上5點可以看出壓差調節閥在空調冷凍水系統的調節控制中占有比較重要的地位,只有經過仔細計算,才能使所選擇的壓差調節閥滿足工藝要求。

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