电动调节阀的匹配

   电动两通阀和电动调节阀统称为电动阀，两通阀仅实现开关功能（D-数字量），其规格都是按照其所在管道规格确定，只是对关闭压力、泄漏量等有一定的要求，对阀权度、流通能力等不做要求。而电动调节阀不同，其主要是实现调节功能（A-模拟量），要实现有效的流量调节，除关闭压差、泄漏量等常规要求外，对阀权度和流通能力也有严格的要求，另外，选择什么样的阀门，和被控对象有着密切的关系。

一、调节阀的流量特性

       调节阀的流量特性是指在调节阀前后压差一定的情况下，相对流量与相对开度的关系，也称理想特性或者静态特性。根据阀门阀芯结构的不同，调节阀的理想流量分为直线特性、快开特性、等百分比特性和抛物线特性（见下图）。

上图曲线中（1）直线特性 （2）等百分比特性（3）快开特性 （4）抛物线特性，数学表达式如下，对应的计算公式可参考文后参考文献。

以上是调节阀的静态特性。调节阀的动态特性指的是其在前后压差随负荷变化的情况下，调节阀的相对开度与相对流量之间的关系。由于前后压差变化，其流量特性也会发生变化，常规都是趋于其静态特性变化（调节阀开度调小）。

二、换热器的热量输出与流量输入的关系

（1）水换热器

       在暖通空调系统时，像板式换热器、风机盘管等都是利用水为介质进行冷热量交换，我们常规称之为水换热器，其流量与热量输出的关系见下图。曲线的弯曲程度和换热器的换热效率有关系，即供回水的设计温差有关，一般温差越大，曲线弯曲程度越小。在低负荷时，能量的输出随着流量的变化改变很快，即流量稍微有一些变化，相应的能量就会有巨大波动，在高负荷区，流量的变化对于能量的输出就不那么敏感，这就要求，在部分负荷的时候调节阀要有足够的灵敏度，这样才能实现整个环境的温度做有效的控制。

（2）蒸汽换热器

       蒸汽换热器的流量与能量的输出关系见下图，其能量输出与流量输入是一个纯线性关系，流量增加多少，负荷就相应增加多少。在低负荷时流量增加10%增加到20%，负荷也从10%增加到20%，各自都是增加100%。在高负荷时，流量从80%增加到90%，负荷相应也行10%增加到90%，各自增加了约12.5%。即负荷增加量和流量增加量基本是1:1的线性关系。

三、调节阀的匹配

       自动控制就是通过调节阀、传感器等改变盘管的换热量，从而使得室内温度控制稳定。对于整个控制系统而言，调节阀时执行机构，即干活的。传感器作为情报系统，将温度、压力等通过变送器（翻译）传导至控制器，控制器作为决策机构将指令传达给执行机构（调节阀）调节介质流量，从而改变换热器的能量输出。温度或压力等参数本身是不能作为信号传递给控制器的，需要经过一个变送器变换成标准的电信号放大后传送给控制器，对于控制系统而言，我们希望放大系数是一个恒定值，输出量与输入量成线性关系，由于调节器、传感器等放大系数不变，问题就转换为调节阀和换热器的综合放大系数为常数，即换热器的热量输出与阀门的相对开度的变化呈线性关系。即实现下图结果（L%的开度L%的热输出量）。

根据以上分析，阀门流量特性的确定和被控对象密切相关，利用阀门的非线性补偿换热器的非线性，总原则就是确保热量输出与阀门开度是一个线性关系，当被控对象是水换热器时，一般选用等百分比特性的阀门，当被控对象是蒸汽换热器时，一般选取直线特性的阀门，还有一类阀门也是选直线特性的，比如旁通阀（因为其没有串联任何换热设备）。

       在实际中，由于阀门总是和其他配件（如管道、盘管等）串联使用，所以其阀权度不可能为1，就意味着不可能实现理论上的阀门行程和热量输出的线性关系，只能尽可能接近。

四、注册考试真题分享

       2020年注册真题案例第19题：某一级泵变频变流量空调水系统如下图所示。设计工况下，循环水泵流量为100t/h、扬程250kPa；旁通阀V1两端压差为100kPa；冷水机组最低允许流量为设计流量的50%，循环水泵变频电机允许最低频率为20Hz；空调机组最低负荷为设计负荷的30%，空调机组表冷器静特性如下图所示。该系统控制逻辑要求为：负荷变化时首先调循环水泵转速，当其无法满足要求时再调节水阀。问：旁通阀V1的流通能力最接近下列哪一项？（电源工频为50Hz，不考虑电机转差率）

（A）35     （B）50     （C）70     （D）100

解：（1）由于水泵最低流量100×（20/50）=40 m³/h＜100×50%=50 m³/h（冷水机组允许最小流量），所以循环水泵最低流量为50m³/h。此时，根据空调盘管静特性，当空调负荷为30%时，所需流量为15%，即15 m3/h。结合水泵最小流量可知旁通阀V₁（全开时）的流量为35m³/h

（2）100%（100m³/h）负荷时V₁两端的压差为100KPa,当流量为50%时，其两端的压差为100×（50/100）²=25kPa=25000Pa，由于旁通阀的阀权度可取1，则其全开时两端的压差为25kPa。

（3）阀门的流通能力Kv=316×35/25000^0.5=69.9  选C

       此题考点：（1）盘管静态特性 （2）旁通阀的阀权度  （3）旁通管两端压差随负荷变化。旁通阀连续两年都有考题，今年很有可能开始考V₂的计算，即告诉V2的阀权度取值（或者说按照规范要求下限取值），然后计算V₂的流通能力。

五、参考文献

（1）全国勘察设计注册设备共用工程师暖通空调专业考试复习教材。

（2）《全面水力平衡》罗伯特.珀蒂琼著，杨国荣，胡仰耆等译。

（3）《流体输配管网》付祥刊，肖益民 主编。