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大口徑電動調節閥的替代方法
點擊次數：1894 發布時間：2015-9-23
隨著建筑規模的不斷增大、暖通設計的變化以及對節能的重視，大口徑電動閥的使用越來越多，特別是電動調節閥在系統流程中的使用越來越頻繁，使得大口徑電動調節閥的選擇越來越重要。
由于市場上可供選擇的大口徑調節閥以調節型蝶閥為主流，調節型蝶閥的性與平穩性不如等百分比調節閥，而市場上難以選擇到大口徑等百分比調節閥。本文提供了一種替代大口徑調節型蝶閥的方案。
1 閥門的調節特性
暖通空調系統一般要求電動調節閥具有直線的流量特性曲線，即流量變化與閥體開度變化的比值是一個定值（如末端換熱設備的水路調節）。對于系統負荷波動較大的變流量系統，還要求電動調節閥具有等百分比的流量特性曲線，以滿足在小流量時調節較平緩，而在大流量時調節靈敏的要求（如冷熱源調節）。
在實際的工作過程中，特別是在系統負荷波動較大的變流量系統中，由于調節閥進出口壓差的波動，其實際的工作流量特性曲線會偏離理想的流量特性曲線，使電動調節閥的調節特性變差，調節精度降低。在系統壓力波動較大或者閥權度較小時，調節精度變差甚至無法調節，導致調節的溫度忽高忽低，達不到系統對電動調節閥調節特性的要求。因此需要根據系統的實際情況選擇與流量特性相適應的調節閥類型。
調節閥的流量特性，是在閥兩端壓差保持恒定的條件下，介質流經調節閥的相對流量與它的開度之間的關系。調節閥的流量特性有線性特性、等百分比特性及拋物線特性三種。三種流量特性的意義如下。
1.1 等百分比特性（對數）
等百分比特性的相對行程和相對流量不成直線關系，在行程的每一點上，單位行程變化所引起的流量的變化與此點的流量成正比，流量變化的百分比是相等的。所以它的優點是流量小時，流量變化小，流量大時，則流量變化大，也就是在不同開度上，具有相同的調節精度。因此，此種調節閥具有在全行程范圍內工作都較平穩的特點，尤其在大開度時，放大倍數也大，工作更為靈敏有效，應用廣泛，適應性強。
1.2 線性特性（線性）
線性特性的相對行程和相對流量成直線關系。單位行程的變化所引起的流量變化是不變的。流量大時，流量相對值變化小，流量小時，則流量相對值變化大。此種調節閥在小負荷時，調節性能過于靈敏而產生振蕩，大負荷時調節遲緩而不及時，適應能力較差。
1.3 拋物線特性
流量按行程的二次方成比例變化，大體具有線性和等百分比特性的中間特性。其特性介于直線特性與等百分比特性之間，調節性能較理想但閥瓣加工較困難。
1.4 三種調節特性的比較
從上述三種特性的分析可以看出，就其調節性能上講，以等百分比特性為*，其調節穩定，調節性能好。而拋物線特性又比線性特性的調節性能好。因此，可根據使用場合的要求不同，挑選其中任何一種流量特性。在暖通空調實際工程應用中，對流量調節要求穩定、溫度波動小的場合，均采用等百分比調節閥。
但大口徑的等百分比調節閥體積較大、性價比較低，在市場上較難生存。因此超過DN200的電動調節閥無法選到等百分比調節閥，只能采用調節型蝶閥，但并非是的方式。
2 蝶閥的調節特性
蝶閥由閥體、蝶板軸及軸封等部分組成，其行程為0°~90°。蝶閥有兩位式控制和比例控制2種方式。蝶閥的特點是阻力損失小、體積小、質量輕和安裝方便，并且開啟閥門和關閉閥門的允許壓差較大，但其調節性能和關閥密閉性能較差，通常用于壓差較大但調節性能要求不高的場所。在自動控制系統中，開關型電動蝶閥常用于冷水和熱水系統中，作為水路的連通和關斷控制。
由于蝶閥結構簡單、所需安裝空間小、操作便捷、可以實現快速啟閉以及流阻損失小等優點，故廣泛應用于工業及民用各個領域。
開關型蝶閥不僅可以用于控制管路的通斷，而且也可以用于流量的調節，當蝶板開度在15°~60°范圍內，具有良好的線性調節特性。但直線閥在小開度時流量變化大，調節過于靈敏，易振蕩；在大開度時，調節作用又顯得微弱，造成調節不及時，不靈敏。因此對于流量調節波動比較大的場合并不能保證達到調節精度。
圖1 調節閥型蝶閥流量特性
Kv 實際流量 K100 閥門全開時的額定流量
當采用調節型蝶閥時，調節型蝶閥的調節性能曲線如圖1所示。在0°～30°部分流量調節為線性，但流量變化較小；在30°～60°部分流量調節為非線性，調節變化較大，較難平穩控制；在60°～90°部分流量調節為線性，但斜率較大，調節較小的角度流量變化較大，也較難平穩控制。因此，采用調節型蝶閥的流量控制較難實現平穩。
而等百分比調節閥的流量特性如圖2所示：當閥門開度為0~30%時，流量與行程成線性比例；當閥門開度為30%~100%時，符合VDI/VDE 2173標準ng1=3。
根據圖2，在閥門調節的各個閥位，開度變化與流量成等百分比關系。而一般被控設備的性能曲線比起線性來往往是往上彎的曲線，而調節閥的曲線形狀是往下彎的，這樣結合后的曲線就是接近直線的，就能達到所謂的線性調節，能夠達到較好的調節性能。
因此，在調節精度比較高的場合，盡量采用等百分比調節閥來實現流量的控制。
3 一種替代方案
替代原則是采用多個小口徑等百分比調節閥并聯或再與蝶閥并聯。其流量不變、壓降增加不多，調節性能好。控制時，當等百分比閥位小于30%時就關閉一個閥，僅其它閥在調節運行。
選擇多個小口徑等百分比調節閥時，根據所需控制的流量范圍、壓降等來確定數量，其性能參數見圖3。
圖3 等百分比調節閥選型流量曲線圖
調節型蝶閥的選用口徑從DN250到DN600，根據實際需要，對小口徑（DN400以下）和大口徑（DN400以上）的調節型蝶閥采用不同的方式：
（1）小口徑時，采用多個小口徑等百分比調節閥并聯的方式。以DN300調節型蝶閥（該回路的額定流量為600m3/h）為例簡要說明：
1）可采用2個DN200的等百分比調節閥并聯，壓降約為25kPa；調節時采用2閥同步調節的方式，當閥位達到30%以下時，考慮到閥門的控制精度，將其中一個閥關閉，另一個閥進行調節；
2）也可以采用3個DN150的等百分比調節閥并聯，壓降約為12kPa；調節時采用3閥同步調節的方式，當閥位達到30%以下時，考慮到閥門的控制精度，將其中一個閥關閉，另2個閥進行調節；當閥位再達到2個閥的30%以下時，將其中一個閥關閉，另1個閥進行調節。同樣，DN250調節型蝶閥（該回路的額定流量為290m3/h）可采用2個DN150的等百分比調節閥并聯，壓降約為30kPa；調節時采用2閥同步調節的方式，當閥位達到30%以下時，考慮到閥門的控制精度，將其中一個閥關閉，另一個閥進行調節。
（2）大口徑時，采用1個開關型蝶閥和多個小口徑等百分比調節閥并聯的方式。以DN600調節型蝶閥（該回路的額定流量為2550m3/h）為例簡要說明：為了提高控制精度，開關閥的流量約占總流量的40%（1000m3/h），其它采用等百分比調節閥。考慮到調節線性，開關閥的壓降與等百分比調節閥應相同，按25kPa的壓降選擇，則根據壓降曲線，開關閥的口徑為DN150；根據流量與壓降選擇，采用5個DN200的等百分比調節閥并聯，其壓降為25kPa。兩者并聯運行，當流量較大時，調節等百分比調節閥調節流量；當等百分比調節閥調節流量低于1500m3/h時，關閉開關閥，由等百分比調節閥調節，再根據流量的變化，調節等百分比調節閥關閉個數。這樣還可以實現較小流量的調節。
同樣，以DN400調節型蝶閥（該回路的額定流量為900m3/h）為例簡要說明：為了提高控制精度，開關閥的流量約占總流量的40%（360m3/h），其它采用等百分比調節閥。考慮到調節線性，開關閥的壓降與等百分比調節閥應相同，按25kPa的壓降選擇，則根據壓降曲線，開關閥的口徑為DN100。根據流量與壓降選擇，采用3個DN150的等百分比調節閥并聯，其壓降為25kPa。兩者并聯運行，當流量較大時，調節等百分比調節閥調節流量；當等百分比調節閥調節流量低于500m3/h時，關閉開關閥，由等百分比調節閥調節，再根據流量的變化，調節等百分比調節閥關閉個數。這樣還可以實現較小流量的調節。
以上壓降以小于30kPa為準，如果壓降再取小，則需要增加并聯的閥門數量，在此不贅述。
調節型蝶閥的線性特性使得其調節性能差。而采用多個等百分比調節閥并聯或開關型蝶閥與多個等百分比調節閥并聯的替代方式，可以解決其調節性能差的問題，是技術可行的方案