上海潤(rùn)風(fēng)智能科技有限公司 劉新民

0 引言

調(diào)節(jié)閥[1]作為末端換熱裝置的變流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在集中式空調(diào)系統(tǒng)中起到重要的控制和節(jié)能作用，在工程中得到廣泛應(yīng)用。長(zhǎng)期以來(lái)，一些學(xué)者對(duì)調(diào)節(jié)閥的理想流量特性和工作流量特性[1]進(jìn)行了不懈的研究，取得許多研究成果[2-9]，但大多數(shù)研究缺乏試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持或未經(jīng)過(guò)實(shí)際工程應(yīng)用的檢驗(yàn)。因此，本文以試驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)的試驗(yàn)測(cè)試，分別獲得被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)工況[10]下的理想流量特性和在實(shí)際工作情況下的工作流量特性，進(jìn)而對(duì)其流量特性進(jìn)行辨析和討論，期望為集中空調(diào)冷水系統(tǒng)末端設(shè)施優(yōu)化調(diào)適和水系統(tǒng)節(jié)能控制技術(shù)的進(jìn)一步研究夯實(shí)基礎(chǔ)。

1 調(diào)節(jié)閥的流量特性

調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)流過(guò)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量q與調(diào)節(jié)閥相對(duì)開(kāi)度k之間的函數(shù)關(guān)系(q=f(k))[1]。GB/T 50155—2015《供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)》分別定義了快開(kāi)流量特性、線性流量特性、等百分比流量特性和拋物線流量特性4種調(diào)節(jié)閥流量特性術(shù)語(yǔ)[1]；2016年ASHRAE手冊(cè)第47章分別給出了調(diào)節(jié)閥的快開(kāi)、線性和等百分比3種流量特性曲線，如圖1所示[11]。

圖1 調(diào)節(jié)閥流量特性曲線[11]

文獻(xiàn)[2]針對(duì)線性特性、等百分比特性和修正的等百分比特性3種調(diào)節(jié)閥流量特性進(jìn)行了研究；文獻(xiàn)[3-4]則將調(diào)節(jié)閥流量特性分為平方根、線性、拋物線和等百分比4種類(lèi)型，并給出了各自流量特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

平方根流量特性：

(1)

線性流量特性：

(2)

拋物線流量特性：

(3)

等百分比流量特性：

q=Rk-1

(4)

式(1)～(4)中R為調(diào)節(jié)閥可調(diào)比(調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量Gmax與最小流量Gmin之比[1])。

圖2給出了調(diào)節(jié)閥可調(diào)比R=30時(shí)的理想流量特性曲線。

圖2 調(diào)節(jié)閥理想流量特性曲線(R=30)

由圖2可以看出，相對(duì)開(kāi)度k=0時(shí)，約有3.33%的理論計(jì)算流量不可控。為避免調(diào)節(jié)閥關(guān)斷時(shí)(k=0)相對(duì)流量q>0，市場(chǎng)上的調(diào)節(jié)閥多為改良型流量特性，例如將理論等百分比流量特性改良為修正的等百分比流量特性[2]，滿足相對(duì)開(kāi)度k=0時(shí)相對(duì)流量q=0(即流量G=0)的要求，如圖3所示。

圖3 調(diào)節(jié)閥理想流量特性修正曲線(R=30)

2 試驗(yàn)工況說(shuō)明

2.1 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)

依據(jù)GB/T 50155—2015[1]的定義，調(diào)節(jié)閥理想流量特性和工作流量特性均為相對(duì)流量q與相對(duì)開(kāi)度k之間的函數(shù)關(guān)系q=f(k)。由于被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)的相對(duì)開(kāi)度k與其相對(duì)行程h并不吻合，例如樣機(jī)A相對(duì)行程h≤18.25%時(shí)其相對(duì)流量q=0，調(diào)節(jié)閥并未實(shí)質(zhì)性開(kāi)啟，可視其相對(duì)開(kāi)度k依舊為0。故本文采用相對(duì)行程h描述被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)的流量特性(q=f(h))。

調(diào)節(jié)閥的理想流量特性試驗(yàn)依據(jù)GB/T 30832—2014《閥門(mén) 流量系數(shù)和流阻系數(shù)試驗(yàn)方法》[10]設(shè)定測(cè)試條件：進(jìn)出口兩端壓差恒定為100 kPa，流體密度為1 g/cm3，流量G為單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)閥門(mén)的水的體積流量，單位為m3/h。

調(diào)節(jié)閥的工作流量特性試驗(yàn)依據(jù)GB/T 19232—2003《風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組》[12]設(shè)定串聯(lián)支路中風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組額定供冷量試驗(yàn)工況參數(shù)，確定試驗(yàn)支路冷水流量，即調(diào)節(jié)閥工作流量特性中相對(duì)行程h=100%時(shí)所對(duì)應(yīng)的最大工作流量Gagmax(q=100%)。

2.2 試驗(yàn)工況

2.2.1理想流量特性試驗(yàn)

通過(guò)對(duì)循環(huán)水泵運(yùn)行頻率的自動(dòng)調(diào)節(jié)將被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A兩端壓差恒定在100 kPa，采用MIK-C702S型信號(hào)發(fā)生器輸出DC 2～10 V控制信號(hào)調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的行程，完成調(diào)節(jié)閥理想流量特性的試驗(yàn)測(cè)試。信號(hào)發(fā)生器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)與被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A的相對(duì)行程h呈線性關(guān)系，如圖4所示。

圖4 被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A的控制特性

調(diào)節(jié)閥理想流量特性試驗(yàn)包括輸入電壓由DC 2 V向DC 10 V逐步增加的正行程(開(kāi)閥)控制試驗(yàn)和輸入電壓自DC 10V至DC 2 V逐步減小的反行程(關(guān)閥)控制試驗(yàn)。輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)調(diào)節(jié)增減量為±0.4 V，對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)閥相對(duì)行程增減量為±5%。

2.2.2工作流量特性試驗(yàn)

被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A工作流量特性的試驗(yàn)與風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組傳熱特性的試驗(yàn)同步進(jìn)行，試驗(yàn)系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A工作流量特性試驗(yàn)系統(tǒng)

依據(jù)GB/T 19232—2003第5.1.3條[12]設(shè)定被測(cè)風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組額定供冷量試驗(yàn)工況參數(shù)，按標(biāo)準(zhǔn)溫差得出試驗(yàn)支路冷水流量。采用信號(hào)發(fā)生器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的行程，同步完成被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A的工作流量特性試驗(yàn)和被測(cè)風(fēng)機(jī)盤(pán)管(FCU)樣機(jī)的傳熱特性試驗(yàn)。

文獻(xiàn)[4]認(rèn)為：調(diào)節(jié)閥的流量特性都有限制條件，理想流量特性限制調(diào)節(jié)閥兩端的壓差為常數(shù)，工作流量特性限制調(diào)節(jié)系統(tǒng)兩端的壓差為常數(shù)。此次試驗(yàn)遵照GB/T 50155—2015[1]的規(guī)定，采用實(shí)際試驗(yàn)工作情況下的流量特性定義被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A的工作流量特性，即支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)兩端的壓差不為常數(shù)，主要取決于實(shí)驗(yàn)室冷水循環(huán)泵的特性。實(shí)測(cè)試驗(yàn)在小流量時(shí)調(diào)節(jié)閥兩端的壓差大于300 kPa，甚至超出實(shí)驗(yàn)室既有壓差傳感器的標(biāo)稱量程范圍。因?yàn)閷?shí)際工程項(xiàng)目中末端支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)兩端的壓差難以維持為恒定的常數(shù)。

3 被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A特性試驗(yàn)

3.1 被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A

試驗(yàn)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A由電動(dòng)執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥組成，調(diào)節(jié)閥為R2020-6P3-S1調(diào)節(jié)型兩通球閥，通徑DN20，標(biāo)稱流通能力Kvs=6.3 m3/h，廠商名義流量特性為等百分比流量特性(配置了V形開(kāi)口球面配流盤(pán))，額定壓力為4.0 MPa，關(guān)閉壓力為1.4 MPa；配套電動(dòng)執(zhí)行器采用TR24-SR非彈簧復(fù)位通用型，電壓為AC/DC 24 V，扭矩為2 N·m，標(biāo)稱開(kāi)/關(guān)運(yùn)行時(shí)間均為90 s，控制信號(hào)為DC 2～10 V，沒(méi)有反饋信號(hào)。需要說(shuō)明的是，GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》第8.5.6條[13]和GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第4.5.9條[14]均要求風(fēng)機(jī)盤(pán)管宜設(shè)置常閉式電動(dòng)通斷閥。從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，目前國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)盤(pán)管冷水系統(tǒng)中多采用位式調(diào)節(jié)[1]的電動(dòng)通斷閥。為獲得被測(cè)風(fēng)機(jī)盤(pán)管在標(biāo)準(zhǔn)條件下連續(xù)變流量調(diào)節(jié)時(shí)的傳熱特性，試驗(yàn)采用了連續(xù)調(diào)節(jié)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。與被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A串聯(lián)運(yùn)行的試驗(yàn)樣機(jī)為SGCR1400E30型風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組，名義工況為空氣干球溫度27 ℃、濕球溫度19.5 ℃，供水溫度7 ℃，高擋風(fēng)量2 380 m3/h，冷水流量2.34 m3/h，水壓損失40 kPa，顯熱供冷量10 735 W，全熱供冷量12 935 W，設(shè)計(jì)析濕系數(shù)ξm=1.20；換熱面積F=18.686 6 m2；排數(shù)為每行3排，共8行；水通路數(shù)6路(6進(jìn)6出)；換熱管規(guī)格為?9.52 mm×0.35 mm；迎風(fēng)面尺寸為1 886 mm×200 mm。試驗(yàn)采用MIK-C702S型信號(hào)發(fā)生器，輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)范圍為DC 0～15 V，標(biāo)稱精度為±0.2%，分辨率為0.01 V。

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2.1理想流量特性試驗(yàn)

被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A兩端壓差恒定在(100±0.7) kPa范圍內(nèi)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A理想流量特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A的標(biāo)稱流通能力Kvs為6.3 m3/h，實(shí)測(cè)Kvs為6.41 m3/h，偏差為1.75%。當(dāng)輸入控制信號(hào)小于3.6 V(h<20%)之后，調(diào)節(jié)閥流量開(kāi)始出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，最小流量在0.02～0.05 m3/h之間波動(dòng)，逼近流量計(jì)最小測(cè)量精度，若取其算術(shù)平均值0.035 m3/h作為試驗(yàn)壓差(100 kPa)下理想流量特性的最小可控制流量Gmin，則被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A理想流量特性的可調(diào)比Ra=6.41 m3/h÷0.035 m3/h=183.14，代入式(4)可計(jì)算得出其理想等百分比流量特性曲線。

3.2.2工作流量特性試驗(yàn)

此次試驗(yàn)僅對(duì)調(diào)節(jié)閥的反行程(關(guān)閥)工作流量特性做了測(cè)試，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

當(dāng)被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A的相對(duì)行程h<40%之后，調(diào)節(jié)閥兩端實(shí)測(cè)壓降大于255.0 kPa，超出試驗(yàn)壓力(差)檢測(cè)儀表的檢測(cè)范圍，這與試驗(yàn)設(shè)備的冷水泵特性有關(guān)。末端FCU的阻抗S會(huì)對(duì)串聯(lián)調(diào)節(jié)閥實(shí)際運(yùn)行工況下的閥權(quán)度產(chǎn)生影響，而調(diào)節(jié)閥的工作流量特性又與其實(shí)際運(yùn)行工況下兩端壓降的變化相關(guān)。

表2 被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A工作流量特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.3 流量特性對(duì)比

圖6給出了被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A的實(shí)測(cè)反行程(關(guān)閥)工作流量特性曲線、正行程(開(kāi)閥)和反行程(關(guān)閥)理想流量特性曲線，以及將Ra=183.14代入式(4)計(jì)算得出的等百分比理想流量特性曲線。盡管為了獲得良好的等百分比流量特性，被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A配置了V形開(kāi)口球面配流盤(pán)，但其在標(biāo)準(zhǔn)工況下的理想流量特性曲線與等百分比流量特性曲線之間的差距還是顯而易見(jiàn)的，而其在實(shí)際工作情況下的工作流量特性曲線則與等百分比流量特性曲線相距甚遠(yuǎn)。同時(shí)，被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A呈現(xiàn)出正行程(開(kāi)閥)和反行程(關(guān)閥)2條流量特性曲線，而非文獻(xiàn)[2-7]所描述的1條流量特性曲線(見(jiàn)圖1～3)。被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A標(biāo)稱運(yùn)行時(shí)間為90 s，實(shí)測(cè)相對(duì)行程0～100%的開(kāi)啟運(yùn)行時(shí)間與100%～0的關(guān)閉運(yùn)行時(shí)間均為100 s。

圖6 被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A流量特性對(duì)比

4 被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)B特性試驗(yàn)

4.1 被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)B

海西某超高層建筑(高262 m)編號(hào)為KT/2-4的末端立式空氣處理機(jī)組(AHU)安裝配套DN65不銹鋼閥芯及閥桿，配流碟內(nèi)置一體兩通調(diào)節(jié)球閥，額定壓力1.6 MPa，關(guān)斷壓力689 kPa，等百分比流量特性，Kvs=40 m3/h，允許泄漏率為最大流量的0.01%，法蘭連接。被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)B配套非彈簧復(fù)位比例調(diào)節(jié)式電動(dòng)執(zhí)行器，電壓為AC/DC 24 V，扭矩為24 N·m，標(biāo)稱運(yùn)行時(shí)間為125 s，控制信號(hào)為DC 0～10 V/2～10 V或0～20 mA/4～20 mA，反饋信號(hào)為DC 0～10 V/2～10 V。

與被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)B串聯(lián)運(yùn)行的立式空氣處理機(jī)組型號(hào)為KLC210D-6R，名義工況為空氣干球溫度27 ℃、濕球溫度19.5 ℃，供/回水溫度7 ℃/12 ℃，風(fēng)量21 000 m3/h，冷水流量25.93 m3/h，水壓損失21.2 kPa，供冷量150.8 kW，電動(dòng)機(jī)功率7.5 kW。

4.2 工作流量特性試驗(yàn)

試驗(yàn)控制信號(hào)采用DC 0～10 V，被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)B實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。小流量工況下流量計(jì)的測(cè)量精度與零點(diǎn)漂移、測(cè)量噪聲等因素有關(guān)。被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)B工作流量特性曲線如圖7所示。

表3 被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)B工作流量特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖7 被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)B工作流量特性曲線

5 辨析與討論

5.1 理想流量特性討論

GB/T 13927—2008《工業(yè)閥門(mén) 壓力試驗(yàn)》規(guī)定：試驗(yàn)介質(zhì)為液體時(shí)，試驗(yàn)壓力至少應(yīng)為閥門(mén)在20 ℃時(shí)允許最大工作壓力的1.1倍；試驗(yàn)介質(zhì)為氣體時(shí)，試驗(yàn)壓力為(0.6±0.1)MPa，A級(jí)泄漏等級(jí)要求為在試驗(yàn)壓力持續(xù)時(shí)間內(nèi)無(wú)可見(jiàn)泄漏[15]。被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A出廠檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)滿足氣密A級(jí)要求。在100 kPa壓差試驗(yàn)條件下，當(dāng)輸入控制信號(hào)≤3.46 V、相對(duì)行程h≤18.25%時(shí)閥門(mén)已經(jīng)完全關(guān)閉，實(shí)測(cè)流量為0(Ga=0)，泄漏流量Gax=0，Ra=183.14，顯著優(yōu)于一般調(diào)節(jié)閥的R=30[3-5]。R值越大，其流量特性曲線的非線性特征越明顯，且R值不為無(wú)窮大，因?yàn)楫?dāng)最小可控制流量Gmin=0時(shí)，R=Gmax/Gmin沒(méi)有意義。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A在100 kPa恒定壓差試驗(yàn)條件下，因調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟和關(guān)閉行程方向的不同呈現(xiàn)出2條不完全重合的理想流量特性曲線，無(wú)論是正行程(開(kāi)閥)還是反行程(關(guān)閥)的理想流量特性曲線均呈S形，即其二階導(dǎo)數(shù)大于0時(shí)曲線為凹形，二階導(dǎo)數(shù)小于0時(shí)曲線為凸形，二階導(dǎo)數(shù)等于0時(shí)流量特性曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)。與其等百分比理想流量特性(Ra=183.14)二階導(dǎo)數(shù)始終大于0的特征存在顯著偏離?？梢?jiàn)被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A的理想流量特性并非理想的等百分比流量特性。

5.2 工作流量特性討論

圖6中被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A的工作流量特性明顯偏離其在標(biāo)準(zhǔn)壓差下實(shí)測(cè)獲得的理想流量特性，例如相對(duì)行程為60%時(shí)，工作流量特性相對(duì)流量為67.5%(關(guān)閥)，而理想流量特性相對(duì)流量分別為19.7%(開(kāi)閥)和22.3%(關(guān)閥)，平均偏差46.5個(gè)百分點(diǎn)；工作流量特性關(guān)閥流量為1.73 m3/h，理想流量特性開(kāi)閥和關(guān)閥流量分別為1.26 m3/h和1.43 m3/h，偏差分別達(dá)到37.3%和20.9%，且相對(duì)行程h≤40%時(shí)工作流量特性趨向于線性特征。

圖7中被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)B正/反行程呈現(xiàn)2條不同的工作流量特性曲線，例如相對(duì)行程為20%時(shí)，反行程(關(guān)閥)相對(duì)流量為17.6%(流量為4.12 m3/h)，正行程(開(kāi)閥)相對(duì)流量為0(流量為0 m3/h)；當(dāng)相對(duì)行程為30%時(shí)，正行程(開(kāi)閥)相對(duì)流量為18.11% (流量為4.24 m3/h)，反行程(關(guān)閥)相對(duì)流量為37.51%(流量為8.78 m3/h)，流量之比為1∶2.07。

5.3 流量特性應(yīng)用討論

文獻(xiàn)[2]關(guān)于兩通調(diào)節(jié)閥特性和利用反向非線性流量特性q=f(h)調(diào)節(jié)閥對(duì)被控表冷器的非線性傳熱特性p=f(q)進(jìn)行補(bǔ)償，從而使得末端換熱裝置的相對(duì)換熱量p與調(diào)節(jié)閥的相對(duì)行程h成正比的理論被形象地稱為“兩彎一直[16]”，如圖8所示。

圖8 調(diào)節(jié)閥對(duì)表冷器的非線性補(bǔ)償特性[2]

2016年ASHRAE手冊(cè)第47章也給出了等百分比流量特性調(diào)節(jié)閥的熱輸出、流量和閥桿行程特性，如圖9所示[11]。

圖9 等百分比流量特性調(diào)節(jié)閥的熱輸出、流量和閥桿行程特性[11]

“兩彎一直”的學(xué)術(shù)理論在業(yè)界得到了廣泛認(rèn)同[3-7]。文獻(xiàn)[5]認(rèn)為，這樣就可得到一個(gè)調(diào)節(jié)閥+表冷器的總組件，其輸出的熱量與閥門(mén)開(kāi)度成正比，即輸出熱量與控制信號(hào)成正比。并且認(rèn)為，等百分比流量特性調(diào)節(jié)閥在接近關(guān)閉時(shí)工作平穩(wěn)；在接近全開(kāi)時(shí)，放大作用大，工作靈敏快捷，可以在負(fù)荷變化幅度較大的系統(tǒng)中使用。從實(shí)際使用效果來(lái)看，完全能夠滿足溫度控制精度要求。文獻(xiàn)[16]對(duì)此提出了不同的觀點(diǎn)。

值得注意的是，表冷器傳熱特性p=f(q)(圖8a)與調(diào)節(jié)閥流量特性q=f(h)(圖8b)中相對(duì)流量q應(yīng)為不同的定義表述。前者為表冷器相對(duì)輸出熱量p=100%時(shí)最大流量的相對(duì)值，而后者為調(diào)節(jié)閥相對(duì)行程h=100%時(shí)最大流量的相對(duì)值，雖然兩者采用的都是相對(duì)流量q，但是具有不同的物理概念定義，不能混淆。

以被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A為例，其理想流量特性的最大試驗(yàn)流量Galmax=6.41 m3/h時(shí)相對(duì)流量qal=100%，流量調(diào)節(jié)范圍為0～6.41 m3/h(qal=0～100%)；而其試驗(yàn)工作流量特性qag=100%時(shí)最大工作流量Gagmax=2.564 m3/h，流量調(diào)節(jié)范圍僅為0～2.564 m3/h(qag=0～100%)。且在不同的資用壓頭工況下或者串聯(lián)性能規(guī)格不同的表冷器情況下，其工作流量特性qag=100%時(shí)最大工作流量Gagmax亦不相同。故調(diào)節(jié)閥不同流量特性q=f(h)所描述的相對(duì)流量q具有不同的物理定義。

調(diào)節(jié)閥理想流量特性與末端裝置無(wú)關(guān)，而其合理的工作流量特性中q=100%應(yīng)取決于與之串聯(lián)的末端表冷器的額定流量，且表冷器的額定流量受?chē)?guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的約束。此次試驗(yàn)的風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組在額定試驗(yàn)工況[12]時(shí)的額定流量為2.564 m3/h(供回水溫差為5 ℃)，故當(dāng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行工作流量特性試驗(yàn)時(shí)，被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A相對(duì)行程h=100%對(duì)應(yīng)的最大試驗(yàn)流量亦為2.564 m3/h，并以此確定其相對(duì)流量qag=100%。

在實(shí)際工程運(yùn)行中，調(diào)節(jié)閥的工作流量與串聯(lián)運(yùn)行的表冷器的流量相等，且并不一定等于表冷器的額定流量。例如，被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)B的工作流量特性試驗(yàn)中，當(dāng)調(diào)節(jié)閥相對(duì)行程hbg=100%時(shí)調(diào)節(jié)閥與表冷器的工作流量均為22.67 m3/h (qbg=100%)，約為AHU額定流量(25.93 m3/h)的87.43%。由于實(shí)際工程中影響對(duì)象特性的因素很多，調(diào)節(jié)閥的工作流量特性難以用分析法求解[8,13]。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，A和B兩款以等百分比流量特性標(biāo)稱的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，其工作流量特性均與文獻(xiàn)[2-7, 11]描述的理想等百分比流量特性相去甚遠(yuǎn)。因此，無(wú)論是配置了專(zhuān)門(mén)配流盤(pán)的等百分比流量特性電動(dòng)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A，還是配流碟內(nèi)置一體兩通調(diào)節(jié)閥樣機(jī)B，均難以滿足表冷器輸出相對(duì)冷量p與調(diào)節(jié)閥相對(duì)行程h之間p=f(h)的線性流量特性(見(jiàn)圖8c)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)以調(diào)節(jié)閥的工作流量特性即調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)去補(bǔ)償表冷器放大系數(shù)的變化，以保證系統(tǒng)總開(kāi)環(huán)放大系數(shù)不變，進(jìn)而使得系統(tǒng)達(dá)到較好的控制效果[13]。

依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果有理由對(duì)“兩彎一直”非線性補(bǔ)償觀點(diǎn)的基礎(chǔ)理論依據(jù)和實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值提出質(zhì)疑。文獻(xiàn)[8]指出：不同的表冷器在不同工況下呈現(xiàn)出不同的流量特性曲線，而調(diào)節(jié)閥的等百分比流量特性會(huì)隨閥權(quán)度和可調(diào)比的變化而變化，傳統(tǒng)的“用一個(gè)反向非線性特性的控制閥補(bǔ)償末端設(shè)備的非線性特性”的理論并不成立。圖8、9這種被諸多文獻(xiàn)引用的“經(jīng)典”并無(wú)實(shí)際意義。

5.4 關(guān)于閥權(quán)度的討論

閥權(quán)度是在實(shí)際工作情況下，調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)，閥門(mén)的壓力損失占包括閥門(mén)本身在內(nèi)的該調(diào)節(jié)支路總壓力損失的比例[1]。2016年ASHRAE手冊(cè)[11]中定義閥權(quán)度=閥門(mén)壓差÷(閥門(mén)壓差+支路壓差)，閥權(quán)度的范圍在0～1之間，并且指出：過(guò)低的閥權(quán)度會(huì)導(dǎo)致該支路流量、溫度和壓力的振蕩，表冷器輸出冷量的變化幅度過(guò)大，不能精確調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)按需供給；閥權(quán)度為1時(shí)調(diào)節(jié)閥按其理論流量曲線運(yùn)行；閥權(quán)度過(guò)高時(shí)，即使閥門(mén)全開(kāi)，也會(huì)造成過(guò)高的壓力損失。閥權(quán)度在0.25～0.50之間時(shí)，通?？稍诳煽匦院凸?jié)能性之間獲得適當(dāng)?shù)钠胶?。文獻(xiàn)[5]也認(rèn)為，當(dāng)閥權(quán)度為1時(shí)，調(diào)節(jié)閥的工作流量特性曲線與理想流量特性曲線一致。但是，依據(jù)調(diào)節(jié)閥工作流量特性定義[1]，實(shí)際工作情況下在調(diào)節(jié)閥行程變化(不論是正行程還是反行程)的過(guò)程中調(diào)節(jié)閥兩端的壓差并非恒定值，亦不能始終恒定在100 kPa，故調(diào)節(jié)閥的工作流量特性與理想流量特性難以一致，因?yàn)殚y權(quán)度定義的前提條件是調(diào)節(jié)閥全開(kāi)。

以被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A工作流量特性試驗(yàn)為例，當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)(hag=100%)，調(diào)節(jié)閥兩端實(shí)測(cè)水阻壓降為18.7 kPa，與其串聯(lián)運(yùn)行的FCU在額定試驗(yàn)工況[12]下實(shí)測(cè)水阻壓降為50.5 kPa。若忽略試驗(yàn)支路沿程阻力和其他局部阻力損失，以18.7 kPa÷(18.7 kPa+50.5 kPa)計(jì)算，調(diào)節(jié)閥的閥權(quán)度為0.27，滿足2016年ASHRAE手冊(cè)[11]的推薦值(0.25～0.50)，但小于我國(guó)GB 50736—2012條文說(shuō)明[13]的期望值(0.3～0.7)。鑒于受FCU額定試驗(yàn)工況標(biāo)準(zhǔn)[12]的制約，若希望提高試驗(yàn)工況下被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A的閥權(quán)度，滿足GB 50736—2012標(biāo)準(zhǔn)[13]的推薦值，則須額外提高試驗(yàn)支路資用壓頭，同時(shí)合理降低被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A的流通能力Kvs值，這與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的初衷相悖。

在實(shí)際工作情況下，由于FCU與AHU所用的表冷器結(jié)構(gòu)不同，因此表冷器的傳熱特性曲線并不相同；表冷器工作壓力損失的差異，致使調(diào)節(jié)閥的壓力損失也不同，進(jìn)而造成工作流量特性的多樣化。鑒于閥權(quán)度的定義，實(shí)際工作情況下調(diào)節(jié)閥在末端支路中的閥權(quán)度不僅與調(diào)節(jié)閥自身的流通能力和流量特性有關(guān)，還與其串聯(lián)運(yùn)行的FCU(或AHU)的實(shí)際工作壓力損失相關(guān)。2016年ASHRAE手冊(cè)[11]第47章分別給出了閥權(quán)度對(duì)線性和等百分比流量特性調(diào)節(jié)閥的影響，如圖10所示。

圖10 閥權(quán)度對(duì)調(diào)節(jié)閥工作流量特性的影響[11]

試驗(yàn)數(shù)據(jù)未能對(duì)“在設(shè)計(jì)工況下，調(diào)節(jié)閥的閥權(quán)度越大，調(diào)節(jié)性能越好[5]”的觀點(diǎn)提供相關(guān)支持。

6 結(jié)論

1) 被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A依據(jù)GB/T 30832—2014標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件獲得的理想流量特性曲線與相關(guān)文獻(xiàn)所描述的調(diào)節(jié)閥快開(kāi)流量特性、線性流量特性、等百分比流量特性、拋物線流量特性，以及修正的等百分比流量特性、平方根流量特性均存在顯著的區(qū)別，呈現(xiàn)獨(dú)特的近似S形特征。

2) 被測(cè)調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A和B均存在正/反行程2條不同的工作流量特性曲線，或者說(shuō)，調(diào)節(jié)閥的q=f(h)流量特性在開(kāi)閥和關(guān)閥工況存在不同的函數(shù)關(guān)系，且不能相互替代，其理想流量特性也不例外。

3) 試驗(yàn)數(shù)據(jù)不能對(duì)“在設(shè)計(jì)工況下，調(diào)節(jié)閥的閥權(quán)度越大，調(diào)節(jié)性能越好”的觀點(diǎn)提供支持。

4) 鑒于此類(lèi)球型調(diào)節(jié)閥獨(dú)特的q=f(h)流量特性特征，無(wú)論是其理想流量特性還是工作流量特性，均無(wú)法對(duì)表冷器非線性傳熱特性p=f(q)實(shí)施正比線性補(bǔ)償，“兩彎”難以實(shí)現(xiàn)“一直”。

5) 對(duì)以調(diào)節(jié)閥的工作流量特性即調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)去補(bǔ)償表冷器放大系數(shù)的變化，以保證系統(tǒng)總開(kāi)環(huán)放大系數(shù)不變，進(jìn)而使得系統(tǒng)達(dá)到較好的控制效果的“兩彎一直”非線性補(bǔ)償觀點(diǎn)的基礎(chǔ)理論依據(jù)和實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值提出了質(zhì)疑。