上海潤風(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。長期以來，一些學(xué)者對調(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)研究缺乏試驗數(shù)據(jù)支持或未經(jīng)過實(shí)際工程應(yīng)用的檢驗。因此，本文以試驗為基礎(chǔ)，通過對電動調(diào)節(jié)閥樣機(jī)的試驗測試，分別獲得被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A在標(biāo)準(zhǔn)試驗工況[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)流過調(diào)節(jié)閥的相對流量q與調(diào)節(jié)閥相對開度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)語標(biāo)準(zhǔn)》分別定義了快開流量特性、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[1]；2016年ASHRAE手冊第47章分別給出了調(diào)節(jié)閥的快開、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，相對開度k=0時，約有3.33%的理論計算流量不可控。為避免調(diào)節(jié)閥關(guān)斷時(k=0)相對流量q>0，市場上的調(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]，滿足相對開度k=0時相對流量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 試驗工況說明

2.1 試驗標(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流量q與相對開度k之間的函數(shù)關(guān)系q=f(k)。由于被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)的相對開度k與其相對行程h并不吻合，例如樣機(jī)A相對行程h≤18.25%時其相對流量q=0，調(diào)節(jié)閥并未實(shí)質(zhì)性開啟，可視其相對開度k依舊為0。故本文采用相對行程h描述被測調(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依據(jù)GB/T 30832—2014《閥門 流量系數(shù)和流阻系數(shù)試驗方法》[10]設(shè)定測試條件：進(jìn)出口兩端壓差恒定為100 kPa，流體密度為1 g/cm3，流量G為單位時間內(nèi)流經(jīng)閥門的水的體積流量，單位為m3/h。

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

2.2 試驗工況

2.2.1理想流量特性試驗

通過對循環(huán)水泵運(yùn)行頻率的自動調(diào)節(jié)將被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A兩端壓差恒定在100 kPa，采用MIK-C702S型信號發(fā)生器輸出DC 2～10 V控制信號調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥的行程，完成調(diào)節(jié)閥理想流量特性的試驗測試。信號發(fā)生器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電信號與被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A的相對行程h呈線性關(guān)系，如圖4所示。

圖4 被測調(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包括輸入電壓由DC 2 V向DC 10 V逐步增加的正行程(開閥)控制試驗和輸入電壓自DC 10V至DC 2 V逐步減小的反行程(關(guān)閥)控制試驗。輸入標(biāo)準(zhǔn)信號調(diào)節(jié)增減量為±0.4 V，對應(yīng)調(diào)節(jié)閥相對行程增減量為±5%。

2.2.2工作流量特性試驗

被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A工作流量特性的試驗與風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組傳熱特性的試驗同步進(jìn)行，試驗系統(tǒng)如圖5所示。

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

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

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)。此次試驗遵照GB/T 50155—2015[1]的規(guī)定，采用實(shí)際試驗工作情況下的流量特性定義被測調(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)驗室冷水循環(huán)泵的特性。實(shí)測試驗在小流量時調(diào)節(jié)閥兩端的壓差大于300 kPa，甚至超出實(shí)驗室既有壓差傳感器的標(biāo)稱量程范圍。因為實(shí)際工程項目中末端支路調(diào)節(jié)系統(tǒng)兩端的壓差難以維持為恒定的常數(shù)。

3 被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A特性試驗

3.1 被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A

試驗調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A由電動執(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形開口球面配流盤)，額定壓力為4.0 MPa，關(guān)閉壓力為1.4 MPa；配套電動執(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/關(guān)運(yùn)行時間均為90 s，控制信號為DC 2～10 V，沒有反饋信號。需要說明的是，GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》第8.5.6條[13]和GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》第4.5.9條[14]均要求風(fēng)機(jī)盤管宜設(shè)置常閉式電動通斷閥。從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，目前國內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管冷水系統(tǒng)中多采用位式調(diào)節(jié)[1]的電動通斷閥。為獲得被測風(fēng)機(jī)盤管在標(biāo)準(zhǔn)條件下連續(xù)變流量調(diào)節(jié)時的傳熱特性，試驗采用了連續(xù)調(diào)節(jié)的電動調(diào)節(jié)閥。與被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A串聯(lián)運(yùn)行的試驗樣機(jī)為SGCR1400E30型風(fēng)機(jī)盤管機(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。試驗采用MIK-C702S型信號發(fā)生器，輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓信號范圍為DC 0～15 V，標(biāo)稱精度為±0.2%，分辨率為0.01 V。

3.2 試驗數(shù)據(jù)

3.2.1理想流量特性試驗

被測調(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)測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A理想流量特性試驗數(shù)據(jù)

被測調(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Kvs為6.41 m3/h，偏差為1.75%。當(dāng)輸入控制信號小于3.6 V(h<20%)之后，調(diào)節(jié)閥流量開始出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，最小流量在0.02～0.05 m3/h之間波動，逼近流量計最小測量精度，若取其算術(shù)平均值0.035 m3/h作為試驗壓差(100 kPa)下理想流量特性的最小可控制流量Gmin，則被測調(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

此次試驗僅對調(diào)節(jié)閥的反行程(關(guān)閥)工作流量特性做了測試，實(shí)測數(shù)據(jù)見表2。

當(dāng)被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A的相對行程h<40%之后，調(diào)節(jié)閥兩端實(shí)測壓降大于255.0 kPa，超出試驗壓力(差)檢測儀表的檢測范圍，這與試驗設(shè)備的冷水泵特性有關(guān)。末端FCU的阻抗S會對串聯(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 被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A工作流量特性試驗數(shù)據(jù)

3.3 流量特性對比

圖6給出了被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A的實(shí)測反行程(關(guān)閥)工作流量特性曲線、正行程(開閥)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，被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A配置了V形開口球面配流盤，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，被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A呈現(xiàn)出正行程(開閥)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(見圖1～3)。被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A標(biāo)稱運(yùn)行時間為90 s，實(shí)測相對行程0～100%的開啟運(yùn)行時間與100%～0的關(guān)閉運(yùn)行時間均為100 s。

圖6 被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A流量特性對比

4 被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)B特性試驗

4.1 被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)B

海西某超高層建筑(高262 m)編號為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)式電動執(zhí)行器，電壓為AC/DC 24 V，扭矩為24 N·m，標(biāo)稱運(yùn)行時間為125 s，控制信號為DC 0～10 V/2～10 V或0～20 mA/4～20 mA，反饋信號為DC 0～10 V/2～10 V。

與被測調(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，電動機(jī)功率7.5 kW。

4.2 工作流量特性試驗

試驗控制信號采用DC 0～10 V，被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)B實(shí)測數(shù)據(jù)見表3。小流量工況下流量計的測量精度與零點(diǎn)漂移、測量噪聲等因素有關(guān)。被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)B工作流量特性曲線如圖7所示。

表3 被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)B工作流量特性試驗數(shù)據(jù)

圖7 被測調(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 壓力試驗》規(guī)定：試驗介質(zhì)為液體時，試驗壓力至少應(yīng)為閥門在20 ℃時允許最大工作壓力的1.1倍；試驗介質(zhì)為氣體時，試驗壓力為(0.6±0.1)MPa，A級泄漏等級要求為在試驗壓力持續(xù)時間內(nèi)無可見泄漏[15]。被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A出廠檢驗標(biāo)準(zhǔn)滿足氣密A級要求。在100 kPa壓差試驗條件下，當(dāng)輸入控制信號≤3.46 V、相對行程h≤18.25%時閥門已經(jīng)完全關(guān)閉，實(shí)測流量為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值不為無窮大，因為當(dāng)最小可控制流量Gmin=0時，R=Gmax/Gmin沒有意義。

試驗數(shù)據(jù)顯示，被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A在100 kPa恒定壓差試驗條件下，因調(diào)節(jié)閥開啟和關(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，無論是正行程(開閥)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時曲線為凹形，二階導(dǎo)數(shù)小于0時曲線為凸形，二階導(dǎo)數(shù)等于0時流量特性曲線出現(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?？梢姳粶y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)測獲得的理想流量特性，例如相對行程為60%時，工作流量特性相對流量為67.5%(關(guān)閥)，而理想流量特性相對流量分別為19.7%(開閥)和22.3%(關(guān)閥)，平均偏差46.5個百分點(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%，且相對行程h≤40%時工作流量特性趨向于線性特征。

圖7中被測調(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，例如相對行程為20%時，反行程(關(guān)閥)相對流量為17.6%(流量為4.12 m3/h)，正行程(開閥)相對流量為0(流量為0 m3/h)；當(dāng)相對行程為30%時，正行程(開閥)相對流量為18.11% (流量為4.24 m3/h)，反行程(關(guān)閥)相對流量為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換熱量p與調(diào)節(jié)閥的相對行程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)閥對表冷器的非線性補(bǔ)償特性[2]

2016年ASHRAE手冊第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，這樣就可得到一個調(diào)節(jié)閥+表冷器的總組件，其輸出的熱量與閥門開度成正比，即輸出熱量與控制信號成正比。并且認(rèn)為，等百分比流量特性調(diào)節(jié)閥在接近關(guān)閉時工作平穩(wěn)；在接近全開時，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)際使用效果來看，完全能夠滿足溫度控制精度要求。文獻(xiàn)[16]對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)中相對流量q應(yīng)為不同的定義表述。前者為表冷器相對輸出熱量p=100%時最大流量的相對值，而后者為調(diào)節(jié)閥相對行程h=100%時最大流量的相對值，雖然兩者采用的都是相對流量q，但是具有不同的物理概念定義，不能混淆。

以被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A為例，其理想流量特性的最大試驗流量Galmax=6.41 m3/h時相對流量qal=100%，流量調(diào)節(jié)范圍為0～6.41 m3/h(qal=0～100%)；而其試驗工作流量特性qag=100%時最大工作流量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國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的約束。此次試驗的風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組在額定試驗工況[12]時的額定流量為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時，被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A相對行程h=100%對應(yīng)的最大試驗流量亦為2.564 m3/h，并以此確定其相對流量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，被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)B的工作流量特性試驗中，當(dāng)調(diào)節(jié)閥相對行程hbg=100%時調(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，無論是配置了專門配流盤的等百分比流量特性電動調(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冷量p與調(diào)節(jié)閥相對行程h之間p=f(h)的線性流量特性(見圖8c)，無法實(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)試驗結(jié)果有理由對“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隨閥權(quán)度和可調(diào)比的變化而變化，傳統(tǒng)的“用一個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)閥全開時，閥門的壓力損失占包括閥門本身在內(nèi)的該調(diào)節(jié)支路總壓力損失的比例[1]。2016年ASHRAE手冊[11]中定義閥權(quán)度=閥門壓差÷(閥門壓差+支路壓差)，閥權(quán)度的范圍在0～1之間，并且指出：過低的閥權(quán)度會導(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大，不能精確調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)按需供給；閥權(quán)度為1時調(diào)節(jié)閥按其理論流量曲線運(yùn)行；閥權(quán)度過高時，即使閥門全開，也會造成過高的壓力損失。閥權(quán)度在0.25～0.50之間時，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，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，因為閥權(quán)度定義的前提條件是調(diào)節(jié)閥全開。

以被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A工作流量特性試驗為例，當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開時(hag=100%)，調(diào)節(jié)閥兩端實(shí)測水阻壓降為18.7 kPa，與其串聯(lián)運(yùn)行的FCU在額定試驗工況[12]下實(shí)測水阻壓降為50.5 kPa。若忽略試驗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)計算，調(diào)節(jié)閥的閥權(quán)度為0.27，滿足2016年ASHRAE手冊[11]的推薦值(0.25～0.50)，但小于我國GB 50736—2012條文說明[13]的期望值(0.3～0.7)。鑒于受FCU額定試驗工況標(biāo)準(zhǔn)[12]的制約，若希望提高試驗工況下被測調(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，則須額外提高試驗支路資用壓頭，同時合理降低被測調(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[11]第47章分別給出了閥權(quán)度對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)度對調(diào)節(jié)閥工作流量特性的影響[11]

試驗數(shù)據(jù)未能對“在設(shè)計工況下，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) 被測調(diào)節(jié)閥樣機(jī)A依據(jù)GB/T 30832—2014標(biāo)準(zhǔn)試驗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，調(diào)節(jié)閥的q=f(h)流量特性在開閥和關(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) 試驗數(shù)據(jù)不能對“在設(shè)計工況下，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) 鑒于此類球型調(diào)節(jié)閥獨(dú)特的q=f(h)流量特性特征，無論是其理想流量特性還是工作流量特性，均無法對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)用價值提出了質(zhì)疑。