進口電動調(diào)節(jié)閥在暖通空調(diào)領域的應用

電動調(diào)節(jié)閥是工業(yè)自動化過程控制中的重要執(zhí)行單元儀表。與傳統(tǒng)調(diào)節(jié)閥相比具有明顯的優(yōu)點：電動調(diào)節(jié)閥節(jié)能（只在工作時才消耗電能），環(huán)保（無碳排放），安裝快捷方便（無需復雜的氣動管路和氣泵工作站）。

執(zhí)行器的作用：

執(zhí)行器接受調(diào)節(jié)器的指令信號，經(jīng)執(zhí)行機構將其轉換成相應的角位移或直線位移，去操縱調(diào)節(jié)機構，改變被控對象進、出的能量或物料，以實現(xiàn)過程的自動控制。執(zhí)行器常常工作在高溫、高壓、深冷、強腐蝕、高粘度、易結晶、閃蒸、汽蝕、高壓差等狀態(tài)下，使用條件惡劣，因此，它是整個控制系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。

電動調(diào)節(jié)閥的結構與工作原理：

電動調(diào)節(jié)閥的基本結構：

下圖示是實驗裝置所配的電動調(diào)節(jié)閥典型外形，它由兩個可拆分的執(zhí)行機構和調(diào)節(jié)閥（調(diào)節(jié)機構）部分組成。上部是執(zhí)行機構，接受調(diào)節(jié)器輸出的0～10mADC或4～20mADC信號，并將其轉換成相應的直線位移，推動下部的調(diào)節(jié)閥動作，直接調(diào)節(jié)流體的流量。

電動執(zhí)行機構的基本結構：

下圖示是一個一體化的直行程電動執(zhí)行機構。它由相互隔離的電氣部分和齒輪傳動部分組成，電機作為連接兩個隔離部分的中間部件。電機按控制要求輸出轉矩，通過多級正齒輪傳遞到梯形絲桿上，梯形絲桿通過螺紋變換轉矩為推力。輸出軸止動環(huán)上連有一個旗桿，旗桿隨輸出軸同步運行，通過與旗桿連接的齒條板將輸出軸位移轉換成電信號，提供給智能控制板作為比較信號和閥位反饋輸出。

電動執(zhí)行機構的工作原理：

電動執(zhí)行機構的工作原理可以用下圖表示，當控制器的輸入端有一個信號輸入時，此信號與位置信號進行比較，當兩個信號的偏差值大于規(guī)定的死區(qū)時，控制器產(chǎn)生功率輸出，驅(qū)動伺服電動機轉動使減速器的輸出軸朝減小這一偏差的方向轉動，直到偏差小于死區(qū)為止。此時輸出軸就穩(wěn)定在與輸入信號相對應的位置上。

控制器結構：

實驗裝置所配的控制是一個智能型的，以專用單片微處理器為基礎，通過輸入回路把模擬信號、閥位電阻信號轉換成數(shù)字信號，微處理器根據(jù)采樣結果通過人工智能控制軟件后，顯示結果及輸出控制信號。

調(diào)節(jié)閥的基本結構：

調(diào)節(jié)閥與工藝管道中被調(diào)介質(zhì)直接接觸，閥芯在閥體內(nèi)運動，改變閥芯與閥座之間的流通面積，即改變閥門的阻力系數(shù)就可以對工藝參數(shù)進行調(diào)節(jié)。

這里給出直通單閥座和直通雙閥座的典型結構，它由上閥蓋(或高溫上閥蓋)、閥體、下閥蓋、閥芯與閥桿組成的閥芯部件、閥座、填料、壓板等組成。

其結構與動作原理看下動圖將更直觀。

調(diào)節(jié)閥的基本結構：

調(diào)節(jié)閥的性能特點：直通單閥座的閥體內(nèi)只有一個閥芯和一個閥座，其特點是結構簡單、泄漏量小(甚至可以完全切斷)和允許壓差小。因此，它適用于要求泄漏量小，工作壓差較小的干凈介質(zhì)的場合。在應用中應特別注意其允許壓差，防止閥門關不死。直通雙座調(diào)節(jié)閥的閥體內(nèi)有兩個閥芯和閥座。它與同口徑的單座閥相比，流通能力約大20%～25%。因為流體對上、下兩閥芯上的作用力可以相互抵消，但上、下兩閥芯不易同時關閉，因此雙座閥具有允許壓差大、泄漏量較大的特點。故適用于閥兩端壓差較大，泄漏量要求不高的干凈介質(zhì)場合，不適用于高粘度和含纖維的場合。

電動調(diào)節(jié)閥的基本使用：

識讀銘牌：

識讀電動調(diào)節(jié)閥的銘牌，并回答問題：a）口徑多少？b）閥桿行程多大？c)工作壓力是多少？d）流量系數(shù)多少？e)最大推力是多少？

線路聯(lián)接：打開機殼即可看見如圖示意，對應圖示插上智能控制板，嵌入定位銷將其固定。執(zhí)行機構外殼內(nèi)有端子條用于電氣接線，選擇適當?shù)碾娫淳€與執(zhí)行機構相連，建議使用Φ1.0（mm2）導線。

整體式電動閥電氣原理圖：

電動執(zhí)行機構工作原理分析：

電動執(zhí)行機構的結構原理：

伺服放大器將輸入信號Ii與反饋信號If進行比較，得到差值信號δ I (δ I = ∑ II-IF)。當差值信號δI > 0時，δI經(jīng)伺服放大器放大后會帶動伺服電機正轉，再經(jīng)機械減速器減速后輸出角度θ增大。輸出軸的角位置由位置變送器轉換成相應的反饋電流If，反饋到伺服放大器的輸入端以減小δ I，直到δ I = 0，伺服電機停止轉動，輸出軸穩(wěn)定在輸入信號對應的位置。反之，當δI < 0時，伺服電機反轉，輸出軸旋轉角度θ減小，If相應減小。直到δI = 0，伺服電機停止轉動，輸出軸穩(wěn)定在另一個新位置。

伺服放大器:

伺服放大器主要由前置磁放大器、觸發(fā)器和可控硅交流開關組成。其與電機配合工作的伺服驅(qū)動電路如下圖所示。

前置放大器是一個高增益的放大器。根據(jù)輸入信號和減法后反饋信號的正負偏差，在A、B產(chǎn)生兩位輸出電壓，控制兩個晶閘管觸發(fā)電路中的一個工作，另一個停止。

執(zhí)行單位:

執(zhí)行單元由伺服電機、機械減速和位置變送器組成。執(zhí)行單元接收伺服放大器或電動執(zhí)行器的輸出信號，控制伺服電機的正反轉，經(jīng)機械減速器減速后，成為推動調(diào)節(jié)機構動作的輸出扭矩。同時，位置變送器將調(diào)節(jié)機構的角位移轉換成相應的0 ~ 10 mA DC信號，作為閥門位置指示，作為位置反饋信號反饋到前置放大器的輸入端，以平衡輸入信號。

(1)伺服電機

伺服電機實際上是一個兩相電容異步電機，它將伺服放大器輸出的電功率轉換成機械扭矩，作為執(zhí)行機構的動力部件。

（2）減速器：目前電動執(zhí)行機構中常用的減速器有行星齒輪和蝸輪蝸桿兩種，其中行星齒輪減速器由于體積小、傳動效率高、承載能力大、單級速比可達100倍以上，獲得廣泛的應用。

（3）位置發(fā)送器：位置發(fā)送器的作用是將電動執(zhí)行機構輸出軸的位移轉變?yōu)?～10mA，DC反饋信號的裝置。其主要部分是差動變壓器，下圖所示。

電動調(diào)節(jié)閥在暖通空調(diào)領域的應用：

在現(xiàn)代空調(diào)系統(tǒng)設計中，越來越多的空調(diào)系統(tǒng)中對于能量的交換采用自動控制，即根據(jù)室溫的變化對系統(tǒng)供應的熱/冷水量或風量進行相應的調(diào)節(jié)以達到所需的室溫。在一個完整的控制回路中，需要用到如下圖所示的室溫或回風溫度傳感器，控制器及執(zhí)行機構（如下圖中的電動調(diào)節(jié)閥）。在水路系統(tǒng)中，電動調(diào)節(jié)閥就是最常用的執(zhí)行機構。

空氣處理機組的控制

電動調(diào)節(jié)閥由驅(qū)動器和閥體二部分組成，根據(jù)控制器的信號的要求開大或關小閥門，對流量進行調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)能量的目的。

下面是涉及電動調(diào)節(jié)閥選型和使用的一些基礎知識：

一、閥門的流通能力

1.定義：閥門的流通能力反映的是閥門的通過能力，其定義為閥兩端的壓差為1bar時，通過閥門KV的流量，常用來表示，見公式（1）。當閥門處于全開狀態(tài)時的流通能力為閥門的最大流通能力，常用KVS表示。KVS是閥門的一個特性參數(shù)，類似電路中電阻的概念，它只與閥門的結構有關，是一個不變的值，是廠家必須提供的閥門技術參數(shù)之一。

公式（1）：

閥門全開時的流通能力最大為KVS，全關時為0，其它開度位置的流通能力用KV值表示，與閥門的開度相對應。

從公式（1）可以引申出二個非常有用的公式（2）和（3）：

例如：已知經(jīng)過閥門的設計流量和閥門的KVS值，可通過公式（3）算出閥門的壓降，為水泵選型提供依據(jù)。

2.閥門串、并聯(lián)時的總的KVO與每個閥門KV值之間的關系：

等式(4)對于并聯(lián)閥門的設計非常有用。經(jīng)常有一些系統(tǒng)需要使用大口徑調(diào)節(jié)閥，比如DN300，這種大口徑調(diào)節(jié)閥在市場上很難買到。即使有，也很貴。而且這種大閥門的關閉壓差會很大，很難使用大扭矩的驅(qū)動器。所以很多工程往往用電動蝶閥來代替這種需求，只滿足尺寸安裝的要求，舍棄了最重要的調(diào)節(jié)性能。

實際上，當滿足這種大口徑閥門的需求時，通?？梢酝ㄟ^并聯(lián)兩個閥門來解決。通常兩個閥的KV值按照1/3和2/3的關系并聯(lián)匹配。開啟時，先開小閥，后開大閥。關閉時，先關閉大閥，再關閉小閥。

這樣做的好處是:

(1)將一個大直徑閥門轉換成兩個常規(guī)小直徑閥門的成本低于大直徑閥門；

(2)兩個閥門并聯(lián)后，在關閉過程中由于小閥門的旁通，直徑較大的容易關閉；

(3)與大閥相比，小流量時的調(diào)節(jié)性能得到改善，因為它是由小閥調(diào)節(jié)的。

二、電動調(diào)節(jié)閥的理想流量特性曲線

任何閥門都有其固有的流量特性，反映了閥門的相對流量與相對行程之間的關系。當閥門前后壓差一定時，得到的流量特性稱為閥門的理想流量特性。常見閥門的理想流量特性主要包括以下四類，如圖2所示:

①.直線型：單位行程變化引起的流量變化相等。小流量時流量的變化大，不易微調(diào)與控制，配合不好時會產(chǎn)生振蕩。

②.拋物線型：流量特性為一條二次拋物線，介于直線與等百分比特性之間。

③.等百分比型：同樣行程在小開度時流量變化小，大開度時流量變化大，適用于負荷變化幅度較大的系統(tǒng)，也稱對數(shù)特性型。

④.快開型：行程較小時，流量就比較大，隨著行程的增大流量很快達到最大。閥的有效行程＜d/4（d為閥座直徑）。行程再增大時已不起調(diào)節(jié)作用，適用于雙位控制。

閥門的各種流量特性是通過不同的閥芯形狀來實現(xiàn)的，如圖3所示：在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，空調(diào)箱和風機盤管在小溫差下運行，流量和換熱量的關系是一條向上的曲線，如圖4a所示。因此，為了實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的閥開度與盤管散熱量的線性關系，需要采用等百分比流量的理想流量特性的調(diào)節(jié)閥，以達到圖4c所示的理想控制效果。然而，截止閥如球閥、蝶閥、閘閥、截止閥等。都屬于快開特性，不具備可調(diào)性，不能作為調(diào)節(jié)閥使用，不能達到圖4c所示的控制效果。

三、閥權度和調(diào)節(jié)閥實際工作流量特性的關系

1.閥門重量的定義:閥門全開時閥門兩端的壓降與閥門全關時的壓降之比也可以近似表示為閥門全開時閥門壓降與控制回路總壓降之比，如公式(6)所示。理論上該值越大越好，說明該閥能有效調(diào)節(jié)流量，從而有效控制能量輸出。但是，當沒有其他設施保證其閥權時，實現(xiàn)較大的閥權是矛盾的，這意味著電動調(diào)節(jié)閥上的壓降較大，將消耗更多的泵頭，使運行不經(jīng)濟。所以綜合考慮，A一般取0.5左右(無動壓差平衡閥時)，最低不小于0.3。

2.閥門實際工作流量特性:當閥門兩端壓差保持不變，即閥門重量不變時，得到閥門的理想流量特性。但在實際系統(tǒng)中，閥門從關閉到全開的過程中，兩端的壓差是變化的。在調(diào)節(jié)閥前后壓差隨負載變化的情況下，調(diào)節(jié)閥的相對行程與相對流量的關系即為閥門的工作流量特性。在不同的閥重下，電動調(diào)節(jié)閥的工作流量特性是不同的。圖6顯示了不同閥門重量時的流量特性曲線:

從上圖可以看出，隨著閥門重量的減小，理想直線流量特性趨于快開流量特性，理想等百分比流量特性趨于直線流量特性。因此，為了保證閥門原有的調(diào)節(jié)性能，必須保證一定的閥門重量。

電動調(diào)節(jié)閥選擇示例:

一、電動調(diào)節(jié)閥的選擇原則:

閥體:閥體應根據(jù)承壓要求和閥門流量系數(shù)KVS進行選擇。

司機:主要是檢查最大關閉壓差是否符合要求。