調(diào)節(jié)閥是供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中重要的調(diào)節(jié)裝置，能對管網(wǎng)系統(tǒng)中各管段的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制。在實(shí)際運(yùn)行的供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)特性受到調(diào)節(jié)閥自身結(jié)構(gòu)因素、調(diào)節(jié)閥固有流量特性因素和管路阻力特性因素等的影響，為了使管網(wǎng)具有更好的流量調(diào)節(jié)及控制能力，能夠確定調(diào)節(jié)閥在任意相對開度下的流量計(jì)算關(guān)系式是很重要的。本文采用一種工程近似算法，該算法避開了研究調(diào)節(jié)閥內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)，而是根據(jù)調(diào)節(jié)閥的流量特性，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出相對開度、流量、壓力之間的關(guān)系式。
1、調(diào)節(jié)閥流量計(jì)算基本公式
從流體力學(xué)的觀點(diǎn)看，調(diào)節(jié)閥是一個(gè)局部阻力可以變化的節(jié)流元件。對于不可壓縮流體，其計(jì)算公式為：
式中 Q——調(diào)節(jié)閥接管內(nèi)流體流量，m3/h;F——調(diào)節(jié)閥接管截面積，cm2;ξ——調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù)，隨調(diào)節(jié)閥的開度而變;ΔP——調(diào)節(jié)閥前后壓力降，MPa;ρ——流體密度，kg/m3。
2、調(diào)節(jié)閥流通能力
調(diào)節(jié)閥的流通能力是調(diào)節(jié)閥的重要參數(shù)指標(biāo)，它反映了流體通過調(diào)節(jié)閥的能力大小。目前國產(chǎn)調(diào)節(jié)閥的流通能力計(jì)算條件和單位是當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開時(shí)，閥兩端壓差為105Pa，流體密度為1g/cm3，每小時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量，流量單位為m3/h，接管面積以cm2作單位。其計(jì)算式為
因此，如果確定流通能力C與相對開度之間的關(guān)系，就得到了相對開度與流量Q和ΔP的關(guān)系。
3、調(diào)節(jié)閥的流量計(jì)算
調(diào)節(jié)閥的流量特性有直線流量特性、等百分比流量特性、快開流量特性和拋物線流量特性，現(xiàn)在以等百分比流量特性調(diào)節(jié)閥為例，運(yùn)用數(shù)學(xué)的推導(dǎo)方法得出相對開度、流量和壓力之間的關(guān)系式。等百分比調(diào)節(jié)閥在不可壓縮流體時(shí)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
式中Q，Qmax為調(diào)節(jié)閥行程為l，lmax時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)流量，m3/h;
l，lmax為調(diào)節(jié)閥在某一開度、全開時(shí)的行程，mm;
h為比例系數(shù)
令
為相對開度;
邊界條件為：
l≈0時(shí)，L=0，Q=Qmin;l=lmax時(shí)，L=1，Q=Qmax;
對式(7)兩邊積分并帶入邊界條件可得：
將式(8)再結(jié)合式(6)，可得：
式中CL，Cmax，Cmin分別為在ΔP一定，相對開度為L，最小相對開度，最大相對開度時(shí)調(diào)節(jié)閥的流通能力。
令k0=Cmax;
再結(jié)合式(9)帶入式(6)中得，
由式(10)便得到等百分比特性調(diào)節(jié)閥相對開度L與流量Q，壓力ΔP的數(shù)學(xué)關(guān)系式。也做過相似的推導(dǎo)，并將數(shù)學(xué)推導(dǎo)出的算法計(jì)算出的實(shí)際流量與調(diào)節(jié)閥實(shí)際運(yùn)行情況下的實(shí)測流量進(jìn)行對比，結(jié)論是：相差很小，誤差在8%以內(nèi)，均在工程允許誤差范圍之內(nèi)。故采用此算法可行，且對于調(diào)節(jié)閥的自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制提供了很便利的控制與調(diào)節(jié)技術(shù)措施。
同理，可以推導(dǎo)出直線特性、快開特性和拋物線特性調(diào)節(jié)閥的計(jì)算公式，現(xiàn)將各類特性的調(diào)節(jié)閥的計(jì)算公式列于表1：
表1 調(diào)節(jié)閥相對開度L、流量Q與壓力ΔP之間的計(jì)算公式
從上表可知，要得出調(diào)節(jié)閥相對開度L、流量Q與壓力ΔP之間的關(guān)系式，就要求出k0和k，而k0和k可由閥門樣本提供的最大流通能力、最小相對開度下的流通能力確定。
4、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制
電動(dòng)調(diào)節(jié)閥是自動(dòng)化過程控制中的重要執(zhí)行單元儀表，由電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥連接組合后經(jīng)過機(jī)械連接裝配、調(diào)試安裝構(gòu)成電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，通過接收自動(dòng)化控制系統(tǒng)的信號(hào)來驅(qū)動(dòng)閥門改變閥芯和閥座之間的截面積大小來控制管道介質(zhì)的流量、溫度、壓力等工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)節(jié)功能。
當(dāng)各換熱站的流量確定后，通過分析得到閥門的相對開度，由傳感器將信號(hào)傳遞給各換熱站調(diào)節(jié)閥電動(dòng)執(zhí)行單元，執(zhí)行器再發(fā)動(dòng)執(zhí)行指令，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的閥芯行程，改變閥芯與閥座的斷面積，最終將管段的流量調(diào)節(jié)到所需的“理想”流量。
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