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1、6.3.1第6章 控制硬件：电动/气动自动驱动装置章节6.3水系统控制阀的选型蒸汽和冷凝水系统手册6.3水系统控制阀 的选型4776.3.2章节6.3第6章 控制硬件：电动/气动自动驱动装置水系统控制阀的选型蒸汽和冷凝水系统手册公式6.3.1表6.3.1 流量系数在Kv和Cv之间转换因子转换因子 Kv (bar) Kv (kgf) Cv (UK) Cv (US)Kv (bar) 1.00 1.01 0.96 1.16Kv (kgf) 0.99 1.00 0.97 1.17Cv (UK) 1.04 1.05 1.00 1.20Cv (US) 0.87 0.88 0.83 1.00例如，Kv (b
2、ar)乘上1.16就得到 Cv (US)。在这些章节中提到的Kv如果没有特殊注明都是指以bar为压差单位，m3/h为流量单位的Kv。对于常用的液体系统，Kv的计算公式如公式6.3.1。G PVKv =水系统的阀门选型为了对水系统的阀门选型，必须知道以下信息：通过阀门的体积流量通过阀门的压差可以使用同流量、压降和阀门流量系数相关的曲线图来对一定压差下的控制阀进行选型。或者，可以用公式计算流量系数。一旦确定流量系数以后，可以从供货商的技术数据表中选择正确的控制阀口径。但是它们两个是不相同的，因此使用时注意区分。英版的使用的是英制的加仑，美版的使用的是美制的加仑，美制的1加仑等于0.833的英制加仑
3、。两种的表示符号都是Cv 。公制的流量系数得到的是在1千克力/平方米(kgf/m2)的压差下每小时通过的流量的立方米数(m3/h)。这个定义是在现有的欧洲标准之前，利用工程单位（bar）得到的。但是工程单位直到1987年才以IEC 534 -1 (现在的EN 60534 -1)的形式存在。现在相关的标准定义是在1bar的压差下通过的m3/h流量数。表6.3.1上述不同形式的流量系数之间的转化:流量系数的计算公式最开始的单位是英制的，测量的是在1磅/平方英寸的压差下每分钟通过的流量的加仑数。有两种版本的英制流量系数单位，英版的和美版的。尽管两种版本采用的符号都是“CV”，这两种公制版本仍然采用符
4、号Kv，尽管之间的差异比较小，但是使用的时候仍需将其区分开。有些制造商没有对压差单位进行量化就错误地引用了控制阀的流量系数Kv转化值。有时，需要使用阀门的流量系数和压降来确定体积流量。对等式6.3.1进行变换可以得到：对水而言，G=1，因此对水系统的计算可以简化成公式6.3.1。公式6.3.2GVKv =P例 6.3.1 10mm/h的水被抽到管道中，阀门的Kv为16，用公式6.3.2确定阀门的压降。VKv =P478式中:在lb(m3/h bar)的压降下流过的流体量；流量(m3/h)；液体的相对密度/比重(无量纲)注：相对密度是指液体的质量同相同体积4的水质量的比值；通过阀门的压力降(ba
5、r)。6.3.3第6章 控制硬件：电动/气动自动驱动装置章节6.3水系统控制阀的选型蒸汽和冷凝水系统手册图6.3.1 摘自图6.3.2水系统选型曲线公式6.3.2VKv =P式中： V = 10 m3/h Kv = 16同样地，本例也可以使用图6.3.1所示的曲线。（注：图6.3.3所示的曲线更完整一点）1. 在曲线的左边找到流量10m3/h2. 向右划一条水平线直到同Kv=16相交（估算）3. 向下划垂直线，从x轴上读出压降（大约为40 kPa或0.4 bar）10 = 16P10P =162P = 0.39 bar 水流量 (m3/h)1110 98500 1500 2500 3500泵的
6、排放压力流量 (m3/h)图6.3.2 泵的性能曲线水泵到，当流量增加时，水泵的出口压力会下降。与蒸汽不同的是，液体需要泵使其流动。通常使用离心泵，其性能曲线类似于图6.3.2。可以注意循环系统特性 很重要的一点是，不仅要考虑水控制阀的口径，还要考虑整个水循环系统；这样会影响阀门的形式和 口径，以及在回路中的位置。注意：在对液体系统进行阀门选型前，需要注意系统的特性及其组成设备，如水泵。479压降 (kPa)水流量 (I/S)6.3.4章节6.3第6章 控制硬件：电动/气动自动驱动装置水系统控制阀的选型蒸汽和冷凝水系统手册图6.3.3 水系统Kv曲线 水流量 (m3/h)水流量 (I/S)压降
7、 (kPa)公式6.3.3水在系统中循环时会引起摩擦损失。这些摩擦损失表示为压损，压损的增加同流速的平方成正比。定 面积管道在任何其它压损下的流量可以用等式6.3.3计算，此处的V1和V2的单位必须相同，P1和P2的单位也 要相同。V1, V2, P1和P2的定义如下：式中:V1 = P1压损下的流量；V2 = P2压损下的流量。4806.3.5第6章 控制硬件：电动/气动自动驱动装置章节6.3水系统控制阀的选型蒸汽和冷凝水系统手册P = P x 3500P = 4 x 25001225 x 10P = 4 x 625 x 1021121222224242= 7.84 barPP=P2222V
8、 V V V可以看到，更多的流体被泵抽进相同口径管道时，流量增加。在这个基础上，如图6.3.4所示的系统特性曲线可以由等式6.3.3得到，流量呈平方增加。1084206500 1500 2500 3500压力 (bar)流量 (m3/h)实际性能点图6.3.5 典型的系统性能曲线系统泵1084206500 1500 2500 3500由于摩擦引起的压力损失 (bar)流量 (m3/h)图6.3.4 典型的系统曲线 实际性能 从泵和系统特性可以看到，当流量和摩擦增加时，水泵提供的压力减小。最终会达到的状态是水泵的 压力等于回路的磨损，流量不再增加。 如果泵的曲线和系统的特性曲线画在同一曲线上，如
9、图6.3.5所示，它们的交点就是泵/回路的综合实际性能。4816.3.6章节6.3第6章 控制硬件：电动/气动自动驱动装置水系统控制阀的选型蒸汽和冷凝水系统手册三通阀 三通阀可以看成是一个定流量阀，因为它不论是用于混合还是分流系统，通过阀门的总流量是恒定的。 在使用这些阀门的应用中，水路会被自然分成两个独立的回路，定流量和变流量。中，负载回路指包含散热器的回路，如楼宇中的散热片。图6.3.6所示的简单系统中描述的是一个混合阀，维持负载回路中的水量为恒定值。在一个加热系统变流量 系统热水锅炉平衡管泵ABABX 点定流量 系统从X点到B点的阻力 = 从X点到A点的阻力图6.3.6 混合阀（定流量、
10、变温度）平衡阀混合阀散热片热量取决于负载回路中的水温，同样也取决于来自锅炉流经混合阀的热水的量，以及经过平衡 管回到混合阀的水量多少。示。这样在阀门位置改变时维持平稳的调节。的流体进锅炉。 同样，锅炉可以使用一次侧回路，允许恒定的水量经过锅炉，防止锅炉出现过热。负载回路接收到的是由阀位决定的变流量系统。 负载回路中的温度是恒定的，不管阀门位于什么位置，来自锅炉的水量是一定的。散热器的热量取决 于通过负载回路的水量，同样也取决于分流阀的开度。在平衡管上需要安装平衡阀，用来设定在管网流量变化时维持相同的流体阻力，如图6.3.6和6.3.7所图6.3.7中所示的简单系统是一个分流阀，用来维持经过定流
11、量回路中恒定的水量。在这个系统中，实际上，混合阀有时设计成不能完全关闭口A；这样能保证在任何时候在水泵的作用下维持最小流量定流量 回路热水锅炉泵ABABX 点变流量 回路从B点到X点的阻力 = 从A点到X点的阻力图6.3.7 分流阀（变流量的负载回路、恒温）平衡管平衡阀分流阀4826.3.7第6章 控制硬件：电动/气动自动驱动装置章节6.3水系统控制阀的选型蒸汽和冷凝水系统手册同。如果回路没有被正确平衡，会出现“短路”和其它分支管路（图中未显示）没有流动，负载回路就会缺水。图6.3.8 没有安装平衡阀的影响通过平衡阀的压降系统曲线 阀到负载回路系统曲线 阀到平衡回路P1流量V2V1泵的性能曲线
12、压力P2二通阀如果在水系统中使用二通阀，当阀门关小的时候，流量会减小，阀门的上游压力会增加。当控制阀关小节流时会引起泵的压头改变。其影响见图6.3.9。不安装和设定平衡阀的影响可以从图6.3.8中看出。泵的曲线和系统曲线随着阀门的位置改变。这两条曲线说明，如果没有安装平衡阀，平衡回路压力损失小，在负载回路P1和旁路P2所需的水泵压力的不流量的减小不仅增加水泵的压力，同时会增加水泵的功耗。水泵压力的改变会作为变负载工况下开启第二台或多台水泵的信号，或者作为变频泵的驱动信号。使水泵的转速同需求相匹配，节省水泵的能耗费用。二通控制阀用来控制制程的水流量，如对蒸汽锅炉的液位控制，或者是给水箱的液位控制
13、。度。为避免这种工况，控制系统必须布置一个小口径管道和可调节的截止阀作为控制阀和负载回路的旁通，来维持一个很小的流量。二通阀也成功地使用在大型加热回路中，这些系统装有很多个阀门。在大型系统中，一般很少出现所有的二通阀同时关闭的时候，因此系统存在一种自身的“自平衡”的特性。这些系统也经常使用变频泵，根据系统要求相应改变其流量特性，这对自平衡起到辅助作用。二通阀也用于换热制程中，但是，当二通阀关闭时，管道侧控制阀前端的流通停止，引起死区。死区中的水温会降到环境温度。当控制阀再次打开时，冷水进入换热器的盘管，扰动制程的温4836.3.8章节6.3第6章 控制硬件：电动/气动自动驱动装置水系统控制阀的
14、选型蒸汽和冷凝水系统手册公式6.3.4当为某个应用选择二通阀时：如果系统中的二通阀选型过小，水泵需要消耗大量的功耗，仅仅为提供足够的水量通过控制阀。假设足够的水量流过阀门，即使阀门位置很小的改变会引起流量的改变，因此控制会很精确。也就是说阀门的整个行程都可用于控制。如果系统中的二通阀选型过大，阀门在全开位置时的压降很小，水泵的能耗减小。但是，从全开到全关位置的初始阀门行程对制程流量的影响很小。当达到控制点位置时大的流通面积意味着阀门行程的很小改变会引起很大的流量的改变。这样会导致奇怪的控制，稳定性和精度很差。需要一个折中的办法来平衡小阀门所提供的良好的控制和大阀门所减小的能源浪费。阀门的选择会
15、影响到水泵的选型、设备成本和运行费用。综合考虑这些参数是一个很好的方法，因为它们关系到系统的整个生命周期的全部成本。这些平衡可以通过计算相对于所安装系统的“阀权度”来实现。阀权度阀权度可以由公式6.3.4来确定。 图6.3.9 二通阀对泵的压头和压力的影响设计流量在部分负载下通过控制阀的压力降增加的压头流量 减少的流量系统的设计压头阀门处于部分关闭位置阀门全开如果管线没有安装阀门时的工作位置管道系统的压力降系统压力降在最大负载下通过控制阀的压力降系统曲线泵的特性曲线N = P1P1 + P24846.3.9第6章 控制硬件：电动/气动自动驱动装置章节6.3水系统控制阀的选型蒸汽和冷凝水系统手册此处：N = 阀权度P1 = 控制阀全开时的压降P2 = 回路其他部分的压降P1 + P2 = 整个回路的压降 N的值应该接近0.5（但不能大于），并且不能小于0.2。这样可以保证阀门的每个小的变
