1 引言

    目前，暖通空调系统中，不仅用户要求能够自主调节室温，而且系统趋向变流量运行，但实际运行调节中出现了许多问题。如有时通过调节阀门，很难准确地调节流量及末端设备散热量。为此，需采用调节阀，本文对两通调节阀的调节特性进行分析。

    2 两通调节阀的调节特性

    2.1 工作原理

    调节阀是一个局部阻力可以变化的节流元件。对于不可压缩流体，可根据能量守恒原理，导出调节阀的流量方程^[1，2]：

        （1）

    或： p₁-p₂=Sq²     （2）

    式中：q— 流体流经调节阀的流量；
    A— 流通面积：
    ξ— 调节阀的阻力系数；
    p₁，p₂— 调节阀进出口压力；
    ρ— 流体密度；
    S— 调节阀的阻力数。

    对于同一种流体，流经调节阀的流量与调节阀的ξ有关，而ξ的变化是通过阀芯行程的改变来实现的。也就是说改变阀门开度，也就改变了ξ，从而达到调节流量的目的。开度越大，ξ越小，通过的流量越大。

    2.2 两通调节阀的理论调节特性

    两通调节阀的理论调节特性（流量特性）是指在固定调节阀前后压差的情况下，流体流过调节阀的相对流量与调节阀的相对开度之间的关系，即

        （3）

    式中：q/q_max— 相对流量，即调节阀在某一开度的流量与流量之比；
    l/l_max— 相对开度，即调节阀某一开度下的行程与全开时行程之比。

    两通调节阀的调节特性分为直线特性、等百分比特性、抛物线特性和快开特性。

    但在暖通空调系统中，调节阀通常与管道、末端设备及附件串联在一起，组成末端环路（见图1）。

    调节阀前后的压差不能保持恒定。因此调节特性就会发生扭曲。为了表示调节特性扭曲的程度，引入理论阀权度的概念，即调节阀全开时消耗的压力降△p_min与调节阀关闭时消耗的压差之比。

    △p_min等于资用压头减去末端设备、管道及附件消耗的压力降。当调节阀关闭时，流量为零，调节阀消耗压力降等于末端环路资用压头△p_max。理论阀权度β可用式（4）表示：

        （4）

    式中：△p_min— 资用压头减去末端设备、管道及附件消耗的压力降，MPa；
    △p_max— 末端环路资用压头，MPa；
    S_v，S_t，S_p— 调节阀全开时，控制阀、末端设备和附件、管路的阻力数。

    由此可见，理论阀权度β是由末端环路各部件的阻力特性决定的。对不同β的值，调节阀调节特性的扭曲程度也就不同。图2为直线特性和等百分比调节特性在不同β情况下的扭曲程度。

    以直线特性调节阀为例，当阀权度小于0.1时，调节阀的流量调节特性变得很差。当相对开度为10%时，环路流量接近流量的30%。在这种情况下，很难保证稳定的调节。

    可以看出，阀权度大于0.5是可以接受的。此时调节特性的扭曲程度不大，即当调节阀全开时的阻力数至少应为环路阻力数的一半。

    2.3 两通调节阀的实际调节特性

    以上对调节特性的分析，都是以流量为基准的，但通常以设计流量为基准，来分析调节阀的调节特性。由于以下原因，设计流量往往不等于系统的流量。

    （1）设备选型过大

    调节阀设计选型过程中，要对流量和压力进行理论计算。因只有标准型号的调节阀，有时很难找到在设计压力降下能够达到设计流量下的调节阀。

    （2）资用压头变化

    由于变流量运行，系统集中调节和用户局部调节都会使末端环路的资用压头发生变化，导致末端设备流量发生变化。

    因此，引入实际阀权度β′的概念来分析两通阀的实际调节特性。实际阀权度β′指在设计流量下，调节阀全开时消耗的压力降与调节阀关闭时消耗压力降之比，其计算见式（5）：

        （5）

    式中：q_d— 设计流量，m³/s；
    q_max— 末端环路流量，m³/s；
    M_o— 过流系数。

    理论阀权度β和实际阀权度β’之间的关系可以用式（6）来表示

    β=β′M_o²    （6）

    当流量等于设计流量时，β等于β′。等百分比特性两通调节阀的实际调节特性见图3。

    3 平衡阀对两通阀调节特性的影响

    由于设备选型的原因，很难避免系统过流。为了使系统达到设计流量，通常采用平衡阀来限制流量。图4为平衡阀对两通阀的调节特性的影响。若没有平衡阀，两通阀相对开度100%时，过流达22%。通过安装平衡阀可以在设计工况下使末端流量达到设计值，而且能够改善两通阀的调节特性。此外，平衡阀还可以起到诊断和关断的作用。

    4 结语

    （1）当两通调节阀与末端设备、管道和附件串联时，其理论调节特性会发生扭曲，扭曲程度用理论阀权度表示。阀权度大于0.5时，扭曲程度不大。
    （2）在实际供暖空调系统中，调节特性是以设计流量为基准的。此时，由于设备选型过大、系统变流量运行等原因，导致两通调节阀的实际调节特性也发生扭曲，扭曲程度用实际阀权度表示。为达到设计流量和稳定调节，可以采用平衡阀对系统进行调节。

原创作者：浙江金锋自动化仪表有限公司