暖通空调系统自动化第4章

第四章暖通空调自动控制常用执行器执行机构和调节机构第一节调节阀的种类和结构电磁阀固定铁心复位弹簧线圈阀盖活动铁心阀塞图2-2电磁阀结构2134567891-平衡孔2-活动铁心3-固定铁心4-线圈5-阀盖6-复位弹簧7-排出孔8-上腔9-主阀塞图2-3分导式电磁阀结构原理电动二通阀电动蝶阀连续控制调节阀电动调节阀调节阀的结构形式直通单座阀直通双座阀阀芯位移与流通面积的关系三通调节阀三通阀的旁路调节关系第二节调节阀的特性调节阀的工作原理122()1ppv12Fpphg2ACP1V1P2V22211221222Fpvpvhhhgggg22Fvhg2122ppvggQvA122()ppAQ12()ppQC12hh12vv阀杆受到的不平衡力22222122()()444tlggsgsFPdPdddPdP调节阀最大允许工作压差2max2svgdPPPdvP厂家样本中所列的允许使用压差调节阀的可调比maxminQRQmaxmaxminmintQCRQC调节阀的理想流量特性在理想情况下，假设调节阀的压降不随阀的开度和流量而变化的情况，因而得到的相对流量和相对开度之间的关系，称为称理想流量特性。它是由阀芯形状决定的。()maxQlfQL=直线流量特性直线特性调节阀的特点使得小流量调节时调节作用过于灵敏，不易稳定，大流量时又太迟钝，调节效果不明显。maxQdQKldLmax11(1)QlQRLR等百分比流量特性它的放大系数随行程增大而增大。在小流量的时候，流量变化的绝对值小；在大流量时，流量变化的绝对值大。所以它在小流量时工作平稳，在大流量时工作灵敏，适用于要求负荷变化大的场合。maxmax(/)QdQKQQldL1max/lLQQR快开流量特性快开流量特性调节阀的阀芯形状为平板式，阀的有效行程在d0/4（d0为阀座直径）以内，当行程再增大，阀的流通面积就不再增加了，便起不到调节作用了。快开特性的调节阀适用于要求迅速启动的场合2maxmaxQdQQKlQdL122max11(1)QlRQRL抛物线流量特性这种阀的性能特性介于直线性和等百分比型之间12maxmaxQdQQKlQdL2max11(1)QlRQRL流量特性的数学表达式和计算公式各种开度下的相对开度和相对流量调节阀的理想流量特性曲线不同流量特性阀芯形状(l)直线特性阀芯;(2)等百分比特性阀芯;(3)快开特性阀芯;(4)抛物线特性阀芯;(5)等百分比特性阀芯(开口形);(6)直线特性阀芯(开口形)三通调节阀的理想流量特性调节阀的工作流量特性串联管道时调节阀压差的变化阀权度就是调节阀全开时，阀上的压降与管路系统各局部阻力件之和（含阀上的压降）两者之间的比值。112iPPPPP1112mmmmPPSPPP调节阀的实际工作流量特性结论：串联连接调节阀的实际流量特性与阀权度（S值）有关。12max1111PQllffQLPLlfSL对理想流量特性的影响（a）直线流量特性（b）等百分比流量特性结论结论（1）对于一个串联连接调节阀的管道系统，阀权度S值越大，则说明调节阀的压降占整个系统比重越大，调节阀控制能力越大；当S＝1时，即管道阻力损失为零，系统的总压差全部降落在调节阀上，此时调节阀的实际工作特性与理想特性是一致的。结论结论（2）阀权度S越小，则说明调节阀的压降占整个系统的比重越小，调节阀的控制能力也就越差，也就是当流量增加时，调节阀前后压降逐步减少，虽然调节阀的节流面积增大了，但由于调节阀压降减少，流量并没有按理想特性增大，而使流量增大速率变缓。随着S的减少，即管道阻力损失增加，使系统压差降落在管道上的部分增加，调节阀全开时的流量减少。结论结论（3）随着S值的减少，流量特性发生很大的畸变，成为一系列向上拱的曲线。理想的直线特性趋向于快开特性，理想的等百分比特性趋向于直线特性，使小开度时放大系数增大，大开度时放大系数减少。S值太小时将严重影响自动调节系统的调节质量。在实际使用中，通常要求S值不低于0.3～0.5。调节阀的实际可调比sRRS1minmaxmax1minmaxmin1maxmin1maxminsPCCPQRQPCPCmaxmaxmaxminminminPCQCRQCPC1min1maxsPRRP1min1maxPSP调节阀的流通能力调节阀流通能力的定义为：当调节阀全开时，阀两端压差为1X105Pa，流体密度1g/cm3，每小时流经调节阀的流量数，以m3/h计。例如有一台C值为25的直通调节阀，当阀两端压差为1X105Pa，每小时能流过的水量是25m3。液体流通能力的计算公式1212316316316()QQGCPPPPP第三节调节阀的选择阀门功能的考虑三通阀与两通阀具有不同功能，因而也有着不同的使用场所。当水系统为变水量系统时，应采用两通阀；当水系统为定水量系统时，应采用三通阀。在采用两通阀时，为保证变水量系统的运行及节能，应采用常闭型阀门。当不需要工作时应能自动关闭（弹簧复位或者电动复位）。阀门工作范围①介质种类在空调系统中，调节阀通常用于水和蒸汽。这些介质本身对阀件无特殊的要求，因而一般通用材料制作的阀件都可以使用的。对于其他流体，则要考虑阀件材料。如杂质较多的流体，应采用耐磨材料；腐蚀性流体，应采用耐腐蚀性材料。②工作压力工作压力也和阀的材质有关，一般来说，在生产厂家的样本中对其都是有所提及的，使用时实际工作压力只要不超过其额定工作压力即可，通常在暖通空调中常用到的有PN16、PN25两种阀门，耐压值分别为1.6Mpa和2.5Mpa，前者多用于水系统，后者多用于高压蒸汽系统。③工作温度阀门资料中一般也提供该阀所适用的流体温度，只要按要求选择即可。常用阀门的允许工作温度对于空调冷、热水系统都是适用的。阀门工作介质的考虑在空调系统中，调节阀通常用于水和蒸汽。这些介质本身对阀件无特殊的要求，因而一般通用材料制作的阀件都可以使用的。对于其他流体，则要考虑阀件材料。如杂质较多的流体，应采用耐磨材料；腐蚀性流体，应采用耐腐蚀性材料。工作压力的考虑工作压力也和阀的材质有关，一般来说，在生产厂家的样本中对其都是有所提及的，使用时实际工作压力只要不超过其额定工作压力即可，通常在暖通空调中常用到的有PN16、PN25两种阀门，耐压值分别为1.6Mpa和2.5Mpa，前者多用于水系统，后者多用于高压蒸汽系统。工作温度的考虑阀门资料中一般也提供该阀所适用的流体温度，只要按要求选择即可。常用阀门的允许工作温度对于空调冷、热水系统都是适用的。调节阀流量特性的选择1.从控制系统的品质出发，选择阀的工作特性。热水加热器的静特性蒸汽加热器的静特性调节阀流量特性的选择2.根据调节阀的希望工作特性选择阀的流量特性。配管状态S=1~1.6S=0.6~0.3S＜0.3理想特性直线对数直线对数不宜调节实际特性直线对数直线或接近快开对数或接近直线不宜调节双位控制阀门口径选择只用双位控制即可满足要求的场所（如大部分建筑中的风机盘管所配的两通阀以及对湿度要求不高的加湿器用阀等），无论采用电动式或电磁式，其基本要求都是尽量减少阀门的流通阻力而不是考虑其调节能力。因此，此时阀门的口径可与所设计的设备接管管径相同。调节用阀门口径的选择调节用的阀门，直接按接管管径选择阀口径是不合理的。因为阀的调节品质与接管流速或管径是没有关系的，它只与其水阻力及流量有关。换句话说，一旦设备确定后，理论上来说，适合于该设备控制的阀门只有一种理想的口径而不会出现多种选择。因此，选择阀门口径的依据只能是其流通能力。某一厂家产品随阀门口径变化时流通能力的变化D/mm151515152025324050658010011.62.546.31016254063100160sC调节阀电动执行机构的选择要注意以下几点：1、模拟量与数字量选择执行机构，首先要清楚该执行机构所配合的调节阀是做何用途。如果该阀门是用于连续调节，例如水系统中通过调节电动两通阀的开度来调节空调机组的供热量或供冷量，需要阀门的开度在一定范围内可以连续变化，这时候就需要采用模拟量的执行机构。如果该阀门只是用于两位式控制，即只有开/关两个状态，例如在水系统中风机盘管二通阀只是通过阀的开闭来控制风机盘管的换热量，与它们配合的都是数字量的执行机构。2、电源电压数字量执行机构选择，还需要考虑电源电压的情况。通常数字量执行器的电源电压主要有24VAC（24VDC）、110VAC、220VAC，通常需要根据电气设计的实际情况来选择。3、信号值模拟量执行机构的选择，要考虑信号制式的选择，要与控制器模拟输出信号相一致。通常可以采用的信号制式有0-10VDC、2-10VDC、4-20mADC等。第四节电动风量调节阀风阀的结构与原理叶片角=0°全开半开全关风门叶片风道风道叶片角=a叶片角=90°风道风阀执行机构风阀执行器扭矩的计算设图示的平行叶片风阀尺寸为A＝1.2米，B＝2.4米，则总面积F＝1.2米×2.4米＝2.88平方米；风阀在测试条件下（静压＝500Pa，面风速＝5米/秒），每平方米风阀面积所需的扭矩值为10牛顿/平方米；则风阀执行机构需要提供的扭矩为：10牛顿/平方米×2.88平方米＝28.8牛•米。在实际选型中，还要考虑现场的环境温度，电压，空气流速和压力的变化影响，有必要在计算值基础上乘以一个安全系数。第五节电气执行器光电隔离器光电隔离器由GaAs红外发光二极管和光敏三极管组成。当发光二极管有正向电流通过时，即产生人眼看不见的红外光，其光谱范围为700-1000nm。光敏三极管接收光以后便导通。而当该电流撤去时，发光二极管熄灭，三极管截止。利用这种特性即可达到开关控制的目的。由于该器件是通过电一光一电的转换来实现对输出设备控制的，彼此之间没有电气连接，因而起到隔离作用光电隔离器供电值得注意的是输入、输出端两个电源必须单独供电，否则，如果使用同一电源(或共地的两个电源)外部干扰信号可能通过电源串到系统中来，这样就失去了隔离的意义。继电器输出技术当感应电压与Vc之和大于晶体管T的集电结反向电压时，晶体管T有可能损坏。加入二极管D后，继电器线圈产生的感应电流由二极管D流过，因此，不会产生很高的感应电压，因而使晶体管T得到保护。直流型固态继电器输出技术固态继电器(SolidStateRelay)简称SSR。它是用晶体管或可控硅代替常规继电器的触点开关，而在前级把光电隔离器融为一体，因此，固态继电器实际上是一种带光电隔离器的无触点开关。交流型过零型SSR过零型必须在负载电源电压接近零且输入控制信号有效时，输出端负载电源才导通。而当输入的控制信号撤消后，流过双向可控硅负载电流为零时才关断。输出信号波形SSR控制单向交流控制电动机改变交流电动机通电绕组，即可控制电动机的旋转方向。例如用它控制流量调节阀的开和关，从而实现控制管道中流体流量的目的。大功率场效应管开关其中，G为控制栅极，D为漏极，S为源极。对于NPN型场效应管来讲，当G为高电平时，栅极与漏极导通，允许电流通过，否则场效应管关断。值得说明的是，由于大功率场效应管本身没有隔离作用，故使用时为了防止高压对微型机系统的干扰和破坏，通常在它与微机之间加一级光电隔离器。单向可控硅单向可控硅的单向导通功能，多用于直流大电流场合。在交流系统中常用于大功率整流回路。双向可控硅这种可控硅具有双向导通功能。其通断状态由控制极G决定。在控制极G上加正脉冲(或负脉冲)可使其正向(或反向)导通。这种装置的优点是控制电路简单，没有反向耐压问题，因此特别适合于作交流无触点开关使用。双向可控硅控制电炉加热为了提高效率，要求触发脉冲与交流同步。通常采用检测交流电过零点来实现。