进口电动调节阀在暖通空调领域的应用

电动调节阀是工业自动化过程控制中的重要执行单元仪表。与传统调节阀相比具有明显的优点：电动调节阀节能（只在工作时才消耗电能），环保（无碳排放），安装快捷方便（无需复杂的气动管路和气泵工作站）。

执行器的作用：

执行器接受调节器的指令信号，经执行机构将其转换成相应的角位移或直线位移，去操纵调节机构，改变被控对象进、出的能量或物料，以实现过程的自动控制。执行器常常工作在高温、高压、深冷、强腐蚀、高粘度、易结晶、闪蒸、汽蚀、高压差等状态下，使用条件恶劣，因此，它是整个控制系统的薄弱环节。

电动调节阀的结构与工作原理：

电动调节阀的基本结构：

下图示是实验装置所配的电动调节阀典型外形，它由两个可拆分的执行机构和调节阀（调节机构）部分组成。上部是执行机构，接受调节器输出的0～10mADC或4～20mADC信号，并将其转换成相应的直线位移，推动下部的调节阀动作，直接调节流体的流量。

电动执行机构的基本结构：

下图示是一个一体化的直行程电动执行机构。它由相互隔离的电气部分和齿轮传动部分组成，电机作为连接两个隔离部分的中间部件。电机按控制要求输出转矩，通过多级正齿轮传递到梯形丝杆上，梯形丝杆通过螺纹变换转矩为推力。输出轴止动环上连有一个旗杆，旗杆随输出轴同步运行，通过与旗杆连接的齿条板将输出轴位移转换成电信号，提供给智能控制板作为比较信号和阀位反馈输出。

电动执行机构的工作原理：

电动执行机构的工作原理可以用下图表示，当控制器的输入端有一个信号输入时，此信号与位置信号进行比较，当两个信号的偏差值大于规定的死区时，控制器产生功率输出，驱动伺服电动机转动使减速器的输出轴朝减小这一偏差的方向转动，直到偏差小于死区为止。此时输出轴就稳定在与输入信号相对应的位置上。

控制器结构：

实验装置所配的控制是一个智能型的，以专用单片微处理器为基础，通过输入回路把模拟信号、阀位电阻信号转换成数字信号，微处理器根据采样结果通过人工智能控制软件后，显示结果及输出控制信号。

调节阀的基本结构：

调节阀与工艺管道中被调介质直接接触，阀芯在阀体内运动，改变阀芯与阀座之间的流通面积，即改变阀门的阻力系数就可以对工艺参数进行调节。

这里给出直通单阀座和直通双阀座的典型结构，它由上阀盖(或高温上阀盖)、阀体、下阀盖、阀芯与阀杆组成的阀芯部件、阀座、填料、压板等组成。

其结构与动作原理看下动图将更直观。

调节阀的基本结构：

调节阀的性能特点：直通单阀座的阀体内只有一个阀芯和一个阀座，其特点是结构简单、泄漏量小(甚至可以完全切断)和允许压差小。因此，它适用于要求泄漏量小，工作压差较小的干净介质的场合。在应用中应特别注意其允许压差，防止阀门关不死。直通双座调节阀的阀体内有两个阀芯和阀座。它与同口径的单座阀相比，流通能力约大20%～25%。因为流体对上、下两阀芯上的作用力可以相互抵消，但上、下两阀芯不易同时关闭，因此双座阀具有允许压差大、泄漏量较大的特点。故适用于阀两端压差较大，泄漏量要求不高的干净介质场合，不适用于高粘度和含纤维的场合。

电动调节阀的基本使用：

识读铭牌：

识读电动调节阀的铭牌，并回答问题：a）口径多少？b）阀杆行程多大？c)工作压力是多少？d）流量系数多少？e)最大推力是多少？

线路联接：打开机壳即可看见如图示意，对应图示插上智能控制板，嵌入定位销将其固定。执行机构外壳内有端子条用于电气接线，选择适当的电源线与执行机构相连，建议使用Φ1.0（mm2）导线。

整体式电动阀电气原理图：

电动执行机构工作原理分析：

电动执行机构的结构原理：

伺服放大器将输入信号Ii与反馈信号If进行比较，得到差值信号δ I (δ I = ∑ II-IF)。当差值信号δI > 0时，δI经伺服放大器放大后会带动伺服电机正转，再经机械减速器减速后输出角度θ增大。输出轴的角位置由位置变送器转换成相应的反馈电流If，反馈到伺服放大器的输入端以减小δ I，直到δ I = 0，伺服电机停止转动，输出轴稳定在输入信号对应的位置。反之，当δI < 0时，伺服电机反转，输出轴旋转角度θ减小，If相应减小。直到δI = 0，伺服电机停止转动，输出轴稳定在另一个新位置。

伺服放大器:

伺服放大器主要由前置磁放大器、触发器和可控硅交流开关组成。其与电机配合工作的伺服驱动电路如下图所示。

前置放大器是一个高增益的放大器。根据输入信号和减法后反馈信号的正负偏差，在A、B产生两位输出电压，控制两个晶闸管触发电路中的一个工作，另一个停止。

执行单位:

执行单元由伺服电机、机械减速和位置变送器组成。执行单元接收伺服放大器或电动执行器的输出信号，控制伺服电机的正反转，经机械减速器减速后，成为推动调节机构动作的输出扭矩。同时，位置变送器将调节机构的角位移转换成相应的0 ~ 10 mA DC信号，作为阀门位置指示，作为位置反馈信号反馈到前置放大器的输入端，以平衡输入信号。

(1)伺服电机

伺服电机实际上是一个两相电容异步电机，它将伺服放大器输出的电功率转换成机械扭矩，作为执行机构的动力部件。

（2）减速器：目前电动执行机构中常用的减速器有行星齿轮和蜗轮蜗杆两种，其中行星齿轮减速器由于体积小、传动效率高、承载能力大、单级速比可达100倍以上，获得广泛的应用。

（3）位置发送器：位置发送器的作用是将电动执行机构输出轴的位移转变为0～10mA，DC反馈信号的装置。其主要部分是差动变压器，下图所示。

电动调节阀在暖通空调领域的应用：

在现代空调系统设计中，越来越多的空调系统中对于能量的交换采用自动控制，即根据室温的变化对系统供应的热/冷水量或风量进行相应的调节以达到所需的室温。在一个完整的控制回路中，需要用到如下图所示的室温或回风温度传感器，控制器及执行机构（如下图中的电动调节阀）。在水路系统中，电动调节阀就是最常用的执行机构。

空气处理机组的控制

电动调节阀由驱动器和阀体二部分组成，根据控制器的信号的要求开大或关小阀门，对流量进行调节，从而实现调节能量的目的。

下面是涉及电动调节阀选型和使用的一些基础知识：

一、阀门的流通能力

1.定义：阀门的流通能力反映的是阀门的通过能力，其定义为阀两端的压差为1bar时，通过阀门KV的流量，常用来表示，见公式（1）。当阀门处于全开状态时的流通能力为阀门的最大流通能力，常用KVS表示。KVS是阀门的一个特性参数，类似电路中电阻的概念，它只与阀门的结构有关，是一个不变的值，是厂家必须提供的阀门技术参数之一。

公式（1）：

阀门全开时的流通能力最大为KVS，全关时为0，其它开度位置的流通能力用KV值表示，与阀门的开度相对应。

从公式（1）可以引申出二个非常有用的公式（2）和（3）：

例如：已知经过阀门的设计流量和阀门的KVS值，可通过公式（3）算出阀门的压降，为水泵选型提供依据。

2.阀门串、并联时的总的KVO与每个阀门KV值之间的关系：

等式(4)对于并联阀门的设计非常有用。经常有一些系统需要使用大口径调节阀，比如DN300，这种大口径调节阀在市场上很难买到。即使有，也很贵。而且这种大阀门的关闭压差会很大，很难使用大扭矩的驱动器。所以很多工程往往用电动蝶阀来代替这种需求，只满足尺寸安装的要求，舍弃了最重要的调节性能。

实际上，当满足这种大口径阀门的需求时，通常可以通过并联两个阀门来解决。通常两个阀的KV值按照1/3和2/3的关系并联匹配。开启时，先开小阀，后开大阀。关闭时，先关闭大阀，再关闭小阀。

这样做的好处是:

(1)将一个大直径阀门转换成两个常规小直径阀门的成本低于大直径阀门；

(2)两个阀门并联后，在关闭过程中由于小阀门的旁通，直径较大的容易关闭；

(3)与大阀相比，小流量时的调节性能得到改善，因为它是由小阀调节的。

二、电动调节阀的理想流量特性曲线

任何阀门都有其固有的流量特性，反映了阀门的相对流量与相对行程之间的关系。当阀门前后压差一定时，得到的流量特性称为阀门的理想流量特性。常见阀门的理想流量特性主要包括以下四类，如图2所示:

①.直线型：单位行程变化引起的流量变化相等。小流量时流量的变化大，不易微调与控制，配合不好时会产生振荡。

②.抛物线型：流量特性为一条二次抛物线，介于直线与等百分比特性之间。

③.等百分比型：同样行程在小开度时流量变化小，大开度时流量变化大，适用于负荷变化幅度较大的系统，也称对数特性型。

④.快开型：行程较小时，流量就比较大，随着行程的增大流量很快达到最大。阀的有效行程＜d/4（d为阀座直径）。行程再增大时已不起调节作用，适用于双位控制。

阀门的各种流量特性是通过不同的阀芯形状来实现的，如图3所示：在暖通空调系统中，空调箱和风机盘管在小温差下运行，流量和换热量的关系是一条向上的曲线，如图4a所示。因此，为了实现调节阀的阀开度与盘管散热量的线性关系，需要采用等百分比流量的理想流量特性的调节阀，以达到图4c所示的理想控制效果。然而，截止阀如球阀、蝶阀、闸阀、截止阀等。都属于快开特性，不具备可调性，不能作为调节阀使用，不能达到图4c所示的控制效果。

三、阀权度和调节阀实际工作流量特性的关系

1.阀门重量的定义:阀门全开时阀门两端的压降与阀门全关时的压降之比也可以近似表示为阀门全开时阀门压降与控制回路总压降之比，如公式(6)所示。理论上该值越大越好，说明该阀能有效调节流量，从而有效控制能量输出。但是，当没有其他设施保证其阀权时，实现较大的阀权是矛盾的，这意味着电动调节阀上的压降较大，将消耗更多的泵头，使运行不经济。所以综合考虑，A一般取0.5左右(无动压差平衡阀时)，最低不小于0.3。

2.阀门实际工作流量特性:当阀门两端压差保持不变，即阀门重量不变时，得到阀门的理想流量特性。但在实际系统中，阀门从关闭到全开的过程中，两端的压差是变化的。在调节阀前后压差随负载变化的情况下，调节阀的相对行程与相对流量的关系即为阀门的工作流量特性。在不同的阀重下，电动调节阀的工作流量特性是不同的。图6显示了不同阀门重量时的流量特性曲线:

从上图可以看出，随着阀门重量的减小，理想直线流量特性趋于快开流量特性，理想等百分比流量特性趋于直线流量特性。因此，为了保证阀门原有的调节性能，必须保证一定的阀门重量。

电动调节阀选择示例:

一、电动调节阀的选择原则:

阀体:阀体应根据承压要求和阀门流量系数KVS进行选择。

司机:主要是检查最大关闭压差是否符合要求。