第四章暖通空调自动控制常用执行器

1、第四章第四章 暖通空调自动控制常用执行器暖通空调自动控制常用执行器 执行机构和调节机构 第一节第一节 调节阀的种类和结构调节阀的种类和结构 电磁阀电磁阀 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 2 1 3 4 5 6 7 8 9 1-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

2、理 12 2()1pp v 12 F pp h g 2 A C P1V1P2V2 22 1122 12 22 F pvpv hhh gggg 2 2 F v h g 2 12 2 ppv gg QvA 12 2()ppA Q 12 ()pp QC 12 hh 12 vv 阀杆受到的不平衡力阀杆受到的不平衡力 22222 122 ()() 444 tlggsgs FPdPdddPd P 调节阀最大允许工作压差 2 max2 s v g d PPP d v P 厂家样本中所列的允许使用压差 调节阀的可调比 max min Q R Q maxmax minmin t QC R QC 调节阀的理想流量

3、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。 ( ) m ax Ql f QL = 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。 max Q d Q K l d L max 11 (1) Ql QR LR 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。 max m

4、ax (/) Q d Q K Q Q l d L 1 max / l L Q QR 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 2 max max Q d QQ K l Q d L 1 2 2 max 1 1 (1) Ql R QRL 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 1 2 max max Q d QQ K l Q d L 2 max 1 1 (1) Ql R QRL 流量特性的数学表达式和计算公式 各种

5、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。 112i PPPPP 11 12 mm mm PP S PPP 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。 1 2 m

6、ax 1 1 11 PQll ff QLPL l f SL 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 w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 w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，

7、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 w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0.30.5。 调节阀的实际可调比 s RR S 1min max max1min max min 1maxmin1max min s P C CPQ R QPCP C max maxmax mi

8、nmin min P C QC R QCP C 1min 1max s P RR P 1min 1max P S P 调节阀的流通能力 w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。 w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 1212 316316316 () QQG C PPPPP 第三节 调节阀的选择 阀门功能的考虑 w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

9、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。 w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 w介质种类 w 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。 w工作压力 w 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

10、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。 w工作温度 w 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

11、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=11.6S=0.60.3S0.3 理想特性直线对数直线对数不宜调节 实际特性直线对

12、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 w 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

13、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 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

14、的电源 电压主要有24V AC（24VDC）、110V AC、220V AC，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0-10V DC、2-10V DC、4-20mA DC等。 第四节 电动风量调节阀 风阀的结构与原理风阀的结构与原理 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A1.2米，B2.4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 500

15、Pa，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。 第五节第五节 电气执行器电气执行器 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700-1000 nm。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

16、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(Solid State Relay)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

17、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 w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。 w值得说明的是，由

18、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 w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。 交流接触器 交流接触器是一种远距离接通或切