樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中執(zhí)行器的選擇
[來(lái)源：原創(chuàng)] [作者：jiatai] [日期：11-11-29] [熱度：]
在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(BAS)中，執(zhí)行器處于最后一個(gè)環(huán)節(jié)，是各種控制系統(tǒng)中不可缺少的一部分，它的重要性不言而喻。合理選擇與正確使用執(zhí)行器將對(duì)智能技術(shù)的實(shí)現(xiàn)起積極作用。執(zhí)行器是自動(dòng)控制系統(tǒng)的末端部件，例如，調(diào)節(jié)閥、風(fēng)門(mén)、電加熱器的調(diào)整裝置和電磁閥等，其中調(diào)節(jié)閥是智能建筑中使用最廣泛的一種執(zhí)行器。在供熱、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)中使用了大量控制閥門(mén)。執(zhí)行器的好壞直接影響到系統(tǒng)是否能正常工作。
由于執(zhí)行器的原理比較簡(jiǎn)單，人們?cè)谠O(shè)計(jì)中常忽視這一環(huán)節(jié)。事實(shí)上，執(zhí)行器處在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境中，長(zhǎng)期和生產(chǎn)介質(zhì)接觸，要保證它的安全運(yùn)行并非一件易事，它也是樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中最薄弱的一個(gè)環(huán)節(jié)。由于設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)執(zhí)行器選擇不當(dāng)或運(yùn)行時(shí)維護(hù)不善，常使整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)工作不正常，或嚴(yán)重影響調(diào)節(jié)品質(zhì)而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失靈。在目前已竣工的智能建筑工程中，相當(dāng)部分的控制系統(tǒng)不盡人意，雖不全是執(zhí)行器引起的問(wèn)題，但的確占有相當(dāng)比例。因此在樓字自動(dòng)化系統(tǒng)中必須對(duì)執(zhí)行器的選擇與應(yīng)用給予加倍的重視，從設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該重視執(zhí)行器的選用，精心考慮應(yīng)用的要求直至安裝細(xì)節(jié)，注意考慮各種因素，包括人為因素，客觀評(píng)價(jià)方案的先進(jìn)性。造價(jià)時(shí)應(yīng)力求做到技術(shù)領(lǐng)先、價(jià)格合理，使配置滿足要求。這樣做可以真正做到部件與系統(tǒng)的無(wú)縫連接。優(yōu)化的工程設(shè)計(jì)方案是實(shí)現(xiàn)預(yù)期目的和效果的重要保證。
1 控制閥門(mén)的選擇
在樓字系統(tǒng)的供熱、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)中經(jīng)常采用各種控制閥門(mén)，如冷凍水、熱水等的控制。控制閥門(mén)的選型主要包括閥的口徑選擇、型號(hào)選擇、閥的流量特性選擇以及閥的材質(zhì)選擇，包括閥體、閥芯、閥座。同時(shí)閥門(mén)的防護(hù)等級(jí)、控制信號(hào)、電源、額定功率、泄漏、最大壓差和環(huán)境溫度等也需考慮。
1.1 調(diào)節(jié)閥口徑的選擇
根據(jù)工藝參數(shù)計(jì)算調(diào)節(jié)閥的流通能力，從而確定口徑大小。假設(shè)控制特性優(yōu)良，則調(diào)節(jié)閥口徑的選擇就成了控制品質(zhì)好壞的關(guān)鍵。有些設(shè)計(jì)人員憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì)閥口徑大小，不加以認(rèn)真計(jì)算和核對(duì)，有時(shí)難免選擇不夠合理。還有一種情況，就是做暖通空調(diào)的工程師把這部分工作完全委托給控制工程師做，這樣也會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，控制工程師選擇調(diào)節(jié)閥時(shí)通常對(duì)控制品質(zhì)考慮較多，可能導(dǎo)致口徑偏小。實(shí)際上，由暖通工程師選擇調(diào)節(jié)閥更好，因?yàn)樗麄兏煜け豢貙?duì)象及管道特性。調(diào)節(jié)閥的流通能力、控制品質(zhì)都要考慮，設(shè)計(jì)時(shí)各方要溝通、協(xié)調(diào)。多數(shù)工程中常用的原則是在滿足流通能力的條件下，盡可能選口徑小的閥門(mén)。
調(diào)節(jié)閥的口徑主要是根據(jù)工藝要求的流通能力來(lái)確定的。調(diào)節(jié)閥的流通能力直接反映調(diào)節(jié)閥的容量，它是設(shè)計(jì)、選用調(diào)節(jié)閥的主要參數(shù)。調(diào)節(jié)閥的流量與閥芯、閥座的結(jié)構(gòu)、閥前后的壓差、流體的特性等因素有關(guān)。流通能力的計(jì)算是確定調(diào)節(jié)閥口徑的最主要的理論依據(jù)，但其計(jì)算方法國(guó)內(nèi)外目前尚未統(tǒng)一。我國(guó)規(guī)定的流通能力的定義為：當(dāng)閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，閥兩端壓差為0.1Mpa、流體密度為100kS/m3時(shí)每小時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量數(shù)(m3/h)，以C表示。工程計(jì)算中都通過(guò)計(jì)算流通能力來(lái)確定調(diào)節(jié)閥的口徑，有的閥門(mén)制造商在用戶應(yīng)用手冊(cè)中提供一些選擇閥門(mén)口徑的計(jì)算表格。在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，流過(guò)調(diào)節(jié)閥的介質(zhì)主要是水、蒸汽，可以在設(shè)計(jì)手冊(cè)上查相關(guān)C值的計(jì)算公式。
1.2 調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇
閥門(mén)的流量特性是否恰當(dāng)，直接關(guān)系到閥門(mén)工作的好壞，應(yīng)根據(jù)工藝對(duì)象的特點(diǎn)，選擇閥芯的流量特性。調(diào)節(jié)閥的流量特性是指被調(diào)介質(zhì)流過(guò)閥的相對(duì)流量與閥門(mén)的相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系。根據(jù)閥芯的形狀不同，主要分為直線、等百分比和快開(kāi)三種。一般情況下，由于等百分比流量特性的調(diào)節(jié)閥能適應(yīng)負(fù)荷變化較大的場(chǎng)合，故常優(yōu)先考慮選用。
針對(duì)調(diào)節(jié)對(duì)象的特性，考慮閥門(mén)流量特性與對(duì)象的配合，對(duì)于改善整個(gè)系統(tǒng)的特性極為重要。對(duì)象負(fù)荷變化情況、配管情況及調(diào)節(jié)品質(zhì)情況都要考慮。例如，控制熱水加熱器時(shí)或管道阻力較大時(shí)或系統(tǒng)負(fù)荷大幅度變化時(shí)，都應(yīng)選百分比流量特性。如果控制的是蒸汽加熱器或閥前后壓差一定或負(fù)荷變化小，則應(yīng)選直線流量特性。
1.3 閥體結(jié)構(gòu)型號(hào)的選擇
除了閥的口徑需要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合計(jì)算確定外，調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)型號(hào)的選擇也十分重要。有不少場(chǎng)合，由于閥結(jié)構(gòu)型號(hào)選擇不當(dāng)導(dǎo)致控制系統(tǒng)不能正常運(yùn)行或運(yùn)行失敗。為此，應(yīng)根據(jù)工藝狀況及流體性質(zhì)綜合考慮，合理選擇調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)形式。樓字自動(dòng)化系統(tǒng)中常用的調(diào)節(jié)閥為：直通單座閥、直通雙座閥和三通閥。另外，由于套筒閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、球閥和蝶閥的性能優(yōu)良，其應(yīng)用也日趨廣泛。
1.3.1 直通單座閥
直通單座閥的主要特點(diǎn)是：平衡力大，泄漏量小，容易關(guān)斷，許用壓差小，流通能力小。這種閥適用于要求泄漏量小和壓差較小的場(chǎng)合（當(dāng)壓差大時(shí)必須選用推力大的執(zhí)行機(jī)構(gòu)或配用閥門(mén)定位器）。
1.3.2 直通雙座閥
直通雙座閥的主要特點(diǎn)是：不平衡力很小，泄漏量大，許用壓差大，流通能力大，適用于對(duì)泄漏量要求不嚴(yán)和壓差較大的場(chǎng)合。但直通雙座閥由于閥體流路復(fù)雜，故不適用于高粘度和含纖維介質(zhì)的場(chǎng)合。
1.3.3 三通閥
三通閥按作用方式可分為合流閥和分流閥。合流閥用得最多，它是指兩種流體通過(guò)混合產(chǎn)生第三種流體，或者兩種不同溫度的流體通過(guò)閥后混合成溫度介于前兩者之間的第三種流體。它有兩個(gè)進(jìn)口，一個(gè)出口。當(dāng)閥芯關(guān)小一個(gè)入口的同時(shí)，就開(kāi)大另一個(gè)人口。分流閥是把一種流體通過(guò)閥后變成兩路，故它有一個(gè)人口和兩個(gè)出口，在關(guān)小一個(gè)出口的同時(shí)，會(huì)開(kāi)大另一個(gè)出口。在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，三通閥一般用于熱交換器的旁通調(diào)節(jié)，流體溫度一般為300℃以下，兩種流體溫差不大于150℃。
1.3.4 蝶閥
蝶閥又叫翻板閥，其優(yōu)點(diǎn)是流通能力大，約為同口徑雙座閥的1.5~2倍，價(jià)格便宜，特別是在口徑較大時(shí)，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，安裝空間很小，適用于大口徑、大流量、低壓差的場(chǎng)合。但這種閥泄漏量較大，操作轉(zhuǎn)矩大，如口徑較大或壓差高時(shí)，需配用較大的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。蝶閥特別適用于低壓差、大口徑、大流量的氣體。目前大口徑管路用的主要是蝶閥。在轉(zhuǎn)角小于70°時(shí)，流量特性與等百分比特性相似。蝶閥分為常溫蝶閥（-20℃~450℃）、高溫蝶閥（450℃~600℃和600℃~850℃）、低溫蝶閥（-40℃~-200℃）和高壓蝶閥（PN≤3200kPa）四種。
1.3.5 套筒閥
套筒閥兼有單、雙座閥的優(yōu)點(diǎn)，在穩(wěn)定性、壽命、裝卸、維修方面又優(yōu)于單、雙座閥，因此它已成為調(diào)節(jié)閥的主流。其主要優(yōu)點(diǎn)是：穩(wěn)定性好、互換性和通用性強(qiáng)，許用壓差大和熱膨脹影響小，維修方便、壽命長(zhǎng)、噪聲低。
1.3.6 偏心旋轉(zhuǎn)閥
偏心旋轉(zhuǎn)閥又稱凸輪撓曲閥，它綜合了球、蝶閥的長(zhǎng)處，適用于含固體懸浮物和高粘度的流體。其特點(diǎn)是流通能力較大，比同口徑的單、雙座閥大10%~30%，閥座密封可靠，泄漏量小于0.01%Cv。
1.3.7 球閥
球閥應(yīng)用相當(dāng)普遍，其主要優(yōu)點(diǎn)是流通能力大，比普通閥高2倍以上，控制特性好，為等百分比流量特性。但大口徑球閥價(jià)格貴，相比之下，蝶閥較便宜，大口徑蝶閥更是如此。球閥、蝶閥都是用于開(kāi)/關(guān)控制的理想設(shè)備。O型球閥的閥芯為球形，可起調(diào)節(jié)和切斷作用，常用于開(kāi)/關(guān)控制，故又稱為開(kāi)關(guān)球閥。其最大特點(diǎn)是流路簡(jiǎn)單，全開(kāi)時(shí)形成直通道，壓力損失最小，特別適用于高粘度等流體。
1.4 閥體及閥芯材料的選擇
選擇閥體材料時(shí)，應(yīng)根據(jù)工藝介質(zhì)的溫度、壓力、腐蝕性、氣蝕、沖刷等因素考慮。鑄鋼閥能滿足一般工業(yè)要求，應(yīng)用中常采用普通不銹鋼（1Crl8Ni9Ti），耐蝕要求較高時(shí)可選用鉬二鈦不銹鋼（Crl8Nil2M02Ti），此外還可選用適用于大多數(shù)腐蝕介質(zhì)的全鈦材質(zhì)。調(diào)節(jié)閥的使用溫度范圍及壓力等級(jí)一般在銘牌和產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)中有明確標(biāo)注。
2 氣動(dòng)執(zhí)行器的選擇
2.1 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇
在易燃易爆場(chǎng)合，應(yīng)選用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或防爆型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。氣動(dòng)執(zhí)行器是以壓縮空氣為能源的執(zhí)行器，習(xí)慣上稱氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，它一般由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成，有時(shí)還配有閥門(mén)定位器等附件。它的主要特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、性能穩(wěn)定、故障率低、價(jià)格便宜、維修方便、防爆、容易做成大功率等。它不僅能與氣動(dòng)單元儀表配套使用，而且可以通過(guò)電—氣轉(zhuǎn)換和電—氣閥門(mén)定位器控制，還能與電動(dòng)單元組合儀表配套使用。與電動(dòng)執(zhí)行器相比，性能優(yōu)越，廣泛應(yīng)用于樓字自動(dòng)化系統(tǒng)中。
氣動(dòng)執(zhí)行器分為氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)又有多種形式，實(shí)際應(yīng)用中廣泛采用的是薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)和活塞機(jī)構(gòu)。氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)按動(dòng)作方式可分為正作用式和反作用式。氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程規(guī)格有10mm、16mm、25mm、40mm、60mm、100mm等，膜的有效面積有200cm2、280cm2、400cm2、630cm2、1000cm2、1600cm2等六種規(guī)格。其中彈簧和膜片是影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)線性特性的關(guān)鍵零件。
氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于波紋膜片受的壓力一般為20~l00kPa，但為了得到較大推力就要求使用較大的薄膜面積，使膜片盒顯得很龐大，對(duì)中小口徑的閥就不相稱?；钊綀?zhí)行機(jī)構(gòu)屬于一種強(qiáng)力氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由于氣缸允許操作壓力高達(dá)0.5Mpa，且無(wú)彈簧撤消推力，因此具有很大的輸出推力，特別適用于高靜壓、高壓差、大口徑的場(chǎng)合。它的輸出特性有兩位式和比例式?；钊谐桃话銥?5~100mm，適用于位式控制。比例式指推桿的行程與輸入壓力信號(hào)成正比，它帶有閥門(mén)定位器，特別適用于調(diào)節(jié)質(zhì)量要求較高的控制系統(tǒng)。
氣動(dòng)執(zhí)行器另一部分調(diào)節(jié)閥實(shí)際上是一個(gè)可變阻力的節(jié)流元件。通過(guò)閥芯在閥體內(nèi)移動(dòng)，改變了閥芯與閥座之間的節(jié)流面積，從而改變了被測(cè)介質(zhì)的流量。調(diào)節(jié)閥分正作用和反作用兩種。注意，閥芯直徑DN<25mm的結(jié)構(gòu)為單導(dǎo)向，只能是正裝。
2.2 氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開(kāi)或氣關(guān)形式的選擇
氣開(kāi)、氣關(guān)的選擇主要從生產(chǎn)安全角度考慮。當(dāng)斷電或意外事故引起壓力信號(hào)中斷時(shí)，調(diào)節(jié)閥的開(kāi)、關(guān)狀態(tài)應(yīng)避免傷害人身和損壞設(shè)備，若閥門(mén)在此時(shí)打開(kāi)，則危險(xiǎn)小，為此，宜選氣關(guān)式執(zhí)行器；反之，則可選用氣開(kāi)式執(zhí)行器。例如，鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中的給水閥必須選氣關(guān)式；燃?xì)鉄崴飨到y(tǒng)中的燃?xì)忾y必須選氣開(kāi)式。
2.3 選擇合適的氣動(dòng)執(zhí)行器附件
選擇合適的氣動(dòng)執(zhí)行器附件，如閥門(mén)定位器、閥位傳送器、附加自鎖裝置等。凡屬重要的控制系統(tǒng)，應(yīng)在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上安裝閥門(mén)定位器，這樣可以提高調(diào)節(jié)精度。附加閥位傳送器后可以根據(jù)傳送器發(fā)出的數(shù)據(jù)知道調(diào)節(jié)閥的工作位置。附加自鎖裝置，在信號(hào)中斷后可以保持調(diào)節(jié)閥的原有位置。
3 閥門(mén)的安裝
安裝中最常見(jiàn)的問(wèn)題是閥門(mén)的方向不對(duì)，即調(diào)節(jié)閥的人口當(dāng)出口用，出口又當(dāng)人口用。一般蝶閥的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，不分人口和出口，所以不存在裝反的問(wèn)題。但其它結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥，如果人口和出口裝反了，則會(huì)影響閥的流量特性，引起流通能力的改變，有時(shí)還容易使盤(pán)根處泄漏。對(duì)于單座閥，如裝反會(huì)使不平衡力改變方向，甚至影響閥的穩(wěn)定性。在高壓調(diào)節(jié)閥中，如流向選擇不當(dāng)，還會(huì)影響使用壽命。直通、三通閥都要考慮流向，一般廠家在閥體上都標(biāo)注有指示流向的箭頭標(biāo)志。
安裝位置考慮：調(diào)節(jié)閥應(yīng)垂直、正立安裝在水平管道上。安裝位置的選擇應(yīng)便于操作和維修。另外，閥門(mén)安裝前應(yīng)先檢查校驗(yàn)，確認(rèn)性能合格，內(nèi)部無(wú)異物，并將管道吹掃干凈后再行安裝。
安裝電動(dòng)閥時(shí)，除調(diào)節(jié)閥安裝的一般要求外，還應(yīng)注意以下問(wèn)題：嚴(yán)格按電氣安裝有關(guān)施工要求進(jìn)行，為保證安全和正常運(yùn)行，使用前應(yīng)對(duì)閥的基本性能進(jìn)行檢查。
上一條：各閥體材質(zhì)適用溫度
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