华中科技大学机械学院毕业设计文献翻译提高0701姚叶明U200715463变水流系统中平衡阀对泵功率及控制性能的影响（ImpactsofBalancingValvesonPumpEnergyandControlPerformanceinVariableWaterFlowSystems）B.ZhengM.LiuEnergySystemsLaboratory,UniversityofNebraska-Lincoln,Omaha,NE68182在如今最流行的变水流系统中，对平衡阀的使用目前还未得到广泛的认可。在全面的理论分析的指导下，我们进行了一项研究，以调查平衡阀对系统初始投入、泵运行功率以及系统控制性能的影响。研究结果表明，除去平衡阀，可以（i）在传统的变水流系统中节约20-40%的泵功率消耗，（ii）减小控制阀的最大压力下降，（iii）在大多数半载情况下提高泵的效率。通过减小控制阀的最大压力下降不仅可以提高系统的控制性而且可以选择关闭压力更低的控制阀。因此，略去平衡阀任可以明显的降低系统初始成本。[DOI:10.1115/1.2189862][关键词]：平衡阀、泵效率、控制性能简介在一个单循环液体系统中，各条支路的压力一般差别很大。我们往往会采用两种方法消耗支路中的多余压力。其一是使用平衡阀吸收多余压力，其二是使用控制阀。不同的方法对系统的初始投入、平衡和控制效果有着不同的影响。一个装有变频器（VFD）的变水流系统在半载工况下能明显降低泵的功率消耗。泵的转速可以根据载荷情况、负载分配、管路设计和支路间的平衡进行最优控制。例如，即使在设计负载下使用平衡阀系统是完全平衡的，离泵源较近的支路如果有较高的负载率则它可能需要最高的泵压头；即使没有使用平衡阀，最远的支路如果负载压力相对较低并且系统设有固定的压差设置点它也可能需要最高的泵压头。因此，只有在综合考虑系统的设计、平衡和控制性的情况下，才能开发一个可靠并且高效的变流系统。Avery[1,2]研究过在变流系统中使用控制阀的特殊要求。他认为，使用平衡阀会产生控制问题并浪费能量。Rishel[3]曾研究过在冷却水系统中使用平衡阀的需求。根据他的研究，在一个装有调制双向控制阀的变流量直接回流冷却水系统中，使用手动平衡阀并没有必要。Hegberg[4,5]总结了在双位和比例积分控制模式下选择控制和平衡阀的主要步骤和考虑因素，并且讨论了平衡阀在每个终端间分配流量的优势。另外Taylor和Stein[6]讨论了在变流量系统中提供平衡的不同方式。然而，现有的实验和研究并未紧紧的围绕变流量系统的设计、控制和运作展开。本文的主要目的是在综合系统设计、平衡和直接数字操作控制的情况下研究每个原件在支路中对控制阀和泵压头的影响。开发了一种最优化泵压头，即定义为满足用变频器控制的直接回流变流量系统流量需求的最小泵压头，的设计理论。本文同样研究了平衡阀对控制阀和泵消耗能量的影响。系统模型在众多的平衡方法里，一个典型的手段便是在靠近泵的之路上安装一平衡阀。图1是一个一般的n支路的直接回流变流量系统的草图。假定在除去最远的支路上每条支路都装有平衡阀。1华中科技大学机械学院毕业设计文献翻译提高0701姚叶明U200715463为了获得泵能量消耗，使用方程（1）计算泵消耗的理论功率（HP）。=（1）其中C是单位转换系数，H为泵压头，Q代表整个系统的水流量，即流经回路1至回路n的总流量，如图1所示。η为泵的效率。泵压头决定于水流量及泵的控制方法。在一个使用变频器控制泵的系统中，泵的压头会根据控制方法的不同而产生很大的变化。为了避免由于泵误操作而引发后果，我们提出了一种最优化泵压头模型，最优化泵压头H即定义为满足系统负载需求的最小泵压头。为达到最优化泵压头需求至少有一个控制阀全开。压头由液阻最大的回路（MRC）中控制阀全开时决定，因此：H=max（）（2）H是任意回路的压力下降。=+（）+（）++（）（3）在本文中，方程3的指数m为2。[7,8]图1变频调速液压系统简图最大液阻回路并不一定总是离液压源最远的子回路。如果离液压源最近的回路接近满载并而比它更远的回路负载较小，这时最近的回路便可能成为最大液阻回路（MRC）。负载区域分配、回路布置和平衡手段决定了哪条回路是最大液阻回路。为了确定最优泵压头，首先需要识别出最大液阻回路。每条支路上的压力下降可以根据假设控制阀全开所需要的流量计算出来，拥有最大压力下降的回路便是液阻最大回路。每条回路中管路、接头、平衡阀和控制阀的压