CN102216691B - 用于加热或冷却系统的液压平衡和调节的方法以及用于该加热或冷却系统的平衡及调节阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于加热和冷却系统的液压补偿和控制的方法，所述系统包括至少一个泵和多条线路，所述多条线路分别包括补偿及控制阀和负载。用于补偿及控制的方法包括下述步骤：确定用于补偿及控制阀中的每个的控制值，为此在每条线路中达到预定的排放值；将每个补偿及控制阀的控制范围限定为所确定的控制值与当补偿及控制阀关闭时的位置之间的差；以及将补偿及控制阀中的每个的信号控制范围表示在新限定的控制范围内。

Description

用于加热或冷却系统的液压平衡和调节的方法以及用于该加热或冷却系统的平衡及调节阀

技术领域

本发明涉及用于加热或冷却系统的平衡及调节阀，并且涉及用于加热或冷却系统的支路中的该平衡及调节阀的液压平衡的方法。

背景技术

在加热或冷却系统被传送到用户之前，执行该系统的液压平衡。系统必须被完全安装并且处于运行中。目的是按照需要将从中央泵输送的介质分布到系统的各个区域。通常仅在一个操作点(确切地讲，是在全负载下)执行平衡。对于这种系统，其意味着所有调节阀开启到最大程度。在该状态下，随后，泵的旋转速度和平衡节流阀或平衡阀的位置被设定成使得在每个支路中实现由设计者规定的通流值，该平衡节流阀或平衡阀在实际调节阀之前或之后。泵的旋转速度在该情形下将被设定为尽可能的低，但是，还要足够高以实现所有需要的通流。

因此，人们要亲自从一个阀走到另一个阀，测量阀处的通流并且打开平衡节流阀直到通流达到理想的值。压差测量仪通常用于通流测量。测量已知的抵抗物(例如测量膜片或热交换器)两端的压力损失。作为对压差测量的替代，也可使用移动超声通流仪，所述通流仪可被安装在外侧的管道上。

从US 2004/182443中已知，该程序被改进以实现：不再设置在支路中与负载串联连接的两个阀，即，平衡阀和调节阀，而是相反可使用组合式的平衡及调节阀。但是，在该文献中描述的阀复杂并且要求进行设定的专家应当使用各种插入件，以实现液压平衡的目的。调节该组合式的平衡及调节阀也并不简单。

EP 0 301 568公开了用于调节阀的自动校准方法，其中，设立阀的有效致动行程并且将调节范围限制为该有效致动行程。有效致动行程在该情形中被限定为在最大通流的5％至95％之间的总致动行程范围。该文献没有涉及液压平衡的设定目标。

发明内容

本发明基于下述认识，即，仅在调节阀开启时执行根据现有技术的液压平衡的所述设定，以建立在全负载下所需要的最小必要泵输送率，从而在各个支路中实现所有的需要通流。但是，其存在缺点，即，在带有已经被节流的平衡阀(支路调节阀)的支路中，调节阀运行范围的相对大的部分损失掉。确切地讲，如果平衡阀被部分地关闭，则在调节阀的相对明显的开启范围内，也就是，在其较高运行范围内，支路的总特性曲线(K_v-通流特性值)变平。相比之下，在调节阀开启到较小程度的情况下，也就是，在其较低运行范围内，总特性曲线较陡。总特性曲线的这种变形不利于对该线路的调节行为，因为，一方面在较低调节范围分辨率较差，并且另一方面，在整个运行范围内，总的电路放大不是恒定的。可变的电路放大实际上需要可变的控制参数。其使得难以调谐控制器，特别是因为在所使用的控制器中通常不设置可变参数。

因此，本发明的目的在于，克服现有技术的该缺陷并且以在控制方面可调节的简单方式将液压平衡与调节结合起来。特别地，本发明的目的在于，利用连接的负载(例如热交换器)的折叠的特性曲线来配置总特性曲线(即调节阀的特性曲线)，从而为了更简单且更好的调节的目的作出改进。

根据本发明，特别地，利用独立权利要求的要素实现这些目的。此外，在从属权利要求和说明书中提供进一步的有利实施方式。

作为使平衡阀(支路调节阀)节流的替代，限制实际调节阀的运行范围。除了该限制之外，此处也提议使用阀控制，从而信号范围可被自动地映射到新的运行范围上。以此方式，对于控制保持100％的动态范围。

当设置有这种平衡及调节阀以及负载时，可采用用于加热或冷却系统的支路中的平衡及调节阀的液压平衡的方法。介质流动通过加热或冷却系统的支路。确定用于平衡及调节阀的设定点值，在该设定点处，在支路中达到介质的预定通流值，介质的该预定通流值低于最大通流值。该设定点值被限定并且设定为“最大设定点值”。随后，平衡及调节阀的运行范围被限定为在所述设定的“最大设定点值”和在平衡及调节阀关闭状态下的位置之间的范围。平衡及调节阀的原始信号调节范围随后被映射到新限定的运行范围上。随后，其将产生具有减小的最大设定点值的全动态。

有利地，阀特性曲线是等百分比特性曲线，以便与连接的热交换器相互作用以产生线性相关性。由于运行范围的限制，阀特性曲线在100％运行范围的情形中是等百分比的，并且在平衡状态中，也就是说，在具有较小的运行范围(例如60％)的情形中也是等百分比的。其应用在被限制的运行范围的最宽范围上。

此外，预定的较低调节范围可线性地配置，以确保小的阀开度的较好调节。这种经由可连续微分的过渡将调节范围分成两个的划分可以在大的开启范围结合有益的等百分比阀特性曲线，以在线性平坦特性曲线处于预定的较低调节范围内的情况下避免在高控制偏转情形下梯度变平。

可在控制单元上直接手动执行或者也可经由致动信号以电子方式执行“最大设定点值”的设定，该“最大设定点值”可以例如以限定角度的形式设定，该致动信号也可在调节模式中使用。

也可以通过直接按压驱动器上的键或者通过发送总线命令以电子方式执行“最大设定点值”的存储，也就是说，所确定和设定的阀的位置作为新的最大值被存储。该总线命令可通过维修工具或者从建筑物管理系统发送。

附图说明

下面通过示例描述本发明的实施方式。在下面的附图中示出示例性实施方式。

图1示出曲线图，该曲线图以图解方式示出传统调节阀的特性曲线和根据本发明的平衡及调节阀的特性曲线，该传统调节阀与平衡阀串联连接。

图2示出曲线图，该曲线图以图解方式示出作为负载的热交换器的特性曲线、根据本发明的平衡及调节阀的特性曲线、以及支路的总特性曲线。

具体实施方式

图1以图解方式示出传统调节阀的特性曲线10和根据本发明的平衡及调节阀的特性曲线20，该传统调节阀与平衡阀串联连接。

可以看到，传统调节阀的特性曲线10的梯度11在较低调节范围，也就是说，在例如10％到20％的值处比根据本发明的平衡及调节阀的特性曲线20在0％到30％之间的范围内的梯度21陡得多。其允许在较低调节范围内更精确的调节并且由此防止比较明显的振荡。通常，在根据现有技术的阀中以及在此处描述的平衡及调节阀中，梯度11或21也与没有梯度的范围13有关，该范围13也被称为死角或盲区，此处在0％到10％处。

此外，可以看到，传统调节阀的特性曲线10的梯度12在较高调节范围变得非常平，此处是从运行范围的80％开始，并且，例如，此处接近25％的百分比K_v值，该百分比K_v值由前一个或下一个平衡阀预先确定为最大值。通过比较，根据本发明的平衡及调节阀的特性曲线20仍存在上升并且因此具有充分的梯度22，从而仅在100％的调节范围被完全使用时才达到支路的该K_v值。

有利地，用于该方法和装置的平衡及调节阀的特性曲线20为等百分比。在等百分比特性曲线的情形中，在整个调节范围内，相同的输入变量改变会引起相同百分比的输出变量改变。具有4以上等百分比因子(例如4.5)的等百分比特性曲线特别有利。

可从图2看到由此带来的优点。图2示出曲线图，该曲线图以图解方式示出作为负载的热交换器30特性曲线、根据本发明的平衡及调节阀的特性曲线20、以及支路的总特性曲线40。利用平衡及调节阀的等百分比特性曲线，作为负载连接的热交换器的完全相反配置的特性曲线30可被抵消，由此产生基本线性的总特性曲线40。

由于在较低的预设定情形中，阀的特性曲线20和负载的特性曲线30二者基本上成比例，所以通过控制单元，产生的支路的控制特性曲线40基本保持线性或者可以被认为是线性的。

在更有利的改进中，此处提到的等百分比特性曲线20被修正。

$k_V{|}_{\frac{\mathrm{\α}}{{\mathrm{\α}}_{100}}\≤\frac{1}{n_{\mathrm{gl}}}}=k_{V100}\·\frac{\mathrm{\α}}{{\mathrm{\α}}_{100}}\·n_{\mathrm{gl}}\·e^{1-n_{\mathrm{gl}}}$

$k_V{|}_{\frac{\mathrm{\α}}{{\mathrm{\α}}_{100}}\≥\frac{1}{n_{\mathrm{gl}}}}=k_{V100}\·e^{n_{\mathrm{gl}}\·(\frac{\mathrm{\α}}{{\mathrm{\α}}_{100}}-1)}$

上式中，表达式是开启角度α与设定的最大开启角度α₁₀₀的商，也就是就，在图1中在作为位置信号的横坐标上绘制的值；并且K_v100是在完全开启的最大开启角度的情形中的通流值。随后通过指数函数在较高开启范围22内描绘理想的特性曲线。参数n_gl(通常称作n_ep)是特性曲线弯曲的急剧程度的量度。由于指数函数从不与零点相交，所以特性曲线的该限定在较低范围21内由线性替代。从线性到指数部分的过渡是连续可微分的并且通过n_gl的倒数值预先确定。总特性曲线被称作是“等百分比”(有时称作是“修正的等百分比”)。在此处描述的示例性实施方式中，n_gl＝4.5。与现有技术的n_gl＝2到4相比，利用等百分比阀，较大的曲率有利于平衡功能。具有的n_gl值为4.5到6或7的等百分比阀是有利的。因此，曲线到线性部分内的过渡区域同样朝较低的值移动。换言之，利用在预定阀的情形中最大运行范围的限制，在线性范围内获得了比在现有技术中更平的梯度，因此使得能够具备更精确的调节能力。

于是，加热或冷却系统的液压平衡的功能如下基于系统的部件。这种加热或冷却系统包括至少一个泵和多条支路，所述支路中的每一条均具有平衡及调节阀和负载，所述阀和负载串联地前后连接。该负载通常是热交换器。

随后，为平衡及调节阀中的每个设定最大设定点值，从而在每条支路中达到预定的通流值。在该设定步骤之后，每个平衡及调节阀的运行范围被限定为在设定的最大设定点值和当关闭平衡及调节阀时的位置之间的范围。随后，每个平衡及调节阀的信号调节范围被映射到加热或冷却系统的控制电路中新限定的运行范围上，从而可再次获得100％的全信号调节宽度并且该宽度被应用于减少的运行范围。换言之，依靠有利的线性起始范围和随后的指数特性曲线，每个平衡及调节阀的信号调节范围到新限定的运行范围上的映射使得能够确保对于低操纵变量存在能够合理调节的范围，这是因为线性范围的梯度保持平直，而且由于对于高运行范围的曲线随后朝最大值以指数方式上升而无控制饱和出现。

有利地，各个平衡及调节阀的最大设定点值可被存储在所述电子控制单元中，并且可在以该方式存储之后，随后作为设定信号发送到平衡及调节阀，以修正阀开启的最大值。

加热或冷却系统的设计有利地利用了平衡及调节阀以及作为负载的元件，在每种情形下，它们都具有特定的特性曲线，使得由负载并且由平衡及调节阀引起的支路的总特性曲线基本上为线性。由于负载特性曲线通常具有如图2中的特性曲线30的形状，所以有利地在每种情况下都使用具有等百分比阀特性曲线，甚至更优选地具有n_gl为4.5的特性曲线的平衡及调节阀。

除了具有多条支路的加热或冷却系统的平衡之外，根据本发明的示例性实施方式，平衡及调节阀也可方便地用于其自身。随后，仍为该平衡及调节阀设定最大设定点值，其中利用设定旋钮执行该设定，例如，以电势测定的方式。有利地，最大设定点值不仅仅是极限停止，而是阀的最大可设定角度或者阀的其它操纵变量，从而实现该阀的支路中的预定最大通流值。该最大值也可被存储在例如阀的启动及控制电路的非易失性存储器中。在该设定步骤之后，在该启动及控制电路中运行范围被限定为在设定的最大设定点值和当平衡及调节阀关闭时的位置之间的范围。该平衡及调节阀的信号调节范围随后可继续在加热或冷却系统的控制电路中在100％的全信号调节宽度上被编址，然而该范围可被实际地应用于阀中减小的运行范围。因此，在新限定的运行范围上的映射可仅仅在平衡及调节阀中发生，因此如果控制电路的响应可兼容，则可以用根据本发明的平衡及调节阀更换旧的加热或冷却系统中支路阀和调节阀的各种阀组合。在本文中，信号调节范围将被理解为意指用于平衡及调节阀的输入信号(数字信号或模拟信号)的范围，利用该范围，控制电路可编址该阀到最大，其通常对应于在0％到100％的阀最大开启之间的值。在本发明中，该最大信号调节范围(完全成比例)可编址平衡及调节阀的完整的减小运行范围，并且没有信号调节范围内的间隔损失。

如果该平衡及调节阀通过加热或冷却系统的传统控制单元接收在0到100％之间的启动信号，该阀就可在支路中独立地运行。但是，根据本发明的另一示例性实施方式，其也可与加热或冷却系统的控制单元一起操作，在该系统中，平衡及调节阀本身并不已知或者存储最大阈值，而是，这些最大设定点值被存储在该控制单元中，并且随后用于平衡及调节阀的启动信号不具有在0和100％之间的信号值，而是仅覆盖由最大设定点值预先确定的范围，但是具有100％的信号值分辨率。

在图1中描绘了示例。在阀特性曲线20的情形中，最大设定点值在支路中被固定在75％，为此，使用附图标记S₇₅。根据位置A_60/100处的特性曲线，控制单元产生的60％的启动信号不会导致阀开启，而是相反，仅在位置A_60/75处获得K_v值，该位置A_60/75是由75％的最大设定点值预先确定的启动范围的60％，也就是说，在45％(＝60％*75％)的位置信号处。

附图标记

10 已知调节阀的特性曲线

11 已知调节阀中在较低调节范围内的梯度

12 已知调节阀中在较高调节范围内的梯度

13 已知调节阀中在最低调节范围内的梯度

20 用于根据本发明的系统的平衡及调节阀的特性曲线

21 在示例性实施方式中在较低调节范围内的梯度

22 在示例性实施方式中在较高调节范围内的梯度

30 用于根据本发明的系统的热交换器的特性曲线

40 根据本发明的系统的总特性曲线

Claims (13)

1.一种用于加热或冷却系统的支路的液压平衡的方法，其中，所述支路包括与负载串联的平衡及调节阀，所述平衡及调节阀适于接收信号调节范围内的调节信号，所述方法包括： 

使介质流动通过所述支路； 

确定用于所述平衡及调节阀的最大设定点值，在所述最大设定点值下，在所述支路中达到预定的通流值，其中，所述预定的通流值低于通过所述支路的最大可能的通流值； 

将所述平衡及调节阀的运行范围限制到在所确定的最大设定点值和所述平衡及调节阀关闭时的位置之间的范围；以及 

将所述平衡及调节阀的信号调节范围映射到这样限制的运行范围上。 

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平衡及调节阀具有等百分比阀特性曲线。 

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平衡及调节阀具有下述阀特性曲线：该阀特性曲线在较低的第一运行范围内具有至少近似线性的轮廓，并且在较高的第二范围内具有等百分比轮廓。 

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，如果表达式表示任意设定点值α与最大设定点值α₁₀₀的商，并且n_g1表示特性等百分比数，则在低于或等于n_g1的倒数值的第一范围内，所述阀特性曲线K_v是线性特性曲线，并且在高于或等于n_g1的倒数值的剩下的第二范围内，所述阀特性曲线K_v是指数特性曲线： 

其中K_v100是在完全开启的最大开启角度的情形中的通流值。 

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，n_g1高于4.5。 

6.一种用于加热或冷却系统的液压平衡的方法，所述加热或冷却系统包括至少一个泵和多条支路，所述方法包括下述步骤： 

使介质以预定的泵容量流动通过所述加热或冷却系统；以及 

对所述支路中的每一条执行如权利要求1至5中的一项所述的方法。 

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，各个所述平衡及调节阀的最大设定点值存储在电子控制单元中，在所述最大设定点值被存储之后，通过所述电子控制单元发送设定信号到所述平衡及调节阀，以修正所述阀开启的最大值。 

8.一种用于加热或冷却系统的平衡及调节阀，所述平衡及调节阀适于与负载串联地安装在支路中，所述平衡及调节阀被构造成使得最大设定点值能够被设定，从而实现所述支路中的预定通流值， 

其特征在于， 

所述平衡及调节阀包括控制单元，所述最大设定点值能够被手动地或通过电气/电子方式输入到所述控制单元中，所述阀的最大设定点值被设定为相对于所述阀的完全开启的部分值，从而将所述平衡及调节阀的运行范围限定为在设定的最大设定点值和当所述平衡及调节阀关闭时的位置之间的范围，所述控制单元被进一步构造成将所述平衡及调节阀的信号调 节范围映射到这样限定的运行范围上。 

9.一种用于加热或冷却系统的液压平衡的装置，所述加热或冷却系统包括至少一个泵和多条支路，其中，所述装置包括一个或多个平衡及调节阀，所述平衡及调节阀中的每个被构造成与负载串联地安装在支路中并且被构造成使得最大设定点值能够被输入，从而在相应的支路达到预定的通流值， 

其特征在于， 

所述平衡及调节阀中的每个被构造成使得所述平衡及调节阀的最大设定点值能够被设定为相对于所述阀的完全开启的部分值，从而将所述平衡及调节阀的运行范围限定为在设定的最大设定点值和当所述平衡及调节阀关闭时的位置之间的范围；以及 

所述装置包括控制单元，由所述平衡及调节阀通过电气/电子方式输送或手动输送的最大设定点值能够被输入到所述控制单元中，用于限定所述平衡及调节阀中的每个的运行范围，其中，所述控制单元被进一步设计用于将每个平衡及调节阀的信号调节范围映射到这样限定的运行范围上。 

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，至少一个所述平衡及调节阀具有等百分比阀特性曲线。 

11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，至少一个所述平衡及调节阀具有下述阀特性曲线，即，该阀特性曲线在较低的第一运行范围内具有至少近似线性的轮廓，并且在较高的第二运行范围内具有等百分比轮廓。 

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，如果表达式表示设定点值α与设定的最大设定点值α₁₀₀的商，并且n_g1表示特性等百分比数，则在低于或等于n_g1的倒数值的第一范围内，所述平衡及调节阀的 所述阀特性曲线K_v是线性特性曲线，并且在高于或等于n_g1的倒数值的剩下的第二范围内，所述阀特性曲线K_v是指数特性曲线： 

其中K_v100是在完全开启的最大开启角度的情形中的通流值。 

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述平衡及调节阀的值n_g1高于4.5。