Berechnung und Auswahl eines Regelventils
BEISPIEL
Methode zur Berechnung des Regelventils
Zweiwege-Regelventile in technischen Systemen haben viele Anwendungen, die häufigste davon ist die Verwendung in Verbindung mit einem Controller und Temperatursensoren als Regler für Heizungs-, Lüftungs- oder Warmwassersysteme.
Unabhängig von der Aufgabe besteht die Berechnung des Regelventils darin, seine Durchflusskapazität zu bestimmen, bei der der angegebene Durchfluss des Wärmeträgers auf den gewünschten Druck gedrosselt wird. Zusätzlich zur Einhaltung der Durchflusskapazität sollte das ausgewählte Regelventil auf die Möglichkeit der Kavitation und Geräuschentwicklung durch den hohen Durchfluss von Wasser durch das Ventil überprüft werden.
Das Regelventil wird hauptsächlich für die Regelung benötigt, daher sollte es so ausgewählt werden, dass die Abhängigkeit der Regelgröße vom Hub des Stößels maximiert wird. Dabei müssen wichtige Parameter wie die Regelcharakteristik des Ventils und die Autorität des Regelventils berücksichtigt werden.
Berechnung der Durchflusskapazität des Regelventils
Die Abhängigkeit des Druckverlusts vom Durchfluss durch das Regelventil wird als Durchflusskapazität - Kvs bezeichnet.
Kvs - Die Durchflusskapazität ist der Durchfluss in m³/h durch ein vollständig geöffnetes Regelventil, bei dem der Druckverlust 1 bar beträgt.
Kv - das Gleiche, aber bei teilweiser Öffnung des Ventils.
Wenn man weiß, dass sich der Druckverlust bei einer Änderung des Durchflusses um den Faktor n im Quadrat verändert, ist es leicht, den erforderlichen Kv-Wert des Regelventils zu bestimmen, indem man den berechneten Durchfluss und den Überdruck in die Gleichung einsetzt.
Einige Hersteller empfehlen, ein Regelventil mit dem nächstgrößeren Kvs-Wert zu wählen. Diese Methode ermöglicht eine genauere Regelung des Durchflusses unterhalb des berechneten Wertes, erlaubt jedoch keine Erhöhung des Durchflusses über den angegebenen Wert hinaus, was häufig erforderlich ist. Wir empfehlen, das Zweiwege-Regelventil so auszuwählen, dass der erforderliche Kv-Wert im Bereich von 50 bis 80% des Hubs liegt. Ein so berechnetes Regelventil kann den Durchfluss sowohl unterhalb als auch leicht über den angegebenen Wert mit ausreichender Genauigkeit regulieren.
Der beschriebene Algorithmus gibt eine Liste von Regelventilen aus, bei denen der erforderliche Kv-Wert im Bereich des Hubs von 50 bis 80% liegt.
In den Auswahlresultaten wird der Ventilöffnungsgrad angegeben, bei dem der Drucküberschuss bei der angegebenen Durchflussmenge gedrosselt wird. Die angegebenen Öffnungsprozente berücksichtigen die Krümmung der Regelcharakteristik des Ventils und ihre Änderung durch die Abweichung der Autorität von 1.
Auswahl der Regelcharakteristik des Ventils
Die Regelcharakteristik des Ventils zeigt die Abhängigkeit des relativen Durchflusses vom relativen Hub des Stößels bei konstantem Druckabfall am Ventil.
Ventile mit linearer Regelcharakteristik werden für Systeme empfohlen, bei denen die Regelgröße linear vom Durchfluss abhängt. Sie können als Regulierventile für konstanten Durchfluss sowie zur Temperaturregelung in Heizungsunterstationen verwendet werden.
Ventile mit logarithmischer (gleichprozentiger) Regelcharakteristik werden für Systeme empfohlen, bei denen die Regelgröße nicht linear vom Durchfluss abhängt. Sie eignen sich besonders für Systeme mit geringem Regelventilautorität.
Die Hauptaufgabe der Auswahl eines Regelventils besteht darin, eine lineare Abhängigkeit zwischen der Regelwirkung und der Änderung der Regelgröße zu schaffen. Daher ist bei der Auswahl der Regelcharakteristik die Änderung aufgrund der Abweichung der Ventilautorität von 1 zu berücksichtigen.
Auswahl des Ventilantriebs
Der elektrische Antrieb wird basierend auf dem zuvor ausgewählten Regelventil ausgewählt. Es wird empfohlen, elektrische Antriebe aus der Liste der kompatiblen Geräte auszuwählen, die in den Ventileigenschaften angegeben sind.
- Die Verbindungsknoten des Antriebs und des Ventils müssen kompatibel sein.
- Der Hub des elektrischen Antriebs sollte größer oder gleich dem Hub des Ventils sein.
- Abhängig von der Trägheit des geregelten Systems sollten Antriebe mit unterschiedlicher Geschwindigkeit verwendet werden.
- Der maximale Druckunterschied am Ventil, bei dem der Antrieb das Ventil schließen kann, hängt von der Schließkraft des Antriebs ab.
- Die Betriebsspannung und das Steuersignal des Antriebs müssen mit der Betriebsspannung und dem Steuersignal des Controllers übereinstimmen.
Berechnung des Regelventils auf die Möglichkeit von Kavitation
Kavitation ist die Bildung von Dampfblasen im Wasserstrom, die auftritt, wenn der Druck unter den Sättigungsdruck des Wasserdampfs sinkt. Der Effekt der Geschwindigkeitssteigerung des Flusses und des Druckabfalls, der bei einer Verengung des Durchgangsquerschnitts auftritt, wird durch die Bernoulli-Gleichung beschrieben. Der Durchgangsquerschnitt des Regelventils ist genau diese Verengung, bei der der Druck auf den Sättigungsdruck sinken kann, und der wahrscheinlichste Ort, an dem Kavitation auftreten kann. Dampfblasen sind instabil, sie erscheinen plötzlich und kollabieren ebenso schnell, was zu einer Erosion des Ventilmetalls führt, was unweigerlich zu vorzeitigem Verschleiß führt. Zusätzlich zum Verschleiß führt Kavitation zu erhöhtem Geräusch bei der Ventilbetätigung.
Die wichtigsten Faktoren, die die Entstehung von Kavitation beeinflussen:
- Wassertemperatur – je höher sie ist, desto wahrscheinlicher ist das Auftreten von Kavitation.
- Wasserdruck – vor dem Regelventil, je höher er ist, desto unwahrscheinlicher ist das Auftreten von Kavitation.
- Zulässiger Druckverlust – je höher dieser ist, desto wahrscheinlicher ist das Auftreten von Kavitation. Es sollte beachtet werden, dass der Druckverlust am Ventil im nahezu geschlossenen Zustand dem Überdruck im geregelten Abschnitt entspricht.
- Kavitationskoeffizient des Regelventils – wird durch die Eigenschaften des Drosselelements des Ventils bestimmt. Der Kavitationskoeffizient ist für verschiedene Ventiltypen unterschiedlich und sollte in deren technischen Daten angegeben werden. Da die meisten Hersteller diesen Wert jedoch nicht angeben, enthält der Berechnungsalgorithmus einen Bereich der wahrscheinlichsten Kavitationskoeffizienten.
Nach der Überprüfung auf Kavitation können folgende Ergebnisse angezeigt werden:
- 'Keine' – Kavitation wird definitiv nicht auftreten.
- 'Möglich' – bei einigen Ventilkonstruktionen kann Kavitation auftreten, es wird empfohlen, einen der oben genannten Einflussfaktoren zu ändern.
- 'Vorhanden' – Kavitation wird definitiv auftreten, ändern Sie einen der Faktoren, die die Entstehung von Kavitation beeinflussen.
Berechnung des Regelventils auf Geräuschentwicklung
Eine hohe Durchflussgeschwindigkeit im Einlassrohr des Regelventils kann zu einem hohen Geräuschpegel führen. Für die meisten Räume, in denen Regelventile installiert sind, beträgt der zulässige Geräuschpegel 35-40 dB (A), was einer Geschwindigkeit im Einlassrohr des Ventils von etwa 3 m/s entspricht. Daher wird empfohlen, bei der Auswahl eines Regelventils die oben genannte Geschwindigkeit nicht zu überschreiten.
Frage : Kommentar : Rückmeldung
Online-Berechnung von Geräten
