Calcul et Sélection de la Vanne de régulation
EXEMPLE
Méthodologie de calcul de la vanne de régulation
Les vannes de régulation à deux voies dans les systèmes d'ingénierie ont de nombreuses applications, la plus courante étant leur utilisation en conjonction avec un contrôleur et des capteurs de température comme régulateur pour les systèmes de chauffage, de ventilation ou d'eau chaude.
Quel que soit le problème, le calcul de la vanne de régulation consiste à déterminer sa capacité de débit, pour laquelle un débit donné du fluide caloporteur sera régulé à la pression désirée. En plus de la conformité en termes de capacité de débit, la vanne de régulation sélectionnée doit être vérifiée pour la possibilité de cavitation et de génération de bruit en raison de la vitesse élevée de l'eau à travers elle.
La vanne de régulation est nécessaire avant tout pour la régulation, elle doit donc être sélectionnée de manière à maximiser la dépendance de la grandeur régulée à la course de la tige, tout en prenant en compte l'importance de paramètres tels que la caractéristique de régulation et l'autorité de la vanne de régulation.
Calcul de la capacité de débit de la vanne de régulation
La relation entre la perte de pression et le débit à travers la vanne de régulation est appelée capacité de débit - Kvs.
Kvs - la capacité de débit est numériquement égale au débit en m³/heure à travers une vanne de régulation complètement ouverte, avec une perte de pression égale à 1 bar.
Kv - idem pour une ouverture partielle de l'obturateur de la vanne.
En sachant que lorsque le débit change de n fois, la perte de pression à travers la vanne change de n² fois, il est facile de déterminer le Kv nécessaire de la vanne de régulation en remplaçant le débit calculé et la pression excédentaire dans l'équation.
Certaines marques recommandent de sélectionner une vanne de régulation avec la valeur Kvs la plus proche de celle obtenue pour Kv. Cette approche permet de réguler avec plus de précision le débit de fluide caloporteur inférieur à la valeur calculée, mais n'offre pas la possibilité d'augmenter le débit au-delà de la valeur définie, ce qui est souvent nécessaire. Nous ne critiquons pas cette méthode, mais recommandons de choisir une vanne de régulation à deux voies de manière à ce que la valeur de capacité de débit nécessaire soit comprise entre 50 et 80% de la course de la tige.
L'algorithme de calcul ci-dessus produit une liste de vannes de régulation pour lesquelles la valeur Kv requise se situe dans la plage de course de la tige de 50 à 80%.
Sélection des caractéristiques de régulation de la vanne
La caractéristique de régulation de la vanne reflète la dépendance du débit relatif à la course relative de la tige avec une pression différentielle constante sur elle.
Les vannes avec une caractéristique de régulation linéaire sont recommandées pour les systèmes où la grandeur régulée dépend linéairement du débit, elles peuvent être utilisées comme vannes régulatrices pour maintenir un débit constant et pour réguler la température du mélange dans les sous-stations de chauffage avec un raccordement dépendant au réseau de chauffage.
Les vannes avec une caractéristique logarithmique (égale pourcentage) sont recommandées pour les systèmes où la grandeur régulée ne dépend pas linéairement du débit, comme les systèmes avec des échangeurs de chaleur ou des tours de refroidissement.
Sélection de l'actionneur de vanne de régulation
L'actionneur électrique est sélectionné en fonction de la vanne de régulation précédemment choisie. Il est recommandé de choisir des actionneurs électriques à partir de la liste des dispositifs compatibles spécifiés dans les caractéristiques de la vanne.
- Les nœuds de connexion de l'actionneur et de la vanne doivent être compatibles.
- La course de la tige de l'actionneur doit être supérieure ou égale à celle de la vanne.
- Selon l'inertie du système régulé, il convient d'utiliser des actionneurs avec des vitesses d'action différentes.
- La différence de pression maximale sur la vanne que l'actionneur peut fermer dépend de la force de fermeture de l'actionneur.
- La tension d'alimentation et le signal de commande de l'actionneur doivent correspondre à ceux du contrôleur.
Calcul de la cavitation dans la vanne de régulation
La cavitation est la formation de bulles de vapeur dans le flux d'eau qui se produit lorsque la pression dans le flux descend en dessous de la pression de vapeur saturée de l'eau. L'effet d'augmentation de la vitesse du flux et de réduction de la pression est décrit par l'équation de Bernoulli. La section de passage de la vanne de régulation est un tel rétrécissement, où la pression peut descendre au-dessous de la pression de saturation, et c'est l'endroit le plus probable pour la cavitation. Les bulles de vapeur sont instables, elles apparaissent soudainement et se referment tout aussi rapidement, entraînant l'érosion du métal de la vanne, ce qui provoquera son usure prématurée.
Facteurs principaux affectant la cavitation :
- Température de l'eau - plus elle est élevée, plus la cavitation est probable.
- Pression de l'eau - avant la vanne de régulation, plus elle est élevée, moins la cavitation est probable.
- Pertes de pression admissibles - plus elles sont élevées, plus la cavitation est probable.
Calcul de la vanne de régulation pour la génération de bruit
Une vitesse d'écoulement élevée dans la tubulure d'entrée de la vanne de régulation peut provoquer des niveaux de bruit élevés. Pour la plupart des pièces où sont installées les vannes de régulation, le niveau sonore admissible est de 35-40 dB(A), ce qui correspond à une vitesse dans la tubulure d'environ 3 m/s. Par conséquent, il est recommandé de ne pas dépasser cette vitesse.
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