Calcolo e Selezione della Valvola di Regolazione
ESEMPIO
Metodologia per il calcolo della valvola di regolazione
Le valvole di regolazione a due vie hanno molteplici applicazioni nei sistemi ingegneristici, l'uso più comune è come regolatore per sistemi di riscaldamento, ventilazione o acqua calda sanitaria in combinazione con un controller e sensori di temperatura.
Indipendentemente dal compito, il calcolo della valvola di regolazione consiste nel determinare la sua capacità di flusso, alla quale una data portata del fluido termovettore sarà strozzata per raggiungere la pressione desiderata. Oltre a soddisfare i requisiti di capacità di flusso, la valvola di regolazione selezionata deve essere controllata per la possibilità di cavitazione e generazione di rumore a causa dell'alta velocità del flusso d'acqua attraverso di essa.
La valvola di regolazione è necessaria principalmente per la regolazione, quindi dovrebbe essere selezionata in modo da massimizzare la dipendenza della variabile controllata dalla corsa dell'asta, tenendo conto di parametri come la caratteristica di regolazione della valvola e l'autorità della valvola di regolazione.
Calcolo della capacità di flusso della valvola di regolazione
La dipendenza della caduta di pressione dalla portata attraverso la valvola di regolazione è chiamata capacità di flusso - Kvs.
Kvs - la capacità di flusso è numericamente uguale alla portata in m³/ora attraverso una valvola di regolazione completamente aperta, in cui la caduta di pressione su di essa è uguale a 1 bar.
Kv - lo stesso, per l'apertura parziale della valvola.
Sapendo che quando la portata cambia n volte, la caduta di pressione sulla valvola cambia n² volte, è facile determinare il Kv necessario della valvola di regolazione sostituendo la portata calcolata e l'eccesso di pressione nell'equazione.
Alcuni produttori consigliano di selezionare una valvola di regolazione con il valore Kvs più vicino a quello ottenuto per Kv. Questo approccio consente una regolazione più accurata del flusso del fluido termovettore al di sotto del valore calcolato, ma non consente di aumentare la portata del fluido termovettore oltre il valore impostato, che spesso deve essere superato. Non critichiamo questo metodo, ma raccomandiamo di selezionare una valvola di regolazione a due vie in modo che il valore richiesto della capacità di flusso si trovi nell'intervallo dal 50 all'80% della corsa dell'asta. Una valvola di regolazione progettata in questo modo sarà in grado di ridurre e aumentare leggermente la portata con sufficiente precisione.
L'algoritmo di calcolo descritto fornisce un elenco di valvole di regolazione in cui il valore Kv richiesto rientra nell'intervallo della corsa dell'asta dal 50 all'80%.
Nei risultati di selezione è indicata la percentuale di apertura della valvola di regolazione, alla quale viene strozzata la pressione in eccesso alla portata specificata. I valori percentuali di apertura considerano la curva della caratteristica di regolazione della valvola e la sua variazione a causa della deviazione dell'autorità da 1.
Selezione della caratteristica di regolazione della valvola
La caratteristica di regolazione della valvola riflette la dipendenza del cambiamento della portata relativa attraverso la valvola dalla variazione della corsa relativa dell'asta con una caduta di pressione costante su di essa.
Le valvole con una caratteristica di regolazione lineare sono consigliate per sistemi in cui la variazione della quantità regolata dipende linearmente dal flusso, possono essere utilizzate come valvole di regolazione per mantenere una portata costante e per regolare la temperatura della miscela nelle sottostazioni di riscaldamento dei sistemi di riscaldamento con connessione dipendente alla rete termica.
Le valvole con una caratteristica di regolazione logaritmica (a percentuale uguale) sono consigliate per i sistemi in cui la variazione della quantità regolata non dipende linearmente dal flusso, per esempio, nei sistemi con uno scambiatore di calore o una torre di raffreddamento.
Il compito principale della selezione della valvola di controllo è creare una dipendenza lineare tra l'azione di controllo e la variazione della quantità controllata. Pertanto, quando si sceglie la caratteristica di controllo, è necessario tener conto della sua variazione a causa delle deviazioni dell'autorità della valvola dall'unità.
Selezione dell'attuatore della valvola di controllo
L'attuatore elettrico viene selezionato in base alla valvola di controllo precedentemente scelta. Si consiglia di scegliere attuatori elettrici dall'elenco dei dispositivi compatibili specificati nelle caratteristiche della valvola.
- I nodi di connessione dell'attuatore e della valvola devono essere compatibili.
- La corsa dell'attuatore elettrico deve essere maggiore o uguale alla corsa della valvola.
- A seconda dell'inerzia del sistema controllato, devono essere utilizzati attuatori con diverse velocità di azione.
- La massima differenza di pressione sulla valvola, alla quale l'attuatore può chiuderla, dipende dalla forza di chiusura dell'attuatore.
- La tensione di alimentazione e il segnale di controllo dell'attuatore devono corrispondere alla tensione di alimentazione e al segnale di controllo del controller.
Calcolo della valvola di regolazione per la cavitazione
La cavitazione è la formazione di bolle di vapore in un flusso d'acqua che si verifica quando la pressione nel flusso scende al di sotto della pressione di saturazione del vapore acqueo. L'effetto dell'aumento della velocità del flusso e della diminuzione della pressione, che si verifica quando l'area di passaggio si restringe, è descritto dall'equazione di Bernoulli. L'area di passaggio della valvola di regolazione è tale restringimento, dove la pressione può scendere fino alla pressione di saturazione, ed è il luogo più probabile per l'insorgenza della cavitazione. Le bolle di vapore sono instabili, appaiono improvvisamente e collassano altrettanto rapidamente, causando l'erosione del metallo della valvola, che inevitabilmente porterà a un'usura prematura. Oltre all'usura, la cavitazione provoca un aumento del rumore durante il funzionamento della valvola.
I principali fattori che influenzano la cavitazione:
- Temperatura dell'acqua - più è alta, maggiore è la probabilità di cavitazione.
- Pressione dell'acqua - prima della valvola di regolazione, più è alta, minore è la probabilità di cavitazione.
- Caduta di pressione consentita - più è alta, maggiore è la probabilità di cavitazione. Va notato che, in posizione prossima alla chiusura, la caduta di pressione sulla valvola tende alla pressione in eccesso nel tratto regolato.
- Caratteristica di cavitazione della valvola di regolazione - è determinata dalle caratteristiche dell'elemento di strozzamento della valvola. Il coefficiente di cavitazione è diverso per diversi tipi di valvole di regolazione e deve essere indicato nelle loro caratteristiche tecniche, ma poiché la maggior parte dei produttori non specifica questo valore, l'algoritmo di calcolo include una gamma dei coefficienti di cavitazione più probabili.
Dopo aver verificato la cavitazione, possono essere forniti i seguenti risultati:
- 'Nessuna' - la cavitazione non si verificherà sicuramente.
- 'Possibile' - la cavitazione può verificarsi su valvole di alcune costruzioni, si consiglia di modificare uno dei fattori di influenza sopra menzionati.
- 'Presente' - la cavitazione si verificherà sicuramente, cambiare uno dei fattori che influenzano la cavitazione.
Calcolo della valvola di regolazione per la generazione di rumore
L'alta velocità del flusso nel tubo di ingresso della valvola di regolazione può causare livelli di rumore elevati. Per la maggior parte delle stanze in cui sono installate le valvole di regolazione, il livello di rumore consentito è di 35-40 dB (A), il che corrisponde a una velocità di circa 3 m/s nel tubo di ingresso della valvola. Pertanto, quando si sceglie una valvola di regolazione, si consiglia di non superare la velocità sopra indicata.
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