Calcolo e Selezione della Valvola a Tre Vie
ESEMPIO
C'è una convinzione che la selezione di una valvola a tre vie non richieda calcoli preliminari. Questo presupposto si basa sul fatto che il flusso totale dell'acqua attraverso il tubo AB non dipende dalla posizione dell'asta e rimane sempre costante. In realtà, il flusso attraverso il tubo comune AB cambia a seconda della posizione dell'asta e l'ampiezza delle variazioni dipende dall'autorità della valvola a tre vie e dalle sue caratteristiche di regolazione.
Metodo di Calcolo delle Valvole a Tre Vie
Il calcolo di una valvola a tre vie viene eseguito nella seguente sequenza:
- 1. Selezione della caratteristica di regolazione ottimale.
- 2. Determinazione della capacità di regolazione (autorità) della valvola.
- 3. Determinazione della capacità di flusso e del diametro nominale.
- 4. Selezione dell'attuatore elettrico per la valvola di regolazione.
- 5. Verifica della produzione di rumore e cavitazione.
Selezione della Caratteristica di Regolazione
La dipendenza del flusso d'acqua attraverso la valvola dalla posizione dell'asta è chiamata caratteristica di regolazione. Il tipo di caratteristica di regolazione determina la forma del disco della valvola e della sede. Poiché una valvola a tre vie ha due dischi e due sedi, ha anche due caratteristiche di regolazione, la prima viene indicata come caratteristica per il passaggio diretto - (A-AB), e la seconda per il passaggio perpendicolare - (B-AB).
Lineare/lineare. Il flusso totale dell'acqua attraverso il tubo AB è costante solo con un'autorità della valvola pari a 1, che è praticamente impossibile da ottenere. Il funzionamento di una valvola a tre vie con un'autorità di 0,1 causerà fluttuazioni nel flusso totale durante lo spostamento dell'asta, nel range dal 100% al 180%. Pertanto, le valvole con una caratteristica lineare/lineare vengono utilizzate in sistemi che non sono sensibili alle fluttuazioni del flusso d'acqua o in sistemi con un'autorità della valvola non inferiore a 0,8.
Logaritmica/logaritmica. Fluttuazioni minime del flusso totale d'acqua attraverso il tubo AB nelle valvole a tre vie con caratteristiche di regolazione logaritmica/logaritmica si osservano con un'autorità della valvola di 0,2. Una riduzione dell'autorità rispetto a questo valore aumenta il flusso totale attraverso il tubo AB, mentre un aumento lo riduce. Le fluttuazioni del flusso nell'intervallo dell'autorità da 0,1 a 1 variano dal +15% al -55%.
Logaritmica/lineare. Le valvole a tre vie con caratteristiche logaritmiche/lineari vengono utilizzate quando sono richieste diverse leggi di regolazione negli anelli di circolazione che passano attraverso i tubi A-AB e B-AB. La stabilizzazione del flusso durante il movimento della valvola avviene con un'autorità di 0,4. Le fluttuazioni del flusso totale attraverso il tubo AB nell'intervallo dell'autorità da 0,1 a 1 variano dal +50% al -30%. Le valvole di regolazione con caratteristiche logaritmiche/lineari sono ampiamente utilizzate nei nodi di controllo dei sistemi di riscaldamento e scambiatori di calore.
Calcolo dell'Autorità
L'autorità di una valvola a tre vie è pari al rapporto tra la perdita di pressione attraverso la valvola e la somma delle perdite di pressione attraverso la valvola e la sezione regolata. Il valore dell'autorità per le valvole a tre vie determina l'intervallo di fluttuazione del flusso totale attraverso il tubo AB.
Una deviazione del 10% del flusso d'acqua attraverso il tubo AB durante il movimento dell'asta è garantita ai seguenti valori di autorità:
- A+ = (0,8-1,0) - per valvole con caratteristiche lineari/lineari.
- A+ = (0,3-0,5) - per valvole con caratteristiche logaritmiche/lineari.
- A+ = (0,1-0,2) - per valvole con caratteristiche logaritmiche/logaritmiche.
L'autorità per le valvole a tre vie viene determinata per ciascuno dei due anelli di circolazione che passano attraverso i tubi A-AB e B-AB.
Dopo aver determinato l'intervallo ottimale di autorità e le caratteristiche di regolazione, si determina l'intervallo di perdite di pressione consentite attraverso la valvola a tre vie e si procede alla determinazione della sua capacità di flusso.
Calcolo della Capacità di Flusso
La dipendenza delle perdite di pressione sulla valvola dal flusso d'acqua attraverso di essa è caratterizzata dal coefficiente di capacità di flusso Kvs. Il valore di Kvs è uguale al flusso d'acqua in m³/h attraverso una valvola completamente aperta, a cui la perdita di pressione sulla valvola è pari a 1 bar. Di solito, i valori Kvs delle valvole a tre vie sono uguali per i tubi A-AB e B-AB, ma esistono valvole con valori di capacità di flusso diversi per ciascun tubo.
Sapendo che quando il flusso d'acqua cambia di 'n' volte, le perdite di pressione attraverso la valvola cambiano di 'n²' volte, è facile determinare il Kvs necessario della valvola regolatrice inserendo il flusso calcolato e le perdite di pressione nell'equazione. Dal catalogo, si seleziona una valvola a tre vie con il valore più vicino del coefficiente di capacità di flusso a quello ottenuto nel calcolo.
Selezione dell'Attuatore Elettrico
L'attuatore elettrico viene selezionato per la valvola a tre vie precedentemente scelta. Si consiglia di scegliere attuatori elettrici dall'elenco dei dispositivi compatibili specificati nelle caratteristiche della valvola, prestando attenzione a:
- I nodi di connessione dell'attuatore e della valvola devono essere compatibili.
- La corsa dell'asta dell'attuatore elettrico deve essere almeno uguale alla corsa dell'asta della valvola.
- A seconda dell'inerzia del sistema regolato, è necessario utilizzare attuatori con diverse velocità di azione.
- La massima perdita di pressione sulla valvola, alla quale l'attuatore può chiuderla, dipende dalla forza di chiusura dell'attuatore.
- Lo stesso attuatore elettrico fornisce la chiusura della valvola a tre vie, che funziona sulla miscelazione e separazione del flusso, a diverse perdite di pressione.
- La tensione di alimentazione e il segnale di controllo dell'attuatore devono corrispondere alla tensione di alimentazione e al segnale di controllo del controller.
- Le valvole rotative a tre vie devono essere azionate da attuatori elettrici con movimento rotatorio, mentre le valvole a globo devono essere azionate da attuatori elettrici con movimento lineare.
Calcolo della Cavitazione
La cavitazione è la formazione di bolle di vapore nel 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 riduzione della pressione che si verifica quando la sezione di passaggio si restringe è descritto dall'equazione di Bernoulli. La sezione di passaggio tra il disco e la sede della valvola a tre vie è tale restringimento, dove la pressione può scendere alla pressione di saturazione, ed è il luogo più probabile per la formazione di cavitazione. Le bolle di vapore sono instabili, appaiono improvvisamente e si dissolvono altrettanto rapidamente, causando erosione delle particelle di metallo dai componenti della valvola, il che porta inevitabilmente 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 sono:
- Temperatura dell'acqua - più è alta, maggiore è la probabilità di cavitazione.
- Pressione dell'acqua - prima della valvola di regolazione, maggiore è la pressione, minore è la probabilità di cavitazione.
- Perdite di pressione ammissibili - maggiore è la perdita, maggiore è la probabilità di cavitazione.
- La caratteristica di cavitazione della valvola a tre vie è determinata dalle caratteristiche dell'elemento di strozzamento della valvola. Il coefficiente di cavitazione varia a seconda del tipo di valvola di regolazione e dovrebbe essere indicato nelle loro specifiche tecniche, ma poiché la maggior parte dei produttori non indica questo valore, l'algoritmo di calcolo include una gamma dei coefficienti di cavitazione più probabili.
Come risultato del controllo della cavitazione, si possono ottenere i seguenti risultati:
- 'Assente' - la cavitazione non si verificherà sicuramente.
- 'Possibile' - la cavitazione potrebbe verificarsi su valvole di determinate progettazioni, si consiglia di modificare uno dei fattori sopra menzionati.
- 'Presente' - la cavitazione si verificherà sicuramente, modificare uno dei fattori che influenzano la cavitazione.
Calcolo per la Generazione di Rumore
L'alta velocità del flusso all'ingresso di una valvola a tre vie può causare alti livelli di rumore. Per la maggior parte dei locali in cui sono installate 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 all'ingresso della valvola. Pertanto, nella selezione di una valvola a tre vie, si consiglia di non superare la velocità sopra menzionata.
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