Obliczanie i Dobór Zaworu Trójdrogowego
PRZYKŁAD
Istnieje przekonanie, że dobór zaworu trójdrogowego nie wymaga wstępnych obliczeń. To założenie opiera się na fakcie, że całkowity przepływ wody przez rurę AB nie zależy od pozycji trzpienia i zawsze pozostaje stały. W rzeczywistości przepływ przez wspólną rurę AB zmienia się w zależności od pozycji trzpienia, a amplituda zmian zależy od autorytetu zaworu trójdrogowego i jego charakterystyki regulacyjnej.
Metodyka Obliczeń Zaworów Trójdrogowych
Obliczanie zaworu trójdrogowego odbywa się w następującej kolejności:
- 1. Wybór optymalnej charakterystyki regulacyjnej.
- 2. Określenie zdolności regulacyjnej (autorytetu) zaworu.
- 3. Określenie przepustowości i średnicy nominalnej.
- 4. Wybór napędu elektrycznego do zaworu regulacyjnego.
- 5. Sprawdzenie hałasu i kawitacji.
Wybór Charakterystyki Regulacyjnej
Zależność przepływu wody przez zawór od pozycji trzpienia nazywana jest charakterystyką regulacyjną. Rodzaj charakterystyki regulacyjnej określa kształt dysku i gniazda zaworu. Ponieważ zawór trójdrogowy ma dwa dyski i dwa gniazda, posiada także dwie charakterystyki regulacyjne. Pierwsza jest oznaczona jako charakterystyka dla przepływu bezpośredniego - (A-AB), a druga dla przepływu poprzecznego - (B-AB).
Liniowa/liniowa. Całkowity przepływ wody przez rurę AB jest stały tylko przy autorytecie zaworu równym 1, co jest praktycznie niemożliwe do osiągnięcia. Działanie zaworu trójdrogowego z autorytetem równym 0,1 spowoduje wahania całkowitego przepływu podczas ruchu trzpienia, w zakresie od 100% do 180%. Dlatego zawory z liniową/liniową charakterystyką są stosowane w systemach, które są niewrażliwe na wahania przepływu wody lub w systemach z autorytetem zaworu nie mniejszym niż 0,8.
Logarytmiczna/logarytmiczna. Minimalne wahania całkowitego przepływu wody przez rurę AB w zaworach trójdrogowych z logarytmiczną/logarytmiczną charakterystyką regulacyjną są obserwowane przy autorytecie zaworu równym 0,2. Zmniejszenie autorytetu w stosunku do tej wartości zwiększa całkowity przepływ przez rurę AB, natomiast jego zwiększenie zmniejsza całkowity przepływ. Wahania przepływu w zakresie autorytetu od 0,1 do 1 wynoszą od +15% do -55%.
Logarytmiczna/liniowa. Zawory trójdrogowe z logarytmiczną/liniową charakterystyką są stosowane, gdy wymagane są różne prawa regulacji w pierścieniach cyrkulacyjnych przechodzących przez rury A-AB i B-AB. Stabilizacja przepływu podczas ruchu trzpienia zaworu następuje przy autorytecie równym 0,4. Wahania całkowitego przepływu przez rurę AB w zakresie autorytetu od 0,1 do 1 wynoszą od +50% do -30%. Zawory regulacyjne z logarytmiczną/liniową charakterystyką znalazły szerokie zastosowanie w układach sterowania systemami grzewczymi i wymiennikami ciepła.
Obliczanie Autorytetu
Autorytet zaworu trójdrogowego jest równy stosunkowi spadku ciśnienia na zaworze do sumy spadków ciśnienia na zaworze i regulowanej sekcji. Wartość autorytetu dla zaworów trójdrogowych określa zakres wahań całkowitego przepływu przez port AB.
10% odchylenie przepływu wody przez port AB podczas ruchu trzpienia jest zapewnione przy następujących wartościach autorytetu:
- A+ = (0,8-1,0) - dla zaworów z charakterystyką liniową/liniową.
- A+ = (0,3-0,5) - dla zaworów z charakterystyką logarytmiczną/liniową.
- A+ = (0,1-0,2) - dla zaworów z charakterystyką logarytmiczną/logarytmiczną.
Autorytet dla zaworów trójdrogowych jest określany dla każdego z dwóch pierścieni cyrkulacyjnych przechodzących przez porty A-AB i B-AB.
Po określeniu optymalnego zakresu autorytetu i charakterystyk regulacyjnych, określa się dopuszczalny zakres spadków ciśnienia na zaworze trójdrogowym, a następnie oblicza się jego przepustowość.
Obliczanie Przepustowości
Zależność spadków ciśnienia na zaworze od przepływu wody przez niego charakteryzuje współczynnik przepustowości Kvs. Wartość Kvs jest równa przepływowi wody w m³/h przez całkowicie otwarty zawór, przy którym spadek ciśnienia na zaworze wynosi 1 bar. Zazwyczaj wartości Kvs zaworu trójdrogowego są takie same dla portów A-AB i B-AB, ale istnieją zawory z różnymi wartościami przepustowości dla każdego portu.
Znając, że przy zmianie przepływu wody n-krotnie spadki ciśnienia na zaworze zmieniają się n²-krotnie, łatwo jest określić potrzebne Kvs zaworu regulacyjnego, podstawiając do równania obliczony przepływ i spadki ciśnienia. Z katalogu dobiera się zawór trójdrogowy z najbliższą wartością współczynnika przepustowości do wartości uzyskanej w obliczeniach.
Dobór Napędu Elektrycznego
Napęd elektryczny dobiera się do wcześniej wybranego zaworu trójdrogowego. Zaleca się wybór napędów elektrycznych z listy kompatybilnych urządzeń określonych w charakterystykach zaworu, biorąc pod uwagę:
- Węzły połączeń napędu i zaworu muszą być kompatybilne.
- Skok trzpienia napędu elektrycznego nie powinien być mniejszy niż skok trzpienia zaworu.
- W zależności od bezwładności regulowanego systemu należy stosować napędy o różnej szybkości działania.
- Maksymalny spadek ciśnienia na zaworze, przy którym napęd może go zamknąć, zależy od siły zamykającej napędu.
- Ten sam napęd elektryczny zapewnia zamknięcie zaworu trójdrogowego, który pracuje na mieszanie i rozdzielanie przepływu, przy różnych spadkach ciśnienia.
- Napięcie zasilania i sygnał sterujący napędu muszą odpowiadać napięciu zasilania i sygnałowi sterującemu kontrolera.
- Zawory obrotowe trójdrogowe powinny być obsługiwane wyłącznie przez napędy elektryczne o ruchu obrotowym.
Obliczanie Prawdopodobieństwa Kawitacji
Kawitacja to powstawanie pęcherzyków pary w strumieniu wody, które występuje, gdy ciśnienie w strumieniu spada poniżej ciśnienia nasycenia pary wodnej. Efekt wzrostu prędkości przepływu i spadku ciśnienia w strumieniu, który występuje, gdy przekrój przepływu zostaje zwężony, opisuje równanie Bernoulliego. Przekrój przepływu między zaworem a gniazdem zaworu trójdrogowego jest takim zwężeniem, gdzie ciśnienie może spaść do ciśnienia nasycenia, i jest to miejsce najbardziej prawdopodobne do wystąpienia kawitacji. Pęcherzyki pary są niestabilne, pojawiają się nagle i zapadają się w ten sam sposób, co prowadzi do erozji cząsteczek metalu z elementów zaworu, co nieuchronnie prowadzi do przedwczesnego zużycia. Oprócz zużycia, kawitacja powoduje zwiększenie hałasu podczas pracy zaworu.
Główne czynniki wpływające na kawitację:
- Temperatura wody - im wyższa, tym bardziej prawdopodobna jest kawitacja.
- Ciśnienie wody - przed zaworem regulacyjnym, im wyższe, tym mniejsze prawdopodobieństwo kawitacji.
- Dopuszczalne spadki ciśnienia - im wyższe, tym większe prawdopodobieństwo kawitacji.
- Charakterystyka kawitacyjna zaworu trójdrogowego jest określona przez cechy elementu dławiącego zaworu. Współczynnik kawitacji jest różny dla różnych typów zaworów regulacyjnych i powinien być określony w ich specyfikacjach technicznych, ale ponieważ większość producentów nie podaje tej wartości, algorytm obliczeniowy obejmuje zakres najbardziej prawdopodobnych współczynników kawitacji.
W wyniku sprawdzenia kawitacji można uzyskać następujący wynik:
- 'Brak' - kawitacja na pewno nie wystąpi.
- 'Możliwa' - kawitacja może wystąpić w zaworach o określonych konstrukcjach, zaleca się zmianę jednego z wyżej wymienionych czynników wpływających.
- 'Tak' - kawitacja na pewno wystąpi, zmień jeden z czynników wpływających na kawitację.
Obliczanie Hałasu
Wysoka prędkość przepływu na wejściu zaworu trójdrogowego może powodować wysoki poziom hałasu. W większości pomieszczeń, w których instalowane są zawory regulacyjne, dopuszczalny poziom hałasu wynosi 35-40 dB (A), co odpowiada prędkości przepływu wynoszącej około 3 m/s na wejściu zaworu. Dlatego przy wyborze zaworu trójdrogowego nie zaleca się przekraczania wspomnianej prędkości.
pytanie : komentarz : opinia
Obliczenia sprzętu online
