Расчёт и Подбор Трёхходового клапана
ПРИМЕР
Бытует мнение, что подбор трёхходового клапана не требует предварительных расчётов. Это мнение основано на предположении, что суммарный расход через патрубок AB - не зависит от хода штока и всегда постоянен. В действительности, расход через общий патрубок AB колеблется в зависимости от хода штока, а амплитуда колебания зависит от авторитета трёхходового клапана на регулируемом участке и его расходной характеристики.
Методика расчёта трёхходового клапана
Расчёт трёхходового клапана выполняют в следующей последовательности:
- 1. Подбор оптимальной расходной характеристики.
- 2. Определение регулирующей способности (авторитета клапана).
- 3. Определение пропускной способности и номинального диаметра.
- 4. Подбор электропривода регулирующего клапана.
- 5. Проверка на возникновение шума и кавитации.
Выбор расходной характеристики
Зависимость расхода через клапан от хода штока называют расходной характеристикой. Тип расходной характеристики определяет форма затвора и седла клапана. Так как у трёхходового клапана два затвора и два седла — расходных характеристик у него тоже две, первой обозначают характеристику по прямому ходу - (A-AB), а второй по перпендикулярному - (B-AB).
Линейно/линейная. Суммарный расход через патрубок АВ постоянен лишь при авторитете клапана равном 1, что обеспечить практически невозможно. Работа трёхходового клапана с авторитетом равным 0.1 приведёт к колебаниям суммарного расхода при перемещении штока, в диапазоне от 100% до 180%. Поэтому клапаны с линейно/линейной характеристикой применяются в системах нечувствительных к колебаниям расхода, либо в системах с авторитетом клапана не менее 0.8.
Логарифмическо/логарифмическая. Минимальные колебания суммарного расхода через патрубок AB в трёхходовых клапанах с логарифимическо/логарифмической расходной характеристикой наблюдаются при авторитете клапана равном 0.2. При этом, снижение авторитета, относительно указанного значения - увеличивает, а повышение – уменьшает суммарный расход через патрубок АВ. Колебание расхода в диапазоне авторитетов от 0.1 до 1 составляет от +15% до -55%.
Логарифмическо/линейная. Трёхходовые клапаны с логарифмическо/линейной расходной характеристикой применяются если в циркуляционных кольцах проходящих через патрубки A-AB и B-AB необходимо регулирование по различным законам. Стабилизация расхода во время движения штока клапана происходит при авторитете равном 0.4. Колебание суммарного расхода через патрубок AB в диапазоне авторитетов от 0.1 до 1 составляет от +50% до -30%. Регулирующие клапаны с лограрифмическо/линейной расходной характеристикой получили широкое применение в узлах управления системами отопления и теплообменными аппаратами.
Расчёт авторитета
Авторитет трёхходового клапана равен отношению потерь напора на клапане к потерям напора на клапане и регулируемом участке. Значение авторитета для трёхходовых клапанов определяет диапазон колебания суммарного расхода через порт АB.
10% отклонение мгновенного расхода через порт AB во время движения штока обеспечивается при следующих значениях авторитета:
- A+ = (0.8-1.0) – для клапана с линейно/линейной характеристикой.
- A+ = (0.3-0.5) - для клапана с логарифмическо/линейной характеристикой.
- A+ = (0.1-0.2) - для клапана с логарифмическо/логарифмической характеристикой.
Для трёхходовых клапанов авторитет определяется для каждого из двух циркуляционных колец проходящих через порты A-AB и B-AB.
Определив оптимальный диапазон авторитетов и расходную характеристику, определяют допустимый диапазон потерь давления на трёхходовом клапане и переходят к определению его пропускной способности.
Расчёт пропускной способности
Зависимость потерь напора на клапане от расхода через него, характеризуется коэффициентом пропускной способности Kvs. Значение Kvs численно равно расходу в м³/ч, через полностью открытый клапан, при котором потери напора на нём составят 1бар. Как правило, значение Kvs трёхходового клапана одинаково для хода A-AB и B-AB, но бывают клапаны и с различными значениями пропускной способности по каждому из ходов.
Зная, что при изменении расхода в «n» раз потери напора на клапане изменяются в «n²» раз, не сложно определить требуемый Kvs регулирующего клапана подставив в уравнение расчётный расход и потери напора. Из номенклатуры подбирают трёхходовой клапан с ближайшим значением коэффициента пропускной способности к значению полученному в результате расчёта.
Подбор электропривода
Электропривод подбирается под ранее выбранный трёхходовой клапан. Электрические приводы рекомендуется выбирать из списка совместимых устройств, указанных в характеристиках клапана, при этом следует обратить внимание на:
- Узлы стыковки привода и клапана должны быть совместимы.
- Ход штока электропривода должен быть не менее хода штока клапана.
- В зависимости от инерционности регулируемой системы следует применять приводы с различной скоростью действия.
- От усилия закрытия привода зависит максимальный перепад давления на клапане при котором привод сможет его закрыть.
- Один и тот же электропривод обеспечивает перекрытие трёхходового клапана работающего на смешение и разделение потока, при разных перепадах давления.
- Напряжение питания и управляющий сигнал привода должны соответствовать напряжению питания и управляющему сигналу контроллера.
- Поворотные трёхходовые клапаны применяются с ротационными, а седельные с линейными электроприводами.
Расчёт на возможность возникновения кавитации
Кавитация – образование пузырьков пара в потоке воды проявляющееся при снижении давления в нём ниже давления насыщения водяного пара. Уравнением Бернулли описан эффект увеличения скорости потока и снижения давления в нём, возникающий при сужении проходного сечения. Проходное сечение между затвором и седлом трёхходового клапана является тем самым сужением, давление в котором может опуститься до давления насыщения, и местом наиболее вероятного образования кавитации. Пузырьки пара нестабильны, они резко появляются и также резко схлопываются, это приводит к выеданию частиц метала из затвора клапана, что неизбежно станет причиной его преждевременного износа. Кроме износа кавитация приводит к повышению шума при работе клапана.
Основные факторы, влияющие на возникновение кавитации:
- Температура воды – чем она выше, тем большие вероятность возникновения кавитации.
- Давление воды – перед регулирующим клапаном, чем оно выше, тем меньше вероятность возникновения кавитации.
- Допустимые потери давления – чем они выше, тем выше вероятность возникновения кавитации. Здесь следует отметить, что в положении затвора близком к закрытию дросселируемое давление на клапане стремиться к располагаемому давлению на регулируемом участке.
- Кавитационная характеристика трёхходового клапана – определяется особенностями дросселирующего элемента клапана. Коэффициент кавитации различен для различных типов регулирующих клапанов и должен указываться в их технических характеристиках, но так, как большинство производителей не указывают данную величину, в алгоритм расчёта заложен диапазон наиболее вероятных коэффициентов кавитации.
В результате проверки на кавитацию может быть выдан следующий результат:
- «Нет» - кавитации точно не будет.
- «Возможна» – на клапанах некоторых конструкций возникновение кавитации возможно, рекомендуется изменить один из вышеописанных факторов влияния.
- «Есть» – кавитация точно будет, измените один из факторов влияющих на возникновение кавитации.
Расчёт на возникновение шума
Высокая скорость потока во входном патрубке трёхходового клапана может стать причиной высокого уровня шума. Для большинства помещений в которых устанавливаются регулирующие клапаны допустимый уровень шума составляет 35-40 dB(A) который соответствует скорости во входном патрубке клапана примерно 3м/c. Поэтому, при подборе трёхходового клапана не рекомендуется превышать выше указанной скорости.
вопрос : комментарий : отзыв
Online Расчёт оборудования
