Розрахунок та Підбір Трьохходового клапана
ПРИКЛАД
Існує думка, що підбір трьохходового клапана не потребує попередніх розрахунків. Це припущення базується на тому, що загальний протік води через патрубок AB не залежить від положення штока і завжди залишається постійним. Насправді, протік через загальний патрубок AB змінюється в залежності від положення штока, а амплітуда змін залежить від авторитету трьохходового клапана та його регулюючої характеристики.
Методика розрахунку трьохходового клапана
Розрахунок трьохходового клапана виконують у наступній послідовності:
- 1. Підбір оптимальної регулюючої характеристики.
- 2. Визначення регулюючої здатності (авторитету клапана).
- 3. Визначення пропускної здатності та номінального діаметра.
- 4. Підбір електроприводу регулюючого клапана.
- 5. Перевірка на виникнення шуму та кавітації.
Вибір регулюючої характеристики
Залежність протоку води через клапан від ходу штока називають регулюючою характеристикою. Тип регулюючої характеристики визначає форму затвора та сідла клапана. Оскільки у трьохходового клапана два затвори та два сідла - регулюючих характеристик у нього теж дві, першою позначають характеристикою по прямому ходу - (A-AB), а другу по перпендикулярному - (B-AB).
Лінійна/лінійно. Сумарний протік води через патрубок AB постійний лише при авторитеті клапана, що дорівнює 1, а це забезпечити практично неможливо. Робота триходового клапана з авторитетом, рівним 0,1, призведе до коливань сумарного протоку при переміщенні штока, в діапазоні від 100% до 180%. Тому клапани з лінійною / лінійною характеристикою застосовуються в системах, що нечутливі до коливань протоку води, або в системах з авторитетом клапана не менше 0,8.
Логарифмічно/логарифмічна. Мінімальні коливання сумарного протоку води через патрубок AB в триходових клапанах з логарифмічно/логарифмічною регулюючою характеристикою спостерігаються при авторитеті клапана, рівному 0,2. При цьому зниження авторитету, порівняно з вказаним значенням, збільшує, а підвищення - зменшує сумарний протік через патрубок AB. Коливання протоку в діапазоні авторитетів від 0,1 до 1 становлять від +15% до -55%.
Логарифмічно/лінійна. Трьохходові клапани з логарифмічно/лінійною характеристикою застосовуються, якщо в циркуляційних кільцях, які проходять через патрубки A-AB та B-AB, потрібно регулювання за різними законами. Стабілізація протоку під час руху клапана відбувається при авторитеті, рівному 0,4. Коливання загального протоку через патрубок AB в діапазоні авторитетів від 0,1 до 1 становлять від +50% до -30%. Регулюючі клапани з логарифмічно/лінійною характеристикою отримали широке застосування в вузлах керування системами опалення та теплообмінними апаратами.
Розрахунок авторитету
Авторитет трьохходового клапану дорівнює відношенню втрат тиску на клапані до суми втрат тиску на клапані та регульованій ділянці. Значення авторитету для трьохходових клапанів визначає діапазон коливання загального протоку через порт АB.
10% відхилення протоку води через порт AB під час руху штока забезпечується при наступних значеннях авторитету:
- A+ = (0,8-1,0) - для клапана з лінійно/лінійною характеристикою.
- A+ = (0,3-0,5) - для клапана з логарифмічно/лінійною характеристикою.
- A+ = (0,1-0,2) - для клапана з логарифмічно/логарифмічною характеристикою.
Для трьохходових клапанів авторитет визначається для кожного з двох циркуляційних кілець, що проходять через порти A-AB та B-AB.
Визначивши оптимальний діапазон авторитетів та регулюючої характеристики, визначають допустимий діапазон втрат тиску на трьохходовому клапані та переходять до визначення його пропускної здатності.
Розрахунок пропускної здатності
Залежність втрат тиску на клапані від протоку води через нього, характеризується коефіцієнтом пропускної здатності Kvs. Значення Kvs дорівнює протоку води у м³/год, через повністю відкритий клапан, при якому втрати тиску на клапані складуть 1 бар. Зазвичай значення Kvs трьохходового клапана однакові для ходів A-AB та B-AB, але бувають клапани з різними значеннями пропускної здатності для кожного з ходів.
Знаючи, що при зміні протоку води в «n» раз втрати тиску на клапані змінюються в «n²» раз, нескладно визначити потрібний Kvs регулюючого клапана, підставивши в рівняння розрахунковий протік та втрати тиску. З номенклатури підбирають трьохходовий клапан з найближчим значенням коефіцієнта пропускної здатності до значення, отриманого в результаті розрахунку.
Підбір електроприводу
Електропривод підбирається під раніше обраний трьохходовий клапан. Рекомендується вибирати електричні приводи зі списку сумісних пристроїв, вказаних у характеристиках клапана, при цьому слід звернути увагу на:
- Вузли з'єднання приводу і клапана повинні бути сумісні.
- Хід штока електроприводу повинен бути не менше ходу штока клапана.
- Залежно від інерційності регульованої системи слід застосовувати приводи з різною швидкістю дії.
- Від зусилля закриття приводу залежить максимальний перепад тиску на клапані, при якому привід зможе його закрити.
- Один і той же електропривід забезпечує перекриття трьохходового клапана, який працює на змішування і розділення потоку, при різних перепадах тиску.
- Напруга живлення та керуючий сигнал приводу повинні відповідати напрузі живлення та керуючому сигналу контролера.
- Поворотні трьохходові клапани застосовуються з ротаційними, а сідлові з лінійними електроприводами.
Розрахунок можливості виникнення кавітації
Кавітація - утворення бульбашок пару в потоці води, яке проявляється при зниженні тиску в ньому нижче тиску насичення водяної пари. Ефект збільшення швидкості потоку та зниження тиску в ньому, що виникає при звуженні прохідного перерізу, описується рівнянням Бернуллі. Прохідний переріз між засувкою та сідлом трьохходового клапану є таким звуженням, тиск в якому може опуститися до тиску насичення, і є місцем найбільш ймовірного утворення кавітації. Бульбашки пару нестабільні, вони різко з'являються і так само різко згортаються, що призводить до вибивання часток металу з елементів клапана, що неодмінно стане причиною його передчасного зносу. Крім зносу кавітація призводить до підвищення шуму при роботі клапана.
Основні фактори, що впливають на виникнення кавітації:
- Температура води - чим вона вище, тим більша ймовірність виникнення кавітації.
- Тиск води - перед регулюючим клапаном, чим він вище, тим менша ймовірність виникнення кавітації.
- Допустимі втрати тиску - чим вони вищі, тим вище ймовірність виникнення кавітації.
- Кавітаційна характеристика трьохходового клапана визначається особливостями дроселюючого елемента клапана. Коефіцієнт кавітації різний для різних типів регулюючих клапанів і повинен бути вказаний в їх технічних характеристиках, але оскільки більшість виробників не вказують це значення, у алгоритм розрахунку вбудовано діапазон найбільш ймовірних коефіцієнтів кавітації.
В результаті перевірки на кавітацію може бути отримано наступний результат:
- 'Немає' - кавітації точно не буде.
- 'Можлива' - на клапанах деяких конструкцій виникнення кавітації можливе, рекомендується змінити один з вищезгаданих факторів впливу.
- 'Є' - кавітація точно буде, змініть один з факторів, що впливають на виникнення кавітації.
Розрахунок на виникнення шуму
Висока швидкість потоку у вхідному патрубку трьохходового клапана може стати причиною високого рівня шуму. Для більшості приміщень, в яких встановлюються регулюючі клапани, допустимий рівень шуму становить 35-40 дБ (А), що відповідає швидкості у вхідному патрубку клапана приблизно 3 м/с. Тому при підборі триходового клапана не рекомендується перевищувати вищезгадану швидкість.
питання : коментар : відгук
Online Розрахунки обладнання
