Как определить перепад давления в клапане (3 видео)

Системы централизованного теплоснабжения — источник производства тепловой энергии работает на теплоснабжение группы зданий и связан транспортными устройствами с приборами потребления тепла.

Содержание

5. Подбор клапанов регулирующих устройств
Пропускная способность
Расчетный расход теплоносителя
Расчетный перепад давлений
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Как подобрать типоразмер регулирующего клапана
Определение пропускной способности клапана
Условный диаметр клапана
Условное давление
Риск возникновения кавитации
Уровень шума
Допустимый перепад давления на клапане
📺 Видео

5. Подбор клапанов регулирующих устройств

Принцип подбора клапанов — общий для всех исполнительных механизмов регулирующих устройств (регуляторов температуры и давления прямого действия, регулирующих клапанов с электроприводами). Он также может использоваться при выборе балансировочной, подпиточной (соленоидных клапанов) и другой трубопроводной арматуры. Регулирующий клапан должен пропустить в бескавитационном и бесшумном режиме расчетное количество теплоносителя через теплоиспользующую систему при заданных параметрах теплоносителя, обеспечив требуемое качество и точность регулирования (в совокупности с исполнительными устройствами и регулирующими приборами).

Пропускная способность

В основе подбора регулирующего клапана лежит его условная пропускная способность $K_ $, которая соответствует расходу $G$ (м 3 /ч) холодной воды ($Т = 20$ °C), проходящей через полностью открытый клапан при перепаде давлений на нем $ΔР_ = 1$ бар. $K_ $ — конструктивная характеристика клапана. При выборе клапана его $K_ $ должна быть равна или близка значению требуемой пропускной способности $K_v$ с рекомендуемым запасом:

Требуемая пропускная способность определяется в зависимости от расчетного расхода теплоносителя через клапан и от фактического перепада давлений на нем по формуле, м3/ч:

где $G_р$ — расчетный расход теплоносителя через клапан, м 3 /ч; $ΔР_ $ — заданный перепад давлений на клапане, бар.

Расчетный расход теплоносителя

Системы отопления и вентиляции. При определении требуемой пропускной способности регулирующего клапана для систем отопления и вентиляции расчетный расход теплоносителя $G_ $ определяется по их тепловой нагрузке $Q_ $ (кВт) и температурному перепаду $ΔT = (Т_1 – Т_2)$ в контуре, где установлен клапан, м3/ч:

При этом температурный перепад принимается по температурному графику при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления (например, 150–70 °C).

Система ГВС. Подбор регулирующих клапанов для подогревателей сис-темы ГВС производится при расходе греющего теплоносителя, который определяется по максимальной часовой тепловой нагрузке на ГВС $Q_ $ (кВт) и перепаду температур греющего теплоносителя в точке излома температурного графика (например, 70–40 °C). Расчетный расход теплоносителя через клапан системы ГВС при непосредственном водоразборе из тепловой сети принимается в размере максимального часового расхода горячей воды для хозяйственно-питьевых нужд или на технологический процесс.

Пропускная способность клапанов регулирующих устройств, обслуживающих одновременно систему отопления и систему ГВС, например общего для этих систем регулятора перепада давлений, определяется:

при одноступенчатом нагреве воды для системы ГВС — по сумме их расчетных расходов;
при двухступенчатой смешанной схеме нагрева воды (I ступень водоподогревателя и система отопления подключены к тепловой сети последовательно, II ступень — параллельно системе отопления) — по сумме расчетных расходов на отопление и ГВС с коэффициентом 0.8.

Система подпитки. При выборе подпиточных устройств расчетный часовой расход берется в размере 20 % от полного объема воды в системе теплопотребления, включая подогреватель и расширительный сосуд. Объем воды в системе отопления с достаточной точностью можно принимать из расчета 15 л на каждый кВт тепловой мощности системы.

Расчетный перепад давлений

Выбор расчетного перепада давлений на регулирующих клапанах — наиболее сложно решаемая проблема. Если расход теплоносителя через клапан задан однозначно, то перепадом давлений на нем можно варьировать. От принятого перепада давлений зависит не только калибр клапана, но также работоспособность и долговечность регулирующего устройства, бесшумность его функционирования, качество регулирования. Выбор перепада давлений для всех регулирующих клапанов теплового пункта следует производить комплексно, во взаимосвязи, с учетом конкретных условий и приведенных ниже требований. Исходной величиной для выбора перепада давлений на регулирующих клапанах теплового пункта является перепад давлений в трубопроводах тепловой сети на вводе в здание (на узле ввода теплового пункта) $ΔР_с$. Обычно перепад давлений на вводе в здание принимается по официальным данным теплоснабжающей организации с запасом 20% ($0.8·ΔР_с$). Для обеспечения качественного процесса регулирования и долговечной работы регулирующего клапана перепад давлений на нем должен быть больше или равен половине перепада давлений на регулируемом участке:

Читайте также: Проверка клапана егр вася диагност

Регулируемый участок — это часть трубопроводной сети с теплоиспользующей установкой, где расположен клапан, между точками со стабилизированным перепадом давлений или при его колебаниях в пределах ±10 %.

Рекомендуемое абсолютно минимальное значение перепада давлений на регулирующем клапане $ΔР^ _ = 0.3$ бар. В то же время перепад давлений на клапане не должен превышать предельно допустимое значение, гарантирующее работу клапана в бескавитационном режиме. Проверку клапана на возникновение кавитации следует осуществлять при температурах проходящего через него теплоносителя. С этой целью для выбранного клапана определяется предельно допустимый перепад давлений $ΔР^ _ $ и сравнивается с принятым перепадом при расчете $K_v$. Предельно допустимый перепад давлений на регулирующем клапане рассчитывается по формуле, бар:

где $Z$ — коэффициент начала кавитации. Принимается по каталогам на регулирующие клапаны в зависимости от их типа и диаметра; $P_1$ — избыточное давление теплоносителя перед регулирующим клапаном, бар; $Р^ _ $ — избыточное давление насыщенных паров воды в зависимости от ее температуры $Т_1$ в бар. Если рассчитанный $ΔР^ _ $ окажется меньше принятого ранее $ΔР_ $, то необходимо либо уменьшить заданный перепад давлений на клапане путем перераспределения его между элементами трубопроводной сети, в том числе за счет дополнительной установки какого-либо дросселирующего устройства (например, ручного балансировочного клапана) перед клапаном, либо переместить клапан на обратный трубопровод, где температура теплоносителя менее 100 °C. При применении не разгруженного по давлению клапана перепад давлений на нем не должен превышать также предельного значения, свыше которого клапан не будет закрываться под воздействием привода, у которого ограничено усилие. Во всех случаях в целях минимизации шумообразования перепад давлений на регулирующих клапанах рекомендуется принимать не более 2.5 бар.

Регулирующие клапаны в сочетании с электрическими приводами имеют относительный диапазон регулирования не менее 1:30, т. е. клапан обеспечивает пропорциональное регулирование при уменьшении расхода проходящей через него среды по сравнению со значением $K_ $ в 30 раз. Если требуется расширить диапазон регулирования, можно установить два клапана параллельно: один — с бóльшей пропускной способностью, подобранный на номинальный расход теплоносителя, а второй — с мéньшей пропускной способностью, рассчитанный на пропуск 1/30 части номинального расхода. При этом электрические соединения клапанов должны быть выполнены таким образом, чтобы сначала открывался «маленький» клапан и только после его полного открытия — «большой». Для обеспечения такой последовательности работы клапанов можно использовать их концевые выключатели (встроенные или дополнительные). Для системы подпитки перепад давлений на соленоидном клапане определяется как разность между требуемым статическим давлением в системе теплопотребления при ее независимом присоединении к тепловой сети и давлением перед клапаном (в обратном трубопроводе тепловой сети или создаваемое подпиточным насосом). Определение расчетных параметров и последовательность выбора регулирующих клапанов проиллюстрированы в приведенных ниже примерах.

Пример 1

Подобрать регулирующий клапан при следующих условиях:

клапан устанавливается на обратном трубопроводе после теплоиспользующей установки;
теплоноситель — вода с температурой в обратном трубопроводе: $Т_2 = 70$ °C;
потери давления в теплоиспользующей установке (в сети): $ΔР_ = 1.5$ бар;
располагаемый напор на регулируемом участке произвольный (определяется по результатам подбора клапана);
расчетный расход теплоносителя: $G_р = 10$ м 3 /ч.

Решение 1. Расчетный перепад давлений на клапане из условия $ΔР_ ≥ 0.5·ΔР_ $, т.е. $ΔР_ ≥ ΔР_ $, принимается равным $ΔР_у$, бар:

2. Рассчитывается требуемая пропускная способность клапана по формуле, м 3 /ч:

3. Из технического каталога выбирается клапан Ду 25 с $K_ = 10$ м 3 /ч (ближайший больший к $K_v$).

Пример 2

Выбрать регулирующий клапан при следующих исходных данных:

теплоноситель — вода с температурой: $Т_1 = 150$ °C, и давлением насыщенных паров: $Р_ = 3.85$ бар;
избыточное давление теплоносителя перед клапаном: $Р_1 = 7$ бар;
предварительно заданный перепад давлений на регулирующем клапане: $ΔР_ = 2.5$ бар;
расчетный расход теплоносителя: $G_р = 40$ м 3 /ч.

Решение 1. Рассчитывается требуемая пропускная способность клапана по формуле, м 3 /ч:

2. Из каталога «Регулирующие клапаны с электроприводами и гидравлические регуляторы температуры и давления» предварительно выбирается клапан Ду 50 с $K_ = 32$ м 3 /ч и коэффициентом начала кавитации $Z = 0.5$.

3. Рассчитывается предельно допустимый перепад давлений на клапане с запасом 10 %, бар:

4. Так как принятый первоначально перепад давлений на клапане оказался больше предельно допустимого по условиям кавитации ($ΔР_ = 2.5 > ΔР^ _ = 1.4$), $K^ _ пересчитывается при $ΔР_ = 1.4$ бар, м3/ч:

5. По скорректированному значению $K_v$ выбирается клапан Ду 65 с $K_ = 50$ м 3 /ч и коэффициентом начала кавитации $Z = 0.5$.

Пример 3

Выбрать моторные регулирующие клапаны и клапаны регуляторов перепада давлений для теплового пункта.

Теплоноситель — вода, подаваемая из закрытой системы теплоснабжения по температурному графику с «летней» срезкой для ГВС.
Расчетная температура теплоносителя в тепловой сети: $Т_1 = 150$ °C и $Т_2 = 70$ °C. Температура в точке «излома» графика: $T’_1 = 70$ °C и $T’_2 = 40$ °C.
Избыточное давление в трубопроводах тепловой сети: подающем: $Р_1 = 12$ бар, обратном: $Р_2 = 4$ бар.
Расчетная тепловая нагрузка: на отопление: $Q_О = 1000$ кВт, на вентиляцию: $Q_В = 2000$ кВт, на ГВС: $Q_ = 500$ кВт.
Потеря давления: в системе отопления: $∆Р_О = 0.5$ бар, в системе вентиляции: $∆Р_В = 1$ бар, в первой ступени водоподогревателя ГВС (по греющей воде): $∆Р_ = 0.3$ бар, во второй ступени водоподогревателя ГВС (по греющей воде): $∆Р_ = 0.2$ бар.

Решение 1. Расчетный расход через регулирующий клапан в узле приготовления теплоносителя для системы отопления рассчитывается по формуле, м 3 /ч:

$$G_ = 0.86 · Q_О / (T_1–T_2) = 0.86 · 1000 / (150 – 70) = 10.75.$$

2. Расчетный расход через клапан регулятора перепада давлений для системы вентиляции, м 3 /ч:

$$G_В = 0.86 · Q_В / (T_1 – T_2) = 0.86 · 2000 / (150 – 70) = 21.5.$$

3. Расчетный расход через регулирующий клапан системы ГВС, м 3 /ч:

$$G_ = 0.86 · Q_ / (T’_1 – T’_2) = 0.86 · 500 / (70 – 40) = 14.33.$$

4. Расчетный расход через клапан регулятора перепада давлений РПД1 для систем отопления и ГВС, м 3 /ч:

$$G_ = 0.8 · (G_О + G_ ) = 0.8 · (10.75 + 14.33) = 20.06.$$

5. Предельно допустимый перепад давлений по условию бескавитационной работы на клапанах регуляторов перепада давлений для систем отопления с ГВС ($∆P^ _ $) и системы вентиляции ($∆P^ _ $) при $Z = 0.5$ (рекомендуемое значение для предварительного расчета) и $Р_ = 3.85$ бар, бар:

6. Принимаем перепад давлений на регуляторах перепада давлений с запасом 10 %, бар:

7. Давление в подающем трубопроводе перед регулирующими клапанами систем отопления и ГВС, бар:

8. Предельно допустимый перепад давлений по условию бескавитационной работы на регулирующих клапанах системы отопления ($∆Р_ $) и ГВС ($∆Р_ $) при предварительно принятом $Z = 0.5$ и $Р_ = 3.85$ бар, бар:

9. Принимаем перепад давлений на клапанах систем отопления и ГВС с запасом 10 %, бар:

10. Излишний напор в кольце систем отопления и ГВС гасим на дополнительно устанавливаемом на вводе ручном балансировочном клапане БКI, принимая располагаемый напор на вводе с запасом 10 %, бар:

$$∆Р_ = 0.9 · (Р_1 – Р_2) – ∆Р_ – ∆Р_ – ∆Р_ = 0.9 · (12 – 4) – 3.7 – 2 – 0.3 = 1.2.$$

11. Излишний напор в кольце системы вентиляции гасим на дополнительно устанавливаемом ручном балансировочном клапане БК2, бар:

$$∆Р_ = 0.9 · (Р_1 – Р_2) – ∆Р_ – ∆Р_ – ∆Р_В = 0.9 · (12 – 4) – 1.2 – 3.7 – 1 = 1.3.$$

12. Требуемая пропускная способность регулирующих клапанов, м 3 /ч:

13. Клапаны выбираются по каталогу на основе требуемых пропускных способностей: для отопления: Ду = 25 мм c $K_ = 10$ м 3 /ч и $Z = 0.5$; для ГВС: Ду = 32 мм c $K_ = 16$ м 3 /ч и $Z = 0.5$; для РПД1: Ду = 32 мм c $K_ = 16$ м 3 /ч и $Z = 0.55$; для РПД2: Ду = 32 мм c $K_ = 16$ м 3 /ч и $Z = 0.55$.

Администратор сайта: Колосов Михаил
email:
Copyright © 2011-2021. All rights reserved.

Видео:ИТП. Регулятор перепада давления Danfoss. Принцип работы.Скачать

Как подобрать типоразмер регулирующего клапана

Встречали в описании регуляторов давлений следующую рекомендацию: «Не следует подбирать типоразмер клапана по диаметру трубопровода, используйте значение K_vs»? Эта надпись есть практически в любой технической документации на регулирующие клапаны, а также сайтах компаний, занимающихся их продажей.

Вот только, что это за значение K_vs и достаточно ли его для подбора регулятора, практически никто не объясняет. Эта статья поможет вам разобраться, как правильно рассчитать типоразмер любого регулирующего клапана.

В большинстве случаев подобрать регулятор давления под конкретное применение можно без привлечения специалистов. Точный расчет параметров арматуры потребуется для систем, где необходимо высокое качество регулирования или есть особые требования к ее работе, например, ограничения по уровню шума.

Основным параметром, по которому выбирается регулятор давления, является его пропускная способность или то самое значение Kvs. Как его рассчитать и что еще нужно учесть при выборе регулирующего клапана расскажет Андрей Шахтарин, директор компании «КВиП».

Видео:Регулятор перепада давления DN.RU PRDСкачать

Определение пропускной способности клапана

K_vs, которая указывается в технической документации регулятора давления, — это пропускная способность полностью открытого клапана. Производители обычно указывают диапазон значений K_{vs min}— K_{vs max}, в котором работает устройство. Ваша задача определить необходимую пропускную способность клапана, при которой на заданном расходе будет обеспечено необходимое понижение давления пара, газа или жидкости при его прохождении.

Для каждого типа теплоносителя используется своя формула, учитывающая физические характеристики рабочей среды и перепад давления на входе и выходе:

P₁ — давление на входе регулятора, бар;

P₂ — давление на выходе регулятора, бар;

t₁ — температура среды на входе, oC;

Q — расход для жидкости, м 3 /ч;

Q_N — расход для газов при нормальных условиях, нм 3 /ч;

G — расход для водяного пара, кг/ч;

ρ — плотность жидкости, кг/м 3 ;

p_N — плотность газов при нормальных условиях, кг/нм 3 .

При расчетах учитывайте, что в формуле используется избыточное давление.

Расчетная K_v не учитывает все факторы, влияющие на работу устройства, так что про запас к полученному значению рекомендуется добавить 30%. Поэтому K_v умножаем на коэффициент 1,3 и только после этого подбираем клапан с самым близким значением K_{vs max}.

Однако на этом подбор регулятора давления не заканчивается. Рекомендуется учесть еще несколько показателей, если вы хотите, чтобы:

технологические процессы регулировались более точно;

клапан во время работы не шумел и не «хлопал»;

при эксплуатации регулятора не было особых проблем с кавитацией и, как следствие, эрозионным износом его элементов;

повысилась безопасность производственных процессов;

сократились расходы на техобслуживание системы.

Для нормальной эксплуатации регулирующего клапана важны следующие факторы.

Условный диаметр клапана

Помните рекомендацию в начале статьи? Она рабочая — регуляторы давления действительно никогда не подбираются по диаметру трубопровода. Однако придется рассчитать условные параметры подводящей линии. Особенно это касается редукционного клапана, который обязательно устанавливается с обвязкой (об этом мы писали в этой статье). Для определения диаметра используем следующую формулу:

w — рекомендуемая скорость потока среды, м/c;

Q — рабочий объемный расход среды м 3 /ч;

d — диаметр трубопровода, м.

Регулятор может иметь диаметр на одну-две ступени меньше полученного значения. Если подобрать подходящий регулирующий клапан нет возможности, допустимо выбрать модель с более низкой пропускной способностью K_vs.

Условное давление

Этот параметр определяет допустимое рабочее давление для арматуры при нормальной температуре (20 o C). При нагреве механические свойства и эксплуатационные характеристики конструкционных материалов снижаются. Поэтому реальное допустимое давление для арматуры будет ниже. Насколько измениться значение зависит от материала изготовления клапана. В приведенной таблице приведена зависимость максимального рабочего давления от температуры для серого чугуна, углеродистой и нержавеющей стали.

Риск возникновения кавитации

При больших перепадах давления это одна из самых больших проблем, приводящая к быстрому выходу из строя клапана. Особенно сильно эффект проявляется при использовании регуляторов давления пара после себя. Проверить возможность возникновения кавитации можно по формуле:

P₁ – давление на входе регулятора, бар;

∆P – перепад давления на клапане, бар.

Кавитация возникнет, если условие соблюдается.

Уровень шума

Регулирующий клапан будет шуметь и хлопать, если скорость среды, проходящей по трубопроводам будет выше рекомендуемой. Рассчитать фактическую скорость можно по формуле:

w – скорость потока среды, м/c;

Q – рабочий объемный расход среды м 3 /ч;

d – диаметр трубопровода, м.

Рекомендуемые скорости для всех типов сред приведены в таблице.

Снизить уровень шума можно, установив клапан в специальном исполнении или смонтировав виброкомпенсаторы на участках до и после регулятора.

Допустимый перепад давления на клапане

Для ряда регуляторов давления пара после себя ограничено отношение входного давления к выходному, так как при превышении перепада давления клапан не сможет закрыться. При выборе такого устройства можно не беспокоиться о кавитации — ограничение по этому параметру ее полностью исключает.

Соблюдение перечисленных рекомендаций поможет вам выбрать оптимальную модель регулирующего клапана, который будет не только эффективно, но и долго работать. Также вы можете обратиться за помощью к нашим специалистам — мы ответим на все ваши вопросы и поможем подобрать подходящий регулятор. Связаться с нами можно любым удобным способом.