Как подбирать клапаны регулирующие (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
Расчёт и Подбор Регулирующего клапана
Методика расчёта регулирующего клапана
Расчёт пропускной способности Регулирующего клапана
Подбор расходной характеристики регулирующего клапана
Подбор привода регулирующего клапана
Расчёт регулирующего клапана на возможность возникновения кавитации
Расчёт регулирующего клапана на возникновение шума
🎥 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:

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:

Читайте также: Стеноз клапана аорты при беременности

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:Типы регулирующих клапановСкачать

Расчёт и Подбор Регулирующего клапана

Заполните ниже приведенную форму и в результате расчёта будет подобран список регулирующих клапанов соответствующих заданным исходным данным.

Давление перед регулирующим клапаном

Максимальная температура воды в месте установки

Температурный график Т1 — Т2

Перепад давлений на регулируемом участке

Это может быть перепад поддерживаемый регулятором давления, а при его отсутствии, перепад на вводе тепловой сети или напор насоса в рабочей точке

Потери давления на регулируемом участке, при расчётном расходе, без учёта потерь на клапане

Допустимые потери давления на регулирующем клапане

Видео:Как рассчитать регулирующий клапан?Скачать

Методика расчёта регулирующего клапана

Двухходовые регулирующие клапаны в инженерных системах имеют массу применений, самым распространённым из них стало использование в комплекте с контроллером и датчиками температуры, в качестве регулятора теплопотребления систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Независимо от поставленной задачи, расчёт регулирующего клапана сводится к определению его пропускной способности, при которой на заданном расходе будет дросселирован заданный избыток напора. Кроме соответствия по пропускной способности, подобранный регулирующий клапан должен быть проверен на возможность возникновения кавитации и шумообразование из-за высокой скорости течения воды через него.

Регулирующий клапан необходим, прежде всего, — для регулирования, поэтому подбираться он должен таким образом, чтобы максимально приблизить зависимость регулируемой величины от хода штока к линейной, при этом следует учесть важность таких параметров как расходная характеристика клапана и авторитет регулирующего клапана.

Видео:Критерии выбора регулирующих клапановСкачать

Расчёт пропускной способности Регулирующего клапана

Зависимость потерь напора от расхода через регулирующий клапан называется пропускной способностью — Kvs.

Kvs — пропускная способность численно равная расходу в м³/ч, через полностью открытый регулирующий клапан, при котором потери напора на нём равны 1бар.

Kv – то же, при частичном открытии затвора клапана.

Зная, что при изменении расхода в «n» раз потери напора на клапане изменяются в «n²» раз не сложно определить требуемый Kv регулирующего клапана подставив в уравнение расчётный расход и избыток напора.

Некоторые производители рекомендуют выбирать регулирующий клапан с ближайшим большим значением Kvs от полученного значения Kv. Такой подход выбора позволяет с большей точностью регулировать расходы ниже заданного при расчёте, но не даёт возможности увеличить расход выше заданного значения, которое довольно часто приходится превышать. Мы не критикуем вышеописанный метод, но рекомендуем подбирать двухходовой регулирующий клапан таким образом, чтобы требуемое значение пропускной способности находилось в диапазоне от 50 до 80% хода штока. Регулирующий клапан, рассчитанный таким образом, сможет с достаточной точностью как уменьшить расход относительно заданного, так и несколько увеличить его.

Выше приведенный алгоритм расчёта выводит список регулирующих клапанов, для которых требуемое значение Kv попадает в диапазон хода штока от 50 до 80%.

В результатах подбора приведен процент открытия затвора регулирующего клапана, при котором дросселируется заданный избыток напора на заданном расходе. Приведенные значения процента открытия учитывают кривизну расходной характеристики регулирующего клапана и её искажение за счёт отклонения авторитета от 1.

Видео:Регулирующий клапан с пневмоприводомСкачать

Подбор расходной характеристики регулирующего клапана

Расходная характеристика регулирующего клапана отображает зависимость изменения относительного расхода через клапан от изменения относительного хода штока регулирующего клапана при постоянном перепаде давления на нём.

Регулирующие клапаны с линейной расходной характеристикой рекомендуется применять для регулирования процессов в которых изменение регулируемой величины линейно зависит от расхода, они могут применяться в качестве исполнительных клапанов регуляторов расхода и для регулирования температуры смеси в с тепловых пунктах систем отопления с зависимым присоединением к тепловой сети.

Регулирующие клапаны с логарифмической (равнопроцентной) расходной характеристикой рекомендуется применять в системах изменение регулируемой величины в которых нелинейно зависит от расхода и в системах с низким авторитетом регулирующего клапана. Регуляторы с равнопроцентной расходной характеристикой отлично подходят для регулирования теплоотдачи теплообменников независимых систем отопления и систем горячего водоснабжения со скоростными теплообменными аппаратами. При авторитете регулирующего клапана 0,1 — 0,3 логарифмическая характеристика искажается на столько, что регулирование происходит практически по линейному закону (линейная характеристика).

Основной задачей подбора регулирующего клапана, является создание линейной зависимости между регулирующим воздействием и изменением регулируемой величины, поэтому при выборе расходной характеристики следует учитывать её искажение за счёт отличия авторитета клапана от единицы.

Видео:Как правильно подобрать привод регулирующего клапана Johnson ControlsСкачать

Подбор привода регулирующего клапана

Электропривод подбирается под ранее выбранный регулирующий клапан. Электрические приводы рекомендуется выбирать из списка совместимых устройств, указанных в характеристиках клапана.

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.
Напряжение питания и управляющий сигнал привода должны соответствовать напряжению питания и управляющему сигналу контроллера.

Видео:Подбор регулирующего клапана Johnson ControlsСкачать

Расчёт регулирующего клапана 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 регулирующего 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 регулирующего 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.

Видео:Как подобрать типоразмер регулирующего клапана в паровую систему (на пар)Скачать

Расчёт регулирующего клапана на возникновение шума

Высокая скорость потока во входном патрубке регулирующего 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 регулирующего клапана рекомендуется не превышать выше указанной скорости.