Как выполнить сечение клапана (8 видео)

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

Содержание

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
Как выполнить сечение клапана
🎦 Видео

Видео:Какой провод нужен для подключения клапана!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:Как рассчитать и изготовить электромагнит любой мощности. Все об электромагнитах. [Просвещение]Скачать

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:Противопожарные клапаны. Правила установкиСкачать

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:Новое устройство для прирезки сёдел клапанов, сделай сам!Скачать

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.

Читайте также: Шумит двигатель приора 16 клапанов

Видео:Парадокс сужающейся трубыСкачать

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:Измерение штангенциркулем (job4man.ru).MOVСкачать

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.

Видео:Закон БернуллиСкачать

Как выполнить сечение клапана

Предклапан — расчет и выбор предохранительных клапанов

Расчет параметров, необходимых для выбора клапана

Для расчета и выбора предохранительного клапана необходимо указать следующие величины:

Требуемая пропускная способность клапана G (определяется проектировщиком на основе расчета и анализа аварийных ситуаций в соответствии с различными нормативно-методическими документами);

Давление начала открытия P но или давление настройки клапана P н (избыточное) в условиях эксплуатации — назначается проектировщиком. После задания одной из этих величин другая автоматически пересчитывается в соответствии с выбранным нормативным документом:

По умолчанию расчет ведется по ГОСТ Р 53402-2009.

Важно : пересчет из давления начала открытия в давление настройки и наоборот по указанным выше формулам производится для параметров на стенде изготовителя !

Давление в системе сброса P сбр , избыточное;

Температура продукта в защищаемой системе (перед клапаном) в момент срабатывания клапана T 1 (рассчитывается проектировщиком одновременно с G ). Вместо температуры для продуктов с «неопределенным» агрегатным состоянием (для которых возможна смена агрегатного состояния и/или двухфазное течение) может быть задано массовое газосодержание перед клапаном х 1 ;

Материал корпуса клапана (углеродистая сталь, коррозионностойкая сталь, чугун — определяется проектировщиком в зависимости от свойств продукта);

Тип клапана — обычный или с сильфоном (сбалансированный);

Наличие либо отсутствие у клапана приспособления для принудительной продувки;

Наличие предохранительной мембраны до и/или после клапана;

Указание особого случая расчета клапанов (расчет на условия пожара и/или случай установки нескольких клапанов ).

Р асчетное давление защищаемой системы P расч , избыточное.

Программой рассчитываются следующие параметры:

Максимальное допустимое давление при сбросе , избыточное — рассчитывается в зависимости от заданного в общих сведениях по проекту нормативного документа:

ASME BPV Code Section VIII :

Давление полного открытия клапана P по , (избыточное) — в условиях эксплуатации и на стенде изготовителя. Рассчитывается в зависимости от выбранного (на вкладке «Выбранный клапан») нормативного документа:

ASME BPV Code Section VIII:

По умолчанию расчет ведется по ГОСТ 31294-2005.

Важно : пересчет давления полного открытия по давлению настройки (или давлению начала открытия) по указанным выше формулам производится для параметров на стенде изготовителя !

Давление перед клапаном при сбросе P 1 (оно же «выпускное давление» или «давление по расходу»), избыточное – используется для расчета размеров клапана и его пропускной способности. По умолчанию при расчете оно берется равным давлению полного открытия клапана, однако при необходимости (при ручном задании клапана) может приниматься равным .

При расчете программа проверяет условие и выдает соответствующее сообщение в случае его нарушения.

Читайте также: Клапан для сброса воздуха из системы отопления как называется

Массовое газосодержание перед клапаном х 1 (если оно не было задано пользователем). Рассчитывается программой по P 1 , T 1 и составу продукта;

Максимальное избыточное давление за клапаном P 2 до расчета отводящего трубопровода предварительно принимается равным P 2 = P сбр + 0,02 МПа, уточняется после расчета отводящего трубопровода;

Температура продукта T 2 и массовое газосодержание х 2 при входе в систему сброса в момент срабатывания клапана. Рассчитываются на основе теплового баланса с учетом эффекта Джоуля-Томпсона по T 1 (или х 1 ), P 1 и P сбр для газообразных продуктов с заданным составом и для продуктов с «неопределенным» агрегатным состоянием. В остальных случаях принимаются равными T 1 и х 1 ;

Д авление начала открытия и давление настройки пружины клапана на стенде изготовителя (то есть, с нулевым противодавлением) для выбора пружины клапана.

Примечание : для сильфонных «сбалансированных» клапанов давление в системе сброса не вычитается, их срабатывание практически не зависит от давления в системе сброса;

Минимальное условное давление корпуса клапана P у определяется программой согласно [5] по P н , T 1 и заданному материалу корпуса клапана;

Коэффициенты В 1 , В 2 , В 3 , используемые для расчета пропускной способности клапанов для газообразного продукта согласно [1], рассчитываются по формулам:

где — отношение давлений после и перед клапаном;

— критическая величина отношения давлений, отделяющая режим критического истечения через клапан от режима докритического истечения ;

k — коэффициент адиабаты (изоэнтропы) газообразного продукта при давлении P 1 и температуре T 1 , рассчитываемый программой по составу продукта либо задаваемый в исходных данных;

ρ 1 — плотность продукта, кг/м3, при давлении P 1 и температуре T 1 , рассчитываемая программой по составу либо задаваемая в исходных данных;

Требуемая расчетная приведенная площадь сечения клапана (αF) расч , где F — площадь сечения клапана (наименьшая площадь сечения проточной части), мм2, α — коэффициент расхода клапана. Этот параметр в зависимости от способа задания продукта (жидкость, газ или «неопределенное состояние») может определяться различным образом:

1) При расчете по ГОСТ 12.2.085-2002 [1] (продукт задан как жидкость или газ) приведенная площадь сечения клапана определяется по формуле:

В случае критического истечения газообразного продукта рассчитываются также параметры продукта в седле клапана — критическое давление , МПа, избыточное, и критическая температура , °C.

2) Расчет приведенной площади сечения клапана Методом HDI (задан продукт с «неопределенным состоянием»):

Для расчета требуемой приведенной площади сечения клапана для продуктов с «неопределенным» агрегатным состоянием (для которых возможна смена агрегатного состояния и/или двухфазное течение) используется метод прямого интегрирования модели равновесного однородного течения (Homogeneous Direct Integration — HDI), получивший широкую популярность в зарубежной практике и рекомендованный стандартом API 520 Part 1. Данный метод весьма универсален и применим к различным случаям двухфазного течения, вскипания и конденсации в клапане, а также при сбросе газообразных продуктов со сверхкритическими или околокритическими температурой и давлением.

Метод основывается на следующих допущениях.

1. Течение продукта в клапане является термодинамически равновесным.

2. Течение продукта в клапане осуществляется по однородной модели, без «проскальзывания» фаз (то есть скорости фаз можно считать одинаковыми).

3. Течение продукта в клапане является адиабатическим, то есть продукт проходит клапан настолько быстро, что теплообменом с окружающей средой можно пренебречь.

4. Гидравлическими потерями на трение первоначально можно пренебречь, они могут быть учтены в величине коэффициента расхода.

Не все из этих допущений всегда корректны, но они обычно обеспечивают консервативную оценку пропускной способности клапана.

Совокупность данных условий позволяет применить для расчета клапана модель идеального сопла (штуцера) с выходной площадью сечения, равной площади седла клапана F . Расход через клапан, таким образом, может быть рассчитан по формуле , при этом скорость в седле всех фаз одинакова и определяется из соотношения (через падение удельной энтальпии по сравнению с продуктом, находящимся в покое). Учитывая термодинамическое соотношение и то, что рассматривается течение без трения и теплообмена, и следовательно изоэнтропное, имеем dS=0 и (принимая, что скоростью продукта в защищаемой системе можно пренебречь) , где плотность двухфазной смеси рассчитывается по плотностям фаз из соотношения , при этом температура и газосодержание рассчитываются при постоянной энтропии. Интеграл в данном выражении рассчитывается в программе численно с использованием соответствующих квадратурных формул и термодинамических библиотек (отсюда Direct Intergration в названии метода).

Для определения значения давления в седле клапана величина плотности потока для идеального штуцера рассчитывается в программе при различных возможных значениях P с , начиная с P 1 (при котором она равна нулю), и анализируется ее изменение. Если с убыванием P с данная величина на интервале от P 1 до P сбр монотонно возрастает, то принимается P с = P сбр и истечение считается докритическим. В противном случае находится ближайший к величине P 1 максимум G с , и соответствующее ему значение давления будет соответствовать давлению критического истечения в седле клапана P с = P кр . Одновременно находятся значения температуры и газосодержания, соответствующие P с = P кр .

Читайте также: Датчик положения распределительного вала дэу нексия 8 клапанов

Требуемая приведенная площадь сечения клапана определяется по формуле .

В ходе расчета методом HDI программа одновременно анализирует и распознает смену агрегатного состояния сбрасываемого продукта (начало и/или конец вскипания и/или конденсации) и выводит соответствующие сообщения.

В частности, наряду с расчетом сброса изначально двухфазной смеси из защищаемой системы, программа рассчитывает также такие случаи, как:

Сброс жидкости c ее вскипанием в подводящем трубопроводе или в штуцере клапана, или прямо в седле клапана;

Сброс газа (в том числе со сверхкритическими параметрами) с ретроградной конденсацией в клапане;

Сброс продукта с давлением и температурой выше критических с плавным переходом в жидкость и последующим ее вскипанием.

По заданным и рассчитанным параметрам программа производит отбор клапанов из базы данных. При этом отбираются клапаны и готовые блоки клапанов с переключающими устройствами, удовлетворяющие каждому их следующих критериев:

Пропускная способность . Минимальное число клапанов N , необходимое для обеспечения заданного расхода и определяемое из соотношения αF(N-1) расч (1+100K min ) ≤ αFN , (где K min — минимально допустимый коэффициент запаса, %), не должно превышать максимально допустимого числа параллельно устанавливаемых клапанов N max . По умолчанию используются значения K min = 0 и N max = 20, они могут быть изменены

в панели общих настроек программы.

Материал корпуса . Клапан должен быть из заданного пользователем материала.

Условное давление . Условное давление корпуса клапана (входного патрубка) должно быть не менее

минимального условного давления P у .

Возможность принудительной продувки . Наличие либо отсутствие приспособления для принудительной продувки, как это задано пользователем.

Температура продукта . Клапан должен быть применим при заданной температуре продукта, то есть температура продукта в защищаемой системе (перед клапаном) в момент срабатывания клапана T 1 должна лежать диапазоне допустимых температур применения клапана.

Возможность настройки пружины . Рассчитанное давление настройки пружины клапана на стенде изготовителя должно лежать в допускаемом клапаном диапазоне настройки пружины.

Климатическое исполнение . Климатическое исполнение клапана должно соответствовать заданному климатическому исполнению для проекта в целом.

Температура окружающего воздуха . Заданная для проекта в целом минимальная температура окружающего воздуха должна превышать или быть равна минимально допустимой температуре окружающего воздуха клапана.

Все отобранные клапаны сортируются программой по возрастанию минимального количества необходимых клапанов N , а при одинаковом значении N — по возрастанию коэффициента запаса K зап , определяемого как

Пользователь имеет возможность выбрать любой из отобранных клапанов (по умолчанию выбирается клапан c наименьшим N и (при равных N ) наименьшим K зап ). При этом программа показывает ему основные параметры каждого из отобранных клапанов, в том числе обозначение, таблицу фигур, условное давление и условный диаметр входного патрубка, а также величины N, K зап , F и F расч = (αF) расч /α.

Одновременно с выбором клапана по давлению настройки пружины программа выбирает (если требуется) номер пружины или исполнения клапана. Если это давление лежит на границе 2-х диапазонов настройки, выбирается диапазон более высоких давлений.

При заданном явно агрегатном состоянии продукта в качестве значений коэффициента расхода используются соответствующие значения коэффициента расхода для газа и жидкости, определенные изготовителем и указанные в базе данных программы либо введенные пользователем (при поверочном расчете клапана).

Для вычисления коэффициента истечения при двухфазном сбросе значение коэффициента расхода изготовителем обычно не определяется, для оценки его величины предложены различные подходы, но наиболее простым и в то же время обоснованным представляется подход, предложенный профессором Дарби, который и используется в программе. Согласно этому подходу, существенное различие в коэффициентах расхода для газа и жидкости обусловлено не различием в свойствах сбрасываемого продукта, а тем, что коэффициент для газа замеряется изготовителем при критическом истечении, а для жидкости — при докритическом. Соответственно коэффициент для газа учитывает только гидравлические потери до скачка уплотнения в седле клапана (то есть только во входном патрубке клапана), а для жидкости — на всем пути продукта через клапан. Поэтому при расчете методом HDI предлагается всегда при критическом истечении через клапан использовать коэффициент расхода для газа, а при докритическом — для жидкости. Экспериментальные данные показывают, что такой подход позволяет получить достаточно хорошую и при этом консервативную оценку пропускной способности. Заметим, что этот подход расходится с ГОСТ 12.2.085-2002, который для докритического течения газа через клапан предписывает использовать коэффициент истечения для газа. Тем не менее, применение при расчете методом HDI при докритическом истечении коэффициента расхода для жидкости представляется более обоснованным и предпочтительным, так как случай докритического истечения газов и тем более двухфазных смесей достаточно редкий и менее изученный, и применение коэффициента расхода для жидкости работает «в запас».

Для поверочного расчета кроме перечисленных выше данных обязательно задаются также количество клапанов, площадь минимального сечения и коэффициент расхода. На основании введенных данных программа вычисляет пропускную способность введенных клапанов и сравнивает ее с требуемой.