Automatyka Wykad 2 Przelotowe zawory regulacyjne Prowadzcy Jan

Automatyka Wykład 2 Przelotowe zawory regulacyjne Prowadzący: Jan Syposz

Element wykonawczy – zawory regulacyjne Zawór regulacyjny w układzie regulacji z w _ e u regulator obiekt regulacji urządzenie wykonawcze y obiekt regulacji ym element pomiarowy y

Jednodrogowe (przelotowe) zawory regulacyjne • Literatura: • Ross H. : Zagadnienia hydrauliczne w instalacjach ogrzewania wodnego. Warszawa 1997. • W literaturze dot. UAR zawory regulacyjne o jednej drodze przepływu płynu nazywane są zamiennie zaworami jednodrogowymi lub przelotowymi.

Konstrukcje zaworów jednodrogowych (przelotowych) Zawory jednogniazdowe i dwugniazdowe

Zawory dwugniazdowe • W wypadku zaworów dwugniazdowych płyn dopływa do obu grzybów zarówno zgodnie, jak i przeciwnie do kierunku zamykania. • Ciśnienie płynu działające na oba grzyby jest w dużym stopniu zrównoważone, tak że ten rodzaj konstrukcji nie wymaga, nawet przy dużej różnicy ciśnienia na zaworze, przenoszenia przez siłownik dużych sił, a przepływ może zachodzić w dowolnym kierunku. • To rozwiązanie jest więc także konstrukcją umożliwiającą zmianę kierunku działania na odwrotny.

Zawory dwugniazdowe • Zawory dwugniazdowe stosowane są w parowych i wodnych instalacjach wysokociśnieniowych, gdzie występują duże różnice ciśnienia przed i za zaworem. • Do całkowitego zamknięcia takiego zaworu bez odciążenia hydraulicznego musiałyby być stosowane duże, kosztowne siłowniki elektryczne o dużej sile osiowej. • Dobierając zawór dwugniazdowy możemy zastosować tanie siłowniki o niewielkiej sile.

Współczynnik przepływu zaworu Strumień przepływu wyrażony w m 3/h, wyznaczony przy ustalonym skoku grzyba zaworu oraz przy spadku ciśnienia na zaworze Δpo równym 1 bar i gęstości przepływającego czynnika ρo = 1000 kg/m 3 nazywany jest współczynnikiem przepływu Kv. m 3/h

Współczynnik przepływu zaworu • W wypadku innej straty ciśnienia niż Δpo = 1 bar i płynów o gęstości innej niż gęstość wody współczynnik przepływu Kv obliczymy

Nominalny współczynnik przepływu zaworu Kvs • Obliczając wymiary zaworu określa się nominalny współczynnik przepływu Kvs przez zawór całkowicie otwarty. • Wartość ta charakteryzuje minimalny opór hydrauliczny zaworu. • Obliczenie Kvs umożliwia dobranie średnicy zaworu z katalogu. • Dla tej samej średnicy w katalogu może być podane kilka współczynników przepływu Kvs zaworu.

Zależności do obliczenia wymaganych współczynników przepływu dla cieczy, par i gazów wg. PN-83/74201

Zależności do obliczenia wymaganych współczynników przepływu dla cieczy, par i gazów wg. PN-83/74201 • V - objętościowe natężenie przepływu, m 3/h, • Vn - objętościowe natężenie przepływu w warunkach normalnych (Tn= 273, 15 K, pn = 101325 Pa), m 3/h, • m - masowe natężenie przepływu, kg/h, • p 1 - ciśnienie dopływu, Pa, • p 2 - ciśnienie odpływu, Pa, • Δp - dyspozycyjny spadek ciśnienia, Pa, • ρ1 - gęstość czynnika na dopływie, kg/m 3 , • ρn - gęstość czynnika w warunkach normalnych ( Tn= 273, 15 K, pn = 101325 Pa), kg/m 3, • T 1 - temperatura czynnika przed zaworem, K, • v 2 - objętość właściwa pary dla parametrów p 2 i T 1, m 3/kg, • v 2* - objętość właściwa pary dla parametrów p 1/2 i T 1, m 3/kg, • x - stopień nasycenia pary (0 < x ≤ 1).

Zależności do obliczenia wymaganych współczynników przepływu dla cieczy, par i gazów • Gdy lepkość jest większa niż 2× 10 -5 m 2/s to współczynnik przepływu Kv należy skorygować według zależności: Kv’ - skorygowany współczynnik przepływu zaworu. β- współczynnik korekcyjny Przy bardzo dokładnych obliczeniach współczynnika przepływu dla par i gazów należy również uwzględnić zmiany gęstości spowodowane zmianą ciśnienia i temperatury.

Charakterystyki zaworów regulacyjnych • Charakterystyki zaworów regulacyjnych wyznacza się we współrzędnych względnych zdefiniowanych następująco: • względny współczynnik przepływu: • względny skok grzyba zaworu: • względny strumień objętości: • względne pole przepływu przez zawór: Indeks s oznacza wartości nominalne (100%)

Charakterystyki zaworów regulacyjnych • Rozróżnia się następujące charakterystyki zaworów: • charakterystykę otwarcia zaworu s = f(h); jest to zależność pomiędzy względnym polem powierzchni przekroju poprzecznego i względnym skokiem grzybka zaworu, • charakterystykę wewnętrzną przepływu zaworu kv = f(h), jest to zależność pomiędzy współczynnikiem przepływu zaworu (przy zachowaniu stałego spadku ciśnienia na zaworze) i wzniosem grzybka zaworu, • charakterystykę roboczą przepływu zaworu (eksploatacyjną) v = f(h), kv = f(h) jest to zależność pomiędzy względnym strumieniem czynnika przepływającego przez zawór w warunkach pracy w danej instalacji (przy zmiennym spadku ciśnienia na zaworze) i wzniosem grzybka zaworu

Charakterystyki zaworów regulacyjnych W ogrzewnictwie i wentylacji stosowane są zawory o następujących charakterystykach wewnętrznych kv=f(h): • liniowej (proporcjonalnej), • stałoprocentowej (logarytmicznej), • dwustawnej (zawory szybko otwierające).

Charakterystyki zaworów regulacyjnych 1 – liniowa 2 – stałoprocentowa 3 – stałoprocentowa 4 - dwustawna

Charakterystyki otwarcia zaworów regulacyjnych • O kształcie charakterystyki otwarcia i wewnętrznej przepływu decyduje kształt grzyba: 1 • 1 – grzyb płaski, charakterystyka dwustawna (zawory szybko otwierające), 2 • 2 – grzyb z jarzmem, charakterystyka liniowa,

Charakterystyka otwarcia zaworu 3 – grzyb z jarzmem o progresywnej charakterystyce otwarcia, charakterystyka stałoprocentowa 4 - grzyb paraboliczny , charakterystyka stałoprocentowa

Liniowa charakterystyka zaworu (wewnętrzna przepływu)

Liniowa charakterystyka zaworu • Z równania charakterystyki wynika, że w dolnym zakresie skoku zmiana ma większe skutki i w pewnych okolicznościach może być przyczyną niestabilnej pracy instalacji. • Oznacza to, że wadą liniowej charakterystyki przepływowej zaworu jest zbyt duża reakcja w dolnym i zbyt duża czułość w górnym zakresie skoku, co może być przyczyną zbyt wolnej zmiany położenia grzyba zaworu.

Stałoprocentowa charakterystyka zaworu (wewnętrzna przepływu) • W charakterystyce stałoprocentowej, w całym zakresie skoku uzyskiwana jest stała zależność procentowej zmiany strumienia objętości, • to znaczy, że ingerencja w położenie regulacyjne zaworu, zawsze powoduje taką samą zmianę procentowej strumienia objętości niezależnie od tego, przy jakim skoku ma miejsce taka ingerencja

Stałoprocentowa charakterystyka zaworu kvo/kvs= 0, 3679 przy = 0, 1353 = 0, 0498 = 0, 0183 n=1 n=2 n=3 n=4

Stałoprocentowa charakterystyka zaworu • Zaskakujące jest, że także przy zamkniętym zaworze przepływa przez niego strumień masy wymagany przy obciążeniu podstawowym. • Zjawisko to jest jednak nieprzydatne do wykorzystania w instalacjach ogrzewania. • Z tego względu w najniższym zakresie skoku, przerywany jest przebieg stałoprocentowej charakterystyki zaworu opisany wzorem i zastępowany niezdefiniowanym odcinkiem krzywej. • W praktyce przyjęło się stosować wartość stosunku kvo/kvs = 0, 04, • co odpowiada stałej n = 3, 22.

Parametry zaworów regulacyjnych (rzeczywiste charakterystyki produkowanych zaworów) Wytyczne VDI/VDE 2173 30%

Parametry zaworów regulacyjnych • Odchyłka wartości współczynnika kvs (współczynnik kv przy skoku zaworu 100%) danego zaworu nie może być, większa niż ± 10% wartości współczynnika kvs. • Nachylenie charakterystyki rzeczywistej nie może odbiegać w zakresie h/hs = 0, 1 do 1, 0 od nachylenia charakterystyki nominalnej nie więcej niż 30%. • Najmniejszy współczynnik przepływu kvs, przy którym zachowane są jeszcze granice tolerancji określany jest jako współczynnik kvr

Parametry zaworów regulacyjnych • Teoretyczny stosunek regulacji kvs/kvo powinien wynosić ≥ 25 • W zaworach o wysokiej jakości regulacji stosunek regulacji kvs/kvo = 50 • Stosunek regulacji jest ważną wielkością świadczącą o możliwościach regulacyjnych zaworu.

Charakterystyka robocza przepływu zaworu (eksploatacyjna) • Charakterystyka uwzględniająca warunki zamontowania zaworu nazywana jest charakterystyką eksploatacyjną (charakterystyką roboczą przepływu). • W wypadku zastosowania zaworu regulacyjnego w sieci obowiązuje zasada: podczas zamykania zaworu wzrasta strata ciśnienia na zaworze.

Rozkład ciśnienia w odcinku rurociągu będącym obiektem regulacji

Autorytet zaworu W celu określenia ilościowego przebiegu charakterystyki eksploatacyjnej wprowadzone zostało pojęcie tzw. autorytetu zaworu a Autorytet zaworu oznacza udział oporu stawianego przez zawór całkowicie otwarty w odniesieniu do całkowitego oporu sieci wraz z zaworem

Autorytet zaworu • Autorytet zaworu bywa współczynnikiem dławienia. nazywany również • Autorytet zaworu bywa również definiowany jako stosunek różnicy ciśnień na zaworze calkowicie otwartym do różnicy ciśnień na zaworze całkowicie zamkniętym.

Charakterystyki eksploatacyjne zaworu o charakterystyce liniowej

Charakterystyki eksploatacyjne zaworu o charakterystyce stałoprocentowej

Podstawowa zasada metody wymiarowania zaworów: minimalizacja wahań współcz. wzmocnienia obiektu regulacji: - współcz. Przenoszenia kw - regulacja przepływu - współcz. przenoszenia kw – regulacja temperatury, mocy • • Przykład regulacji mocy: Charakterystyki statyczne: a – zaworu regulacyjnego (stałoprocentowa), b – wymiennika ciepła, c – wymiennika ciepła wraz z zaworem regulacyjnym (obiekt regulacji) a h b m m m Q/Qs h/hs Q/Qs h Q Q/Qs m/ms h/hs

Współczynnik przenoszenia (nachylenie stycznej) zawory liniowe a- współczynnik autorytetu zaworu, Φ – parametr obliczeniowy wymiennika

Współczynnik przenoszenia (nachylenie stycznej) zawory stałoprocentowe a- współczynnik autorytetu zaworu, Φ – parametr obliczeniowy wymiennika

Charakterystyki różnych wymienników (nośników) ciepła • a – parametr obliczeniowy wymiennika • (czynnika grzejnego)

Optymalne wartości współczynnika autorytetu: av- współczynnik autorytetu, a- parametr obliczeniowy wymiennika, Dla zaworów stałprocentowych optymalne av= 0. 25 -0. 8

Wnioski Przy danej charakterystyce zaworu całkowita charakterystyka instalacji przedstawiona na rysunkach zależy nie tylko od autorytetu zaworu, ale także od parametru obliczeniowego wymiennika. Dla każdej wartości parametru obliczeniowego wymiennika można, zgodnie z rysunkami, dobrać optymalny autorytet zaworu, który pozwoli na uzyskanie liniowego przebiegu całkowitej charakterystyki statycznej obiektu regulacji (zawór -wymiennik).

Metody doboru zaworów regulacyjnych W oparciu o wyniki analizy charakterystyk statycznych obiektów regulacji opracowano następujące metody doboru zaworów regulacyjnych: 1. Metoda minimalizacji wahań współczynnika wzmocnienia obiektu regulacji. 2. Metoda orientacyjnej wartości współczynnika autorytetu (dławienia).

Metoda orientacyjnej wartości współczynnika autorytetu (dławienia). • Stosowanie w praktyce projektowej metody minimalizacji wahań wartości współczynnika wzmocnienia wymagałoby zbyt dużego nakładu pracy na obliczenia i zamiast tego powszechnie stosowana jest metoda oparta na orientacyjnej wartości współczynnika autorytetu (dławienia). • Podstawowym kryterium doboru średnicy zaworów przelotowych w tej metodzie jest - kryterium dławienia zaworu.

Metoda orientacyjnej wartości współczynnika autorytetu (dławienia). Wybór autorytetu zaworu • Przy liniowej charakterystyce zaworu jako wielkość orientacyjną przyjmuje się autorytet zaworu a = 0, 5 do 1. 0 • Przy stałoprocentowej charakterystyce zaworu jako wielkość orientacyjną przyjmuje się autorytet zaworu a = 0, 3 do 0, 5 – literatura niemiecka (a=0. 2 do 0. 8) - B. Zawada (na wybór mają wpływ: koszt zaworu, koszty pompowania !) (w przypadku węzłów ciepłowniczych a ≈ 0. 5)

Zasady doboru zaworów regulacyjnych 1. W praktyce w instalacjach ogrzewania należy preferować zawory o charakterystyce stałoprocentowej. 2. Z przeprowadzonych analiz charakterystyk stałoprocentowych wynika, że w celu osiągnięcia możliwie dobrej jakości regulacji instalacji w zakresie najmniejszego obciążenia należy wybrać możliwie duży stosunek regulacji (≥ 25, najczęściej 50).

Zasady doboru zaworów regulacyjnych 3. Podstawą do doboru średnicy nominalnej zaworu regulacyjnego jest obliczenie współczynnika przepływu Kvs [m 3/h] gdzie: V[m 3/h] – obliczeniowy strumień objętości wody, Δpz 100 [bar] – strata ciśnienia na zaworze regulacyjnym całkowicie otwartym. Dla założonej wartości współczynnika

Spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym • Minimalny spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym jako Δp ≥ 0. 1 bar ( np. wg. Simensa Δp ≥ 0. 03). • W instalacjach parowych przy w obliczeniach Kv zaworów regulacyjnych należy przyjmować 0. 4÷ 0. 5 (P 1 -1) bar P 1 - ciśnienie pary przed zaworem w [bar]

Dobór średnicy zaworu 4. Po obliczeniu współczynnika przepływu KVS z katalogu zaworów dobieramy średnicę zaworu o wartości KVS najbliższej mniejszej (jeżeli pozwala na to ∆pd) od wyliczonej. 5. Sprawdzamy rzeczywistą wartość oraz a 6. W katalogu sprawdzamy pozostałe parametry zaworu: • dopuszczalne ciśnienie robocze (materiał zaworu), • maksymalną temperaturę czynnika grzejnego, • charakterystykę przepływową (powinna być stałoprocentowa), • zdolność regulacyjną (stosunek regulacji ≥ � 25), • rodzaj połączenia (gwintowe, kołnierzowe).

Rodzaj materiału, z jakiego musi być wykonany korpus zaworu • • Rodzaj materiału, z jakiego musi być wykonany korpus zaworu zależy od temperatury i ciśnienia przepływającego czynnika grzejnego. Aktualnie na rynku znajdują się zawory wykonywane z brązu, żeliwa szarego oznaczone symbolem GG, z żeliwa sferoidalnego oznaczone symbolem GGG oraz ze staliwa oznaczone symbolem GS (oznaczenia niemieckie).

Sprawdzenie zagrożenia zaworu kawitacją • W przypadku nadmiernego spadku ciśnienia na zaworze następuje gwałtowny wzrost prędkości w miejscu największego przewężenia przekroju poprzecznego. • Spadek ciśnienia powoduje miejscowe odparowanie cieczy, która następnie skraplając się, z ogromną prędkością uderza o ściankę zaworu powodując wypłukiwanie powierzchni analogiczne do czyszczenia strumieniem piasku. • Zjawisku temu towarzyszy również duży wzrost poziomu hałasu. • Opisany wyżej proces znany jest pod nazwą kawitacji i jest bardzo groźny w układach hydraulicznych.

Dopuszczalny spadek ciśnienia na zaworze nie może przekraczać dopuszczalnych wartości określonych zależnością: Δpv 100 = Z (p 1 – ps) gdzie: • p 1 - ciśnienie przed zaworem, • ps - ciśnienie nasycenia dla danej temperatury, • Z - współczynnik o wartościach Z = 0, 5÷ 0, 8.

Wpływ pompy na kształt charakterystyki eksploatacyjnej • Przy wyprowadzaniu równań charakterystyki eksploatacyjnej przyjęte zostało założenie, że całkowita strata ciśnienia jest wartością stałą.

Wpływ pompy na kształt charakterystyki eksploatacyjnej • W wypadku zastosowania pomp wirowych warunek Δpcałk=const nie jest spełniony. Charakterystyka pompy, która przy coraz mniejszych strumieniach przepływu powoduje wzrost różnicy ciśnienia, powoduje także przyrost strumienia objętości o określoną wartość (ΔV ) przy danym stopniu otwarcia zaworu.

Wpływ pompy na kształt charakterystyki eksploatacyjnej

Wpływ pompy na kształt charakterystyki eksploatacyjnej • • • Po zastosowaniu pompy wirowej przy takim samym położeniu zaworu powstaje większy strumień objętości. Oznacza to także, że przedstawione na poniższych rysunkach charakterystyki eksploatacyjne będą jeszcze bardziej przesunięte do góry. W praktyce projektowej należy dążyć do stosowania w instalacjach ogrzewania pomp o możliwie płaskiej charakterystyce.

Podstawowa zasada doboru zaworów regulacyjnych: minimalizacja wahań współczynnika wzmocnienia obiektu regulacji • Charakterystyki statyczne: a – zaworu regulacyjnego (stałoprocentowa), b – wymiennika ciepła, c – wymiennika ciepła wraz z zaworem regulacyjnym (obiekt regulacji) a b h m m m Q/Qs h/hs Q/Qs h Q Q/Qs m/ms h/hs

Zasady konstruowania charakterystyk statycznych obiektu regulacji: zawór – wymiennik ciepła

Rzeczywista charakterystyka cieplna wymiennika ciepła • Charakterystyka cieplna grzejnika Q/Q 100 = f(m/m 100), (ρ=const)

Rzeczywista charakterystyka cieplna wymiennika ciepła

Całkowita charakterystyka instalacji przy zastosowaniu zaworu o charakterystyce liniowej

Współczynnik przenoszenia (nachylenie stycznej)

Całkowita charakterystyka instalacji z zastosowaniem zaworu o charakterystyce stałoprocentowej 0, 1

Wnioski Przy danej charakterystyce zaworu całkowita charakterystyka instalacji przedstawiona na rysunkach zależy nie tylko od autorytetu zaworu, ale także od parametru obliczeniowego wymiennika Φ. Dla każdej wartości parametru Φ można, zgodnie z rysunkami, dobrać optymalny autorytet zaworu, który pozwoli na uzyskanie liniowego przebiegu całkowitej charakterystyki statycznej obiektu regulacji (zawór-wymiennik) – charakterystyki o zminimalizowanych wahaniach współczynnika wzmocnienia.

Metody doboru zaworów regulacyjnych W oparciu o wyniki analizy charakterystyk statycznych obiektów regulacji opracowano następujące metody doboru zaworów regulacyjnych: 1. Metoda minimalizacji wahań współczynnika wzmocnienia obiektu regulacji. 2. Metoda orientacyjnej wartości współczynnika autorytetu (dławienia).

Metoda minimalizacji wahań współczynnika wzmocnienia obiektu regulacji. • Celem tej metody jest optymalizacja doboru charakterystyki zaworu regulacyjnego poprzez minimalizację wahań współczynnika wzmocnienia obiektu regulacji. • Zastosowanie tej metody jest możliwe jedynie w przypadku znajomości dokładnej charakterystyki statycznej wymiennika ciepła, charakterystyki wewnętrznej zaworu (w postaci równań) oraz możliwości swobodnego doboru współczynnika autorytetu zaworu. • W wyniku obliczeń charakterystyka robocza dobranego zaworu powinna być tak ukształtowana aby po złożeniu jej z charakterystyką wymiennika powstała liniowa charakterystyka obiektu regulacji (zawór-wymiennik).

Podstawowa zasada metody minimalizacja wahań współcz. wzmocnienia obiektu regulacji: - regulacja przepływu - regulacja temperatury, mocy • Przykład regulacji mocy: • Charakterystyki statyczne: a – zaworu regulacyjnego (stałoprocentowa), b – wymiennika ciepła, c – wymiennika ciepła wraz z zaworem regulacyjnym (obiekt regulacji) a h b m m m Q/Qs h/hs Q/Qs h Q Q/Qs m/ms h/hs

Charakterystyki różnych wymienników (nośników) ciepła wg Arbeitskreis„Regelungs- und Steuerugstechnik …” a – parametr obliczeniowy wymiennika jest zależny od parametrów obliczeniowych czynnika grzejnego i układu hydraulicznego. Automatyzacja w inżynierii środowiska

Parametr obliczeniowy wymiennika • Wg. Wurstlina parametr obliczeniowy wymiennika a może być wyliczony z opracowanych przez niego zależności zamieszczonych też w książce B. Zawady „Układy sterowania systemach wentylacji i klimatyzacji”. • Przykładowo dla nagrzewnic powietrza ze zmiennym przepływem czynnika grzejnego parametr a określa zależność gdzie: Tzo, Tpo – temperatury obliczeniowe czynnika grzejnego, tzo – temperatura obliczeniowa powietrza na wlocie do nagrzewnicy.

Optymalne wartości współczynnika autorytetu: av- współczynnik autorytetu, a- parametr obliczeniowy wymiennika, Dla zaworów stałprocentowych przy a=0. 6 optymalne av= 0. 25 -0. 6 wg Arbeitskreis„Regelungs- und Steuerugstechnik …” gl, lin – linie najmniejszych wahań współczynnika wzmocnienia zaworów stałoprocentowych (gl) i liniowych (lin)

Optymalne wartości współczynnika autorytetu: pv- współczynnik autorytetu, a- parametr obliczeniowy wymiennika, Dla zaworów stałprocentowych przy a=0. 6 optymalne av= 0. 25 -0. 8 wg Recknagla „ Kompendium wiedzy…”

Metoda minimalizacji wahań wartości współczynnika wzmocnienia • Metoda minimalizacji wahań wartości współczynnika wzmocnienia została szczegółowo opisana w publikacjach: • F. Trefnego, Wurstlina, B. Zawady. • Stosowanie w praktyce projektowej metody minimalizacji wahań wartości współczynnika wzmocnienia wymagałoby zbyt dużego nakładu pracy na obliczenia (skokowa zmiana Kvs w katalogach uniemożliwia optymalizację doboru a) i dlatego w praktyce powszechnie stosowana jest metoda oparta na orientacyjnej wartości współczynnika autorytetu (kryterium dławienia)

Metoda orientacyjnej wartości współczynnika autorytetu (dławienia). • Podstawowym kryterium doboru średnicy zaworów przelotowych w tej metodzie jest zalecana wartość kryterium dławienia (autorytetu) zaworu. • Jest to zakres wartości, dla którego, na podstawie badań ustalono dopuszczalny zakres wahań współczynnika wzmocnienia, gwarantujący zadowalającą jakość regulacji.

Metoda orientacyjnej wartości współczynnika autorytetu (kryterium dławienia). Wybór autorytetu zaworu • Przy liniowej charakterystyce zaworu jako wielkość orientacyjną przyjmuje się autorytet zaworu a = 0, 5 do 1. 0 • Przy stałoprocentowej charakterystyce zaworu jako wielkość orientacyjną przyjmuje się autorytet zaworu a = 0, 3 do 0, 5 – H. Roos (a=0. 2 do 0. 8) - B. Zawada a ≈ 0. 5 lit. niemiecka (na wybór mają wpływ: koszt zaworu, koszty pompowania !) (w przypadku węzłów ciepłowniczych a ≈ 0. 5)

Zasady doboru zaworów regulacyjnych 1. W praktyce w instalacjach ogrzewania należy preferować zawory o charakterystyce stałoprocentowej. 2. Z przeprowadzonych analiz charakterystyk stałoprocentowych wynika, że w celu osiągnięcia możliwie dobrej jakości regulacji instalacji w zakresie najmniejszego obciążenia należy wybrać możliwie duży stosunek regulacji (≥ 25, 30 a najczęściej 50).

Zasady doboru zaworów regulacyjnych 3. Podstawą do doboru średnicy nominalnej zaworu regulacyjnego jest obliczenie współczynnika przepływu Kvs [m 3/h] gdzie: V[m 3/h] – obliczeniowy strumień objętości wody, Δpz 100 [bar] – strata ciśnienia na zaworze regulacyjnym całkowicie otwartym. Dla założonej wartości współczynnika

Spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym • Minimalny spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym jako Δp ≥ 0. 1 bar ( np. wg. Simensa Δp ≥ 0. 03). • W instalacjach parowych przy w obliczeniach Kv zaworów regulacyjnych należy przyjmować 0. 4÷ 0. 5 (P 1 -1) bar P 1 - ciśnienie pary przed zaworem w [bar]

Dobór średnicy zaworu 4. Po obliczeniu współczynnika przepływu KVS z katalogu zaworów dobieramy średnicę zaworu o wartości KVS najbliższej mniejszej (jeżeli pozwala na to ∆pd) od wyliczonej. 5. Sprawdzamy rzeczywistą wartość oraz a 6. W katalogu sprawdzamy pozostałe parametry zaworu: • dopuszczalne ciśnienie robocze (materiał zaworu), • maksymalną temperaturę czynnika grzejnego, • charakterystykę przepływową (powinna być stałoprocentowa), • zdolność regulacyjną (stosunek regulacji ≥ � 25), • rodzaj połączenia (gwintowe, kołnierzowe).

Rodzaj materiału, z jakiego musi być wykonany korpus zaworu • • Rodzaj materiału, z jakiego musi być wykonany korpus zaworu zależy od temperatury i ciśnienia przepływającego czynnika grzejnego. Aktualnie na rynku znajdują się zawory wykonywane z brązu, żeliwa szarego oznaczone symbolem GG, z żeliwa sferoidalnego oznaczone symbolem GGG oraz ze staliwa oznaczone symbolem GS (oznaczenia niemieckie).

Sprawdzenie zagrożenia zaworu kawitacją • W przypadku nadmiernego spadku ciśnienia na zaworze następuje gwałtowny wzrost prędkości w miejscu największego przewężenia przekroju poprzecznego. • Spadek ciśnienia powoduje miejscowe odparowanie cieczy, która następnie skraplając się, z ogromną prędkością uderza o ściankę zaworu powodując wypłukiwanie powierzchni analogiczne do czyszczenia strumieniem piasku. • Zjawisku temu towarzyszy również duży wzrost poziomu hałasu. • Opisany wyżej proces znany jest pod nazwą kawitacji i jest bardzo groźny w układach hydraulicznych.

Dopuszczalny spadek ciśnienia na zaworze nie może przekraczać dopuszczalnych wartości określonych zależnością: Δpv 100 = Z (p 1 – ps) gdzie: • p 1 - ciśnienie przed zaworem, • ps - ciśnienie nasycenia dla danej temperatury, • Z - współczynnik o wartościach Z = 0, 5÷ 0, 8.

Skutki błędnego doboru zaworu Jeżeli do wyboru są dwie różne wartości współczynników przepływu KVS, to w wątpliwych wypadkach należy decydować się zawsze na wybór zaworu o mniejszym współczynniku KVS. Jeżeli (V/V 100)* - rzeczywisty, nominalny strumień objętości jest mniejszy od założonego, zmniejsza się zakres regulacji i układ pracuje niestabilnie.

Skutki wahań różnicy ciśnienia Δpmin-max

Skutki wahań różnicy ciśnienia

Skutki wahań różnicy ciśnienia Wraz ze wzrostem przyłączeniowej różnicy ciśnienia z Δpcałk min do Δpcałk max minimalny strumień objętości, możliwy do stałoprocentowej regulacji, wzrasta od Vr do Vr* (patrz rysunek). W odniesieniu do wymaganego nominalnego strumienia objętości Vs, następuje zawężenie dostępnego zakresu regulacji (mały zakres pracy zaworu). Oznacza to pogorszenie jakości regulacji (pogorszenie dokładności nastawy zaworu). W wypadku występowania dużych wahań różnicy ciśnienia Δpcałk należy zamontować regulator różnicy ciśnienia i przepływu, który pozwoliłby na utrzymanie różnicy ciśnienia Δpcałk na stałym poziomie.

Skutki wahań różnicy ciśnienia

PRZYKŁAD DOBORU ZAWORÓW REGULACYJNYCH PRZELOTOWYCH • Zadanie. • Dobrać średnice zaworów regulacyjnych przelotowych w obwodach regulacji: c. o. i c. w. u. oraz obwodzie regulacji różnicy ciśnień i przepływu, w węźle ciepłowniczym wykonanym zgodnie z załączonym schematem ideowym.

Schemat ideowy węzła ciepłowniczego Zco c. w. u. Zcw 5 WCWII WCO LC 2 c. o. cyrk. 6 1 2 WCWI sieć Δp. RRC LC 1 ZRRC 4 3 w. z.

Przygotowanie danych wyjściowych do obliczeń • Najczęściej przystępując do doboru elementów układu automatycznej regulacji dysponujemy danymi z projektu technologicznego węzła: • Obliczeniowe strumienie objętości wody sieciowej: VSCO = 7 m 3/h, VSCWU = 3 m 3/h, VSC = 10 m 3/h • Spadki ciśnienia na przewodach i urządzeniach węzła ciepłowniczego (zgodnie z oznaczeniami na schemacie węzła): Δp 1 -2 = 10 k. Pa, Δp. WCO = 25 k. Pa, Δp. WCW(I) = 23 k. Pa, Δp. WCW(II) = 15 k. Pa, Δp 2 -5 = 5 k. Pa, Δp 5 -WCO-6 = 8 k. Pa, • Δp 5 -WCWII-6 = 4 k. Pa, Δp 6 -WCWI-3 = 7 k. Pa, Δp 3 -4 = 11 k. Pa. • Ciśnienie dyspozycyjne węzła: Δpd =Δp 1 -4 = 3 bar.

Wartości współczynników przepływu Kvs przykładowego typoszeregu zaworów przelotowych

Dane techniczne regulatorów różnicy ciśnień i przepływu typu 46 -7 firmy Samson

Obliczenie współczynnika przepływu i dobór średnicy zaworu regulacyjnego ZCO • Współczynnik przepływu Kvs obliczamy z zależności • m 3/h • Zakładamy stratę ciśnienia w zaworze całkowicie otwartym przyjmując wartość współczynnika autorytetu zaworu • a ≈ 0, 5 • i wówczas Δp. Z 100 = Δp. SCO • Strata ciśnienia Δp. SCO w obwodzie regulacji c. o. wynosi • Δp. SCO = Δp 2 -5 + Δp 5 -WCO-6 + Δp. WCO + Δp 6 -WCWI-3 + Δp. WCWI = 5+8+25+7+23= 68 k. Pa

• Po postawieniu wartości wyliczonych wielkości otrzymamy: • Z katalogu zaworów dobieramy wartość KVS najbliższą mniejszą tj. dla zaworu o średnicy nominalnej 25 mm. • Rzeczywisty spadek ciśnienia na zaworze

Obliczenie współczynnika przepływu i dobór średnicy zaworu regulacyjnego ZCW Przyjmując zalecaną wartość współczynnika autorytetu a = 0. 5 obliczamy wartość spadku ciśnienia na zaworze ZCW jako równą stracie ciśnienia w obwodzie regulacji c. w. u. : • Δp. Z 100 = Δp. SCW = Δp 2 -5 + Δp 5 -WCWII-6 + Δp. WCWII + Δp 6 -WCWI-3 + Δp. WCWI = 5+4+15+7+23= 54 k. Pa • Współczynnik przepływu zaworu regulacyjnego ZCW Z katalogu zaworów dobieramy wartość KVS najbliższą mniejszą tj. dla zaworu o średnicy 20 mm. • Rzeczywisty spadek ciśnienia na zaworze

Obliczenie regulowanej różnicy ciśnień regulatora różnicy ciśnień • Całkowity spadek ciśnienia w obiegu zaworu c. o. • Całkowity spadek ciśnienia w obiegu zaworu c. w. u. • Przyjęto jako regulowaną różnicę ciśnień regulatora różnicy ciśnień wartość większą tj. • bar

Sprawdzenie rzeczywistych wartości współczynników autorytetu zaworów W katalogu sprawdzamy pozostałe parametry zaworu: • dopuszczalne ciśnienie robocze, • maksymalną temperaturę czynnika grzejnego, • charakterystykę przepływową (powinna być stałoprocentowa), • zdolność regulacyjną (stosunek regulacji � 25), • rodzaj połączenia (gwintowe, kołnierzowe).

Dobór zaworu oraz regulatora różnicy ciśnień i przepływu ZRRC • Spadek ciśnienia do wykorzystania na zaworze regulatora różnicy ciśnień ZRC Δp. ZRRC = Δp 1 -4 – (Δp. RRC + Δp 1 -2 + Δp 3 -4 + Δpm) = 3. 0 – (1. 44 + 0. 11+ 0, 2) = 1. 15 bar gdzie: Δpm =0, 2 bar – mierniczy spadek ciśnienia dla regulatora przepływu typu 46 -7. • Współczynnik przepływu zaworu ZRRC

• Zgodnie z zaleceniami producenta wybranego regulatora różnicy ciśnień firmy SAMSON • Przyjęto z katalogu SAMSON zawór typu 46 -7 o i średnicy nominalnej DN 32 mm oraz zakresie nastaw regulowanej różnicy ciśnień Δp. RRC = 0, 5÷ 2, 0 bar • Rzeczywisty spadek ciśnienia na całkowicie otwartym zaworze ZRRC

Sprawdzenie zagrożenia kawitacją • Zawory montowane w przewodzie powrotnym pracujące przy temperaturach poniżej 100°C nie są zagrożone kawitacją. • W przypadku zaworów montowanych w przewodzie zasilającym sieci ciepłowniczej dla ekstremalnych warunków: ciśnienia zasilania p 1= 10 bar, temperatury zasilania T 1 max=150°C, ciśnienia nasycenia ps= 4, 8 bar • • Δpvmax = Z (p 1 – ps) = 0. 5 (10 – 4. 8) = 2. 6 bar

Dziękuję za uwagę !