Was bestimmt die Kapazität des Ventils. Merkmale der Berechnung von Heizungsanlagen mit Thermostatventilen

kv-Wert.

Das Regelventil erzeugt einen zusätzlichen Druckverlust im Netz, um den Wasserdurchfluss innerhalb der erforderlichen Grenzen zu begrenzen. Der Wasserdurchfluss hängt vom Differenzdruck über dem Ventil ab:

kv - Ventildurchfluss, ρ - Dichte (für Wasser ρ = 1.000 kg / m 3 bei einer Temperatur von 4 ° C und bei 80 ° C ρ = 970 kg / m 3), q - Flüssigkeitsdurchfluss, m 3 / Stunde , ∆р – Differenzdruck, bar.

Der Maximalwert von k v (k vs) wird erreicht, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist. Dieser Wert entspricht einem Wasserdurchfluss, ausgedrückt in m 3 /h, bei einem Differenzdruck von 1 bar. Das Regelventil wird so ausgewählt, dass der kvs-Wert den Auslegungsdurchfluss für einen gegebenen Differenzdruck liefert, der verfügbar ist, wenn das Ventil unter den gegebenen Bedingungen betrieben wird.

Es ist nicht einfach, den für ein Regelventil erforderlichen kvs-Wert zu bestimmen, da der verfügbare Differenzdruck über dem Ventil von vielen Faktoren abhängt:

• Tatsächlicher Pumpenkopf.
• Druckverlust in Rohren und Armaturen.
• Druckverlust an den Anschlüssen.

Der Druckverlust wiederum hängt von der Abgleichgenauigkeit ab.

Bei der Auslegung von Kesselanlagen werden für verschiedene Elemente des Systems die theoretisch korrekten Werte für Druck- und Strömungsverluste berechnet. In der Praxis kommt es jedoch selten vor, dass verschiedene Elemente genau definierte Eigenschaften aufweisen. Bei der Installation werden in der Regel Pumpen, Regelventile und Anschlüsse nach Standardmerkmalen ausgewählt.

Regelventile werden beispielsweise mit Werten von k vs im geometrischen Verhältnis ansteigend hergestellt, die als Reynard-Reihe bezeichnet werden:

k gegen: 1,0 1,6 2,5 4,0 6,3 10 16......

Jeder Wert ist ungefähr 60 % größer als der vorherige.

Es ist nicht typisch, dass ein Regelventil genau den berechneten Druckverlust für eine gegebene Durchflussrate liefert. Soll beispielsweise ein Regelventil bei einem gegebenen Durchfluss einen Druckverlust von 10 kPa erzeugen, so kann es in der Praxis vorkommen, dass ein Ventil mit etwas höherem kvs-Wert nur einen Druckverlust von 4 kPa erzeugt, während a Ventil mit einem etwas niedrigeren kvs-Wert ergibt einen Druckverlust von 26 kPa für den berechneten Durchfluss.

∆p (bar), q (m 3 / h)	∆p (kPa), q (l/s)	∆p (mm BC), q (l/h)	∆p (kPa), q (l/h)
		q = 10k v √∆p	q = 100k v √∆p
	∆p = (36q/kv)2	∆p = (0,1q/kv)2	∆p = (0,01q/kv)2
	kv = 36q/√∆p	k v = 0,1 q/√∆p	kv = 0,01q/√∆p

Einige Formeln beinhalten Verbrauch, k v und ∆p (ρ = 1.000 kg/m3)

Auch Pumpen und Terminals sind aus dem gleichen Grund oft überdimensioniert. Das bedeutet, dass die Regelventile fast geschlossen arbeiten und die Regelung folglich nicht stabil sein kann. Es ist auch möglich, dass sich diese Ventile periodisch bis zum Maximum öffnen, notwendigerweise beim Start, was zu einem übermäßigen Durchfluss in diesem System und einem unzureichenden Durchfluss in anderen führt. Als Ergebnis sollte die Frage lauten:

Was ist, wenn das Steuerventil überdimensioniert ist?

Es ist klar, dass es in der Regel unmöglich ist, das erforderliche Steuerventil genau auszuwählen.

Betrachten Sie den Fall eines 2000-W-Lufterhitzers, der für einen Temperaturabfall von 20 K ausgelegt ist. Der Druckverlust beträgt 6 kPa für einen Auslegungsdurchfluss von 2000 x 0,86/20 = 86 l/h. Wenn der verfügbare Differenzdruck 32 kPa beträgt und der Druckverlust in den Rohren und Armaturen 4 kPa beträgt, sollte eine Differenz von 32 - 6 - 4 = 22 kPa am Regelventil anliegen.

Der erforderliche Wert von k vs beträgt 0,183.

Beträgt der minimal verfügbare kvs beispielsweise 0,25, beträgt der Durchfluss statt der gewünschten 86 l/h 104 l/h, eine Überschreitung von 21 %.

In Systemen mit variablem Durchfluss ist der Differenzdruck an den Anschlüssen variabel, da der Druckverlust in den Rohren vom Durchfluss abhängt. Regelventile werden nach Auslegungsbedingungen ausgewählt. Bei geringen Lasten wird der maximal mögliche Durchfluss in allen Installationen erhöht und es besteht keine Gefahr eines zu niedrigen Durchflusses in einem einzelnen Anschluss. Wenn unter Auslegungsbedingungen eine maximale Belastung erforderlich ist, ist es sehr wichtig, einen übermäßigen Durchfluss zu vermeiden.

A. Durchflussbegrenzung durch ein vorgeschaltetes Regulierventil.

Wenn unter Auslegungsbedingungen der Durchfluss am geöffneten Regelventil größer als der erforderliche Wert ist, kann ein Regulierventil vorgeschaltet werden, um diesen Durchfluss zu begrenzen. Dadurch wird der eigentliche Steuerfaktor des Steuerventils nicht verändert, sondern seine Leistung sogar verbessert (siehe Abbildung auf Seite 51). Das Einregulierventil ist auch ein Diagnosewerkzeug und ein Absperrventil.

B. Reduzierter maximaler Ventilhub.

Um ein überdimensioniertes Steuerventil auszugleichen, kann der Öffnungsgrad des Ventils begrenzt werden. Diese Lösung kann für Ventile mit gleichprozentiger Kennlinie in Betracht gezogen werden, da der Wert von k v erheblich verringert werden kann, wodurch der maximale Öffnungsgrad des Ventils entsprechend verringert wird. Wenn der Ventilöffnungsgrad um 20 % reduziert wird, wird der Maximalwert von k v um 50 % reduziert.

In der Praxis erfolgt der Abgleich mit in Reihe geschalteten Abgleichventilen bei voll geöffnetem Regelventil. Strangregulierventile werden in jedem Kreis so eingestellt, dass bei dem errechneten Volumenstrom der Druckverlust 3 kPa beträgt.

Der Hub des Regelventils wird begrenzt, wenn am Abgleichventil 3 kPa erreicht werden. Da die Anlage balanciert ist und balanciert bleibt, wird der erforderliche Volumenstrom tatsächlich unter Auslegungsbedingungen erreicht.

C. Durchflussreduzierung mit ∆p-Regelventil in der Gruppe.

Der Differenzdruck über dem Steuerventil kann wie in der Abbildung unten gezeigt stabilisiert werden.

Das STAP-Differenzdruckregelventil wird auf die gewünschte Durchflussrate für ein vollständig geöffnetes Regelventil eingestellt. In diesem Fall muss das Regelventil exakt dimensioniert und sein Regelfaktor nahe eins sein.

Ein paar Faustregeln

Wenn Zweiwege-Steuerventile in Terminals verwendet werden, werden die meisten Steuerventile bei niedrigen Lasten geschlossen oder fast geschlossen. Da der Wasserdurchfluss gering ist, ist der Druckverlust an Rohren und Armaturen vernachlässigbar. Der gesamte Druck der Pumpe fällt auf das Regelventil, das diesem standhalten muss. Diese Differenzdruckerhöhung erschwert die Regelung bei kleinen Durchflussmengen, da der tatsächliche Regelfaktor β" deutlich reduziert wird.

Gehen Sie davon aus, dass das Regelventil für einen Druckverlust von 4 % der Pumpenförderhöhe ausgelegt ist. Wenn das System mit niedrigem Durchfluss läuft, wird der Differenzdruck dann mit 25 multipliziert. Bei gleicher Ventilöffnung wird der Durchfluss dann mit 5 multipliziert (√25 = 5). Das Ventil wird zwangsweise in eine fast geschlossene Position betätigt. Dies kann zu Geräuschen und Sollwertschwankungen führen (unter diesen neuen Betriebsbedingungen ist das Ventil um den Faktor fünf überdimensioniert).

Einige Autoren empfehlen deshalb, das System so auszulegen, dass der errechnete Druckabfall über den Regelventilen mindestens 25 % der Pumpenförderhöhe beträgt. In diesem Fall wird bei niedrigen Lasten der überschüssige Durchfluss an den Steuerventilen den Faktor 2 nicht überschreiten.

Es ist immer sehr schwierig, ein Regelventil zu finden, das einem so hohen Differenzdruck standhält, ohne Geräusche zu machen. Es ist auch schwierig, ausreichend kleine Ventile zu finden, die die oben genannten Kriterien erfüllen, wenn Anschlüsse mit geringer Leistung verwendet werden. Außerdem müssen Differenzdruckschwankungen im System begrenzt werden, beispielsweise durch den Einsatz von Sekundärpumpen.

Unter Berücksichtigung dieses zusätzlichen Konzepts muss die Kalibrierung eines 2-Wege-Regelventils die folgenden Bedingungen erfüllen:

• Wenn das System unter normalen Bedingungen arbeitet, sollte die Durchflussrate bei einem vollständig geöffneten Ventil berechnet werden. Wenn der Durchfluss höher als angegeben ist, sollte das Strangregulierventil den Durchfluss begrenzen. Dann ist für einen PI-Regler ein Regelfaktor von 0,30 akzeptabel. Bei niedrigeren Regelwerten sollte das Regelventil gegen ein kleineres Ventil ausgetauscht werden.
• Die Förderhöhe der Pumpe muss so bemessen sein, dass der Druckverlust über die Zweiwege-Steuerventile mindestens 25 % der Förderhöhe der Pumpe beträgt.

Bei Zweipunktreglern ist das Konzept der Regelparameter irrelevant, da das Regelventil entweder offen oder geschlossen ist. Daher ist seine Eigenschaft nicht von großer Wichtigkeit. In diesem Fall wird der Volumenstrom durch das vorgeschaltete Regulierventil leicht begrenzt.

(Technische Universität)

Abteilung der APCP

Kursprojekt

"Berechnung und Auslegung eines Regelventils"

Abgeschlossen: Schüler Gr. 891 Solntsev P.V.

Leiter: Syagaev N.A.

Sankt Petersburg 2003

1. Gashebel

Für den Transport von Flüssigkeiten und Gasen in technologischen Prozessen werden in der Regel Druckleitungen verwendet. In ihnen bewegt sich die Strömung aufgrund des Drucks, der von Pumpen (für Flüssigkeiten) oder Kompressoren (für Gase) erzeugt wird. Die Wahl der erforderlichen Pumpe oder des Kompressors erfolgt nach zwei Parametern: maximale Leistung und erforderlicher Druck.

Die maximale Leistung wird durch die Anforderungen der technischen Vorschriften bestimmt, der zur Gewährleistung des maximalen Durchflusses erforderliche Druck wird nach den Gesetzen der Hydraulik berechnet, basierend auf der Länge der Strecke, der Anzahl und Größe der örtlichen Widerstände und dem zulässigen Höchstgeschwindigkeit Produkt in der Rohrleitung (für Flüssigkeiten - 2-3 m/s, für Gase - 20-30 m/s).

Die Durchflussrate in der Prozessleitung kann auf zwei Arten geändert werden:

Drosselung - eine Änderung des hydraulischen Widerstands der an der Rohrleitung installierten Drossel (Abb. 1a)

Umgehung - Änderung des hydraulischen Widerstands der Drossel, die an der Rohrleitung installiert ist, die die Druckleitung mit der Saugleitung verbindet (Abb. 1b)

Die Wahl, wie die Durchflussrate geändert werden kann, wird durch den Typ der verwendeten Pumpe oder des verwendeten Kompressors bestimmt. Für die gebräuchlichsten Pumpen und Kompressoren in der Industrie können beide Durchflussregelungsmethoden verwendet werden.

Bei Verdrängerpumpen, wie z. B. Kolbenpumpen, ist nur ein Flüssigkeitsbypass zulässig. Eine Drosselung des Durchflusses für solche Pumpen ist nicht akzeptabel, weil. es kann zum Versagen der Pumpe oder Rohrleitung führen.

Bei Kolbenkompressoren werden beide Regelverfahren eingesetzt.

Die Änderung des Durchflusses von Flüssigkeiten oder Gasen durch Drosselung ist die Hauptregelaktion in automatischen Regelsystemen. Die zur Regulierung der technologischen Parameter verwendete Drossel ist " Aufsichtsbehörde ».

Das wichtigste statische Merkmal des Regelkörpers ist die Abhängigkeit des Durchflusses vom Öffnungsgrad:

wobei q=Q/Q max - relativer Durchfluss

h=H/H max - der relative Hub des Reglerverschlusses

Diese Abhängigkeit heißt Verbrauchscharakteristik Aufsichtsbehörde. Weil Die Regelstelle ist ein Teil des Rohrleitungsnetzes, zu dem Rohrleitungsabschnitte, Armaturen, Rohrbögen, Steig- und Gefällestrecken gehören, dessen Strömungscharakteristik das tatsächliche Verhalten des hydraulischen Systems "Regelstelle + Rohrleitungsnetz" widerspiegelt. Daher unterscheiden sich die Durchflusseigenschaften zweier identischer Regulierungsbehörden, die an Rohrleitungen unterschiedlicher Länge installiert sind, erheblich voneinander.

Merkmal der Regulierungsstelle, unabhängig von ihren Außenbeziehungen - " Durchsatzcharakteristik". Diese Abhängigkeit des relativen Durchsatzes der Regulierungsbehörde S von seiner relativen Öffnung H, d.h.

wobei: s = K v /K vy der relative Durchsatz ist

Weitere Indikatoren, die zur Auswahl einer Regulierungsbehörde dienen, sind: der Durchmesser ihrer Anschlussflansche Du, der maximal zulässige Druck Ru, die Temperatur T und die Eigenschaften des Stoffes. Der Index "y" gibt den bedingten Wert der Indikatoren an, was durch die Unfähigkeit erklärt wird, ihre genaue Einhaltung für serielle Regler sicherzustellen. Da die Durchflusskennlinie des Regelkörpers vom hydraulischen Widerstand des Rohrleitungsnetzes abhängt, in das er eingebaut ist, ist es erforderlich, diese Kennlinie korrigieren zu können. Aufsichtsbehörden, die eine solche Anpassung zulassen, sind „ Regelventile". Sie haben massive oder hohlzylindrische Kolben, die es ermöglichen, das Profil zu ändern, um die erforderliche Durchflusscharakteristik zu erhalten.Um die Einstellung der Durchflusscharakteristik zu erleichtern, werden Ventile mit hergestellt verschiedene Arten Durchsatzcharakteristik: linear und gleichprozentig.

Bei Ventilen mit linearer Kennlinie ist die Leistungssteigerung proportional zum Hub des Kegels, d.h.

wobei: a der Proportionalitätskoeffizient ist.

Bei Ventilen mit gleichprozentiger Kennlinie ist die Leistungssteigerung proportional zum Stößelhub und dem aktuellen Wert der Leistung, d.h.

ds=a*K v *dh (4)

Der Unterschied zwischen Durchsatz- und Fließverhalten ist umso größer, je größer der hydraulische Widerstand des Leitungsnetzes ist. Das Verhältnis von Ventilkapazität zu Netzwerkkapazität - das Hydraulikmodul des Systems:

n=Kvy/KvT (5)

Für Werte n > 1,5 Ventile mit linearer Durchflusskennlinie werden durch die Inkonsistenz des Proportionalitätsfaktors unbrauchbar A während des gesamten Kurses. Bei Regelventilen mit gleichprozentiger Durchflusskennlinie ist die Durchflusskennlinie bei Werten nahezu linear N B. von 1,5 bis 6. Da der Durchmesser der Prozessleitung Dt üblicherweise mit Spielraum gewählt wird, kann es vorkommen, dass ein Regelventil mit gleicher oder ähnlicher Nennweite Du Überkapazitäten hat und dementsprechend das Hydraulikmodul. Um den Durchsatz des Ventils zu reduzieren, ohne seine Anschlussmaße zu verändern, produzieren Hersteller Ventile, die sich nur im Sitzdurchmesser Ds unterscheiden.

2. Beauftragung für ein Kursprojekt

Option Nummer 7

3. Berechnung von Regelventilen

1. Bestimmung der Reynolds-Zahl

, Wo - Durchfluss bei maximalem Durchfluss

r=988,07 kg/m 3 (für Wasser bei 50 o C) [Tabelle. 2]

m = 551*10 -6 Pa*s [Tabelle. 3]

Re > 10000, daher ist das Strömungsregime turbulent.

2. Ermittlung des Druckverlustes im Rohrleitungsnetz bei maximalem Durchfluss

, Wo , x Mvent =4,4, x Mcolen =1,05 [Tab. 4]

3. Bestimmung des Druckabfalls über einem Regelventil bei maximalem Durchfluss

4. Ermittlung des berechneten Wertes des bedingten Durchflusses des Regelventils:

, wobei h=1,25 - Sicherheitsfaktor

5. Auswahl eines Regelventils mit der nächsthöheren Leistung K Vy (nach K Vz und Du):

wählen Doppelsitz-Regelventil aus Gusseisen 25 h30nzhM

Bedingter Druck 1,6 MPa

bedingter Pass 50mm

nominale Kapazität 40 m3/h

Durchsatzcharakteristik linear, gleichprozentig

Art von Aktion ABER

Material Grauguss

mittlere Temperatur -15 bis +300

6. Bestimmung der Kapazität des Rohrleitungsnetzes

7. Definition des hydraulischen Moduls des Systems

<1.5, следовательно выбираем регулирующий клапан с линейной пропускной характеристикой (ds=a*dh)

Koeffizient, der den Grad der Verringerung der Fläche des Strömungsquerschnitts des Ventilsitzes relativ zur Fläche des Strömungsquerschnitts der Flansche angibt K = 0,6 [Tabelle. 1]

4. Profilieren des Steuerventilkolbens

Die erforderliche Durchflusskennlinie des Regelventils wird durch die Fertigung einer speziellen Formgebung der Fensterfläche sichergestellt. Das optimale Plungerprofil ergibt sich aus der Berechnung des hydraulischen Widerstandes des Drosselpaares (Plunger - Sitz) in Abhängigkeit von der relativen Öffnung des Steuerventils.

8. Bestimmung des hydraulischen Widerstandskoeffizienten des Ventils

, Wo , V=2 für Doppelsitzventil

9. Bestimmung des hydraulischen Widerstandskoeffizienten des Steuerventils in Abhängigkeit vom relativen Hub des Kolbens

, wobei h=0,1, 0,2,…,1,0 ,

x dr - Koeffizient des hydraulischen Widerstands des Drosselpaars des Ventils x 0 =2,4 [Tabelle. 5]

10. Gemäß dem Zeitplan in [Abb. 5] wird für den relativen Querschnitt des Drosselpaares der Wert a k bestimmt

Der Wert von m wird durch die Formel angegeben:

.

Die Bestimmung neuer Werte von m wird fortgesetzt, bis der neue Maximalwert von m weniger als 5 % vom vorherigen abweicht.

Steuerventilleistung Kvs- Der Wert des Kvs-Koeffizienten ist numerisch gleich dem Wasserdurchfluss durch das Ventil in m³ / h bei einer Temperatur von 20 ° C, bei der der Druckverlust 1 bar beträgt. Sie können den Durchfluss eines Regelventils für bestimmte Systemparameter im Abschnitt Berechnungen der Website berechnen.

Regelventil DN- Nenndurchmesser der Bohrung in den Verbindungsrohren. Der DN-Wert wird verwendet, um die Standardgrößen von Rohrverbindungsstücken zu vereinheitlichen. Der tatsächliche Durchmesser des Lochs kann nach oben oder unten geringfügig vom Nenndurchmesser abweichen. Eine in den postsowjetischen Ländern übliche alternative Bezeichnung für die Nennweite DN war die Nennweite Du des Regelventils. Eine Reihe von bedingten Passagen DN von Rohrleitungsarmaturen wird durch GOST 28338-89 "Bedingte Passagen (Nenngrößen)" geregelt.

PN-Regelventil- Nenndruck - der höchste Überdruck des Arbeitsmediums mit einer Temperatur von 20 ° C, bei dem ein langfristiger und sicherer Betrieb gewährleistet ist. Eine in den Ländern des postsowjetischen Raums übliche alternative Bezeichnung für den Nenndruck PN war der bedingte Druck Ru des Ventils. Eine Reihe von Nenndrücken PN-Rohrleitungsarmaturen werden von GOST 26349-84 "Nenndruck (bedingt)" geregelt.

Steuerung des dynamischen Bereichs, ist das Verhältnis der höchsten Kapazität eines vollständig geöffneten Regelventils (Kvs) zur kleinsten Kapazität (Kv), bei der die angegebene Durchflusskennlinie beibehalten wird. Der dynamische Regelbereich wird auch als Regelverhältnis bezeichnet.

Beispielsweise bedeutet ein Stellverhältnis des Ventils von 50:1 bei Kvs 100, dass das Ventil einen Durchfluss von 2 m³/h regeln kann, während es seine charakteristischen Durchflusseigenschaften beibehält.

Die meisten Regelventile haben Turndown-Verhältnisse von 30:1 und 50:1, aber es gibt auch sehr gute Regelventile mit einem Turndown-Verhältnis von 100:1.

Autorität des Steuerventils- charakterisiert die Steuerfähigkeit des Ventils. Numerisch entspricht der Autoritätswert dem Verhältnis der Druckverluste im voll geöffneten Nadelverschluss zu den Druckverlusten im geregelten Bereich.

Je geringer die Autorität des Steuerventils ist, desto mehr weicht seine Durchflusskennlinie vom Ideal ab und desto weniger glatt wird die Änderung des Durchflusses sein, wenn sich der Schaft bewegt. So kann beispielsweise in einem System, das von einem Ventil mit linearer Durchflusscharakteristik und geringer Autorität gesteuert wird, das Schließen des Durchflussabschnitts um 50 % den Durchfluss nur um 10 % reduzieren, während bei hoher Autorität ein Schließen um 50 % den Durchfluss reduzieren sollte durch das Ventil um 40-50%.

Zeigt die Abhängigkeit der Änderung des relativen Durchflusses durch das Ventil von der Änderung des relativen Hubs des Steuerventilschafts bei einem konstanten Druckabfall darüber an.

Lineare Durchflusskennlinie- die gleichen Inkremente im relativen Hub der Stange bewirken die gleichen Inkremente in der relativen Durchflussrate. Regelventile mit linearer Durchflusskennlinie werden in Anlagen eingesetzt, in denen ein direkter Zusammenhang zwischen Regelgröße und Durchfluss des Mediums besteht. Regelventile mit linearer Durchflusskennlinie eignen sich ideal zur Temperierung des Heizträgergemisches in Umspannwerken mit abhängigem Anschluss an das Wärmenetz.

Gleichprozentige Durchflusskennlinie(logarithmisch) - Die Abhängigkeit der relativen Erhöhung der Durchflussrate von der relativen Erhöhung des Hubs der Stange ist logarithmisch. Regelventile mit logarithmischer Durchflusskennlinie werden in Anlagen eingesetzt, in denen die Regelgröße nichtlinear vom Durchfluss durch das Regelventil abhängt. So empfehlen sich beispielsweise Regelventile mit gleichprozentiger Durchflusskennlinie für den Einsatz in Heizungsanlagen, um den Wärmeübergang von Heizgeräten zu regeln, der nichtlinear von der Durchflussmenge des Kühlmittels abhängt. Regelventile mit logarithmischer Durchflusskennlinie regeln die Wärmeübertragung schnelllaufender Wärmetauscher bei geringer Temperaturdifferenz des Kühlmittels perfekt. Es wird empfohlen, Ventile mit einer gleichprozentigen Durchflusskennlinie in Systemen zu verwenden, in denen eine lineare Durchflusskennlinie erforderlich ist und es nicht möglich ist, eine hohe Autorität auf dem Regelventil aufrechtzuerhalten. In diesem Fall verzerrt die reduzierte Autorität die gleichprozentige Kennlinie des Ventils und bringt sie näher an die Linearität heran. Dieses Merkmal wird beobachtet, wenn die Autorität der Steuerventile nicht niedriger als 0,3 ist.

Parabolische Strömungscharakteristik- Die Abhängigkeit der relativen Erhöhung der Durchflussrate vom relativen Hub der Stange gehorcht einem quadratischen Gesetz (verläuft entlang einer Parabel). Als Kompromiss zwischen linearen und gleichprozentigen Ventilen werden Regelventile mit parabelförmiger Durchflusscharakteristik eingesetzt.

Besonderheiten bei der Berechnung eines Zweiwegeventils

Gegeben:

Umwelt - Wasser, 115C,

∆pZutritt = 40 kPa (0,4 bar), ∆pRohr = 7 kPa (0,07 bar),

∆Wärmetausch = 15 kPa (0,15 bar), Nenndurchfluss Qnom = 3,5 m3/h,

Mindestdurchfluss Qmin = 0,4 m3/h

Berechnung:

∆pZutritt = ∆pVentil + ∆pRohr + ∆Wärmeaustausch =
∆pVentil = ∆pZutritt - ∆pRohr - ∆Wärmeaustausch = 40-7-15 = 18 kPa (0,18 bar)

Sicherheitszuschlag für Arbeitstoleranz (sofern der Volumenstrom Q nicht überschätzt wurde):

Kvs = (1,1 bis 1,3). Kv = (1,1 bis 1,3) x 8,25 = 9,1 bis 10,7 m3/h
Aus der serienmäßig hergestellten Reihe von Kv-Werten wählen wir den nächstliegenden Kvs-Wert, d.h. Kvs = 10 m3/h. Dieser Wert entspricht der lichten Weite DN 25. Wählen wir eine Armatur mit Gewindeanschluss PN 16 aus Grauguss, erhalten wir die Nummer (Bestellnummer) des Typs:
RV 111 R 2331 16/150-25/T
und entsprechendem Antrieb.

Ermittlung des hydraulischen Verlustes eines ausgewählten und berechneten Regelventils bei voller Öffnung und gegebenem Durchfluss.

Der so berechnete tatsächliche hydraulische Verlust des Regelventils muss in der hydraulischen Berechnung des Netzes berücksichtigt werden.

wobei a mindestens 0,3 sein muss. Die Prüfung ergab: Die Auswahl des Ventils entspricht den Gegebenheiten.

Achtung: Die Berechnung der Autorität eines 2-Wege-Regelventils erfolgt in Bezug auf den Differenzdruck über dem Ventil im geschlossenen Zustand, d.h. verfügbarer Abzweigdruck ∆pZutritt bei Nulldurchfluss, und niemals bezogen auf den Pumpendruck ∆pPumpe, aufgrund des Einflusses von Druckverlusten in der Netzleitung bis zum Anschlusspunkt des geregelten Abzweigs. In diesem Fall gehen wir der Einfachheit halber davon aus

Regulatorische Einstellungskontrolle

Führen wir die gleiche Berechnung für den Mindestdurchfluss Qmin = 0,4 m3/h durch. Der Mindestdurchfluss entspricht den Druckverlusten , , .

Erforderliches Steuerverhältnis

muss kleiner sein als das eingestellte Stellverhältnis des Ventils r = 50. Die Berechnung erfüllt diese Bedingungen.

Typischer Aufbau eines Regelkreises mit einem Zweiwege-Regelventil.

Besonderheiten bei der Berechnung eines Dreiwege-Mischventils

Gegeben:

Umwelt - Wasser, 90C,

statischer Druck am Anschlusspunkt 600 kPa (6 bar),

∆pPumpe2 = 35 kPa (0,35 bar), ∆pRohr = 10 kPa (0,1 bar),

∆Wärmeaustausch = 20 kPa (0,2), Nenndurchfluss Qnom = 12 m3/h

Berechnung:

Sicherheitszuschlag für Arbeitstoleranz (sofern der Volumenstrom Q nicht überschätzt wurde):
Kvs = (1,1-1,3)xKv = (1,1-1,3)x53,67 = 59,1 bis 69,8 m3/h
Aus einer serienmäßig hergestellten Reihe von Kv-Werten wählen wir den nächstliegenden Kvs-Wert, d.h. Kvs = 63 m3/h. Dieser Wert entspricht dem lichten Durchmesser DN65. Wenn wir ein geflanschtes Ventil aus duktilem Gusseisen wählen, erhalten wir die Typ-Nr.
RV 113 M 6331-16/150-65

Je nach Anforderung wählen wir dann den passenden Antrieb aus.

Ermittlung des tatsächlichen hydraulischen Verlustes des ausgewählten Ventils bei voller Öffnung

Daher müssen die berechneten tatsächlichen hydraulischen Verluste der Steuerventile in der hydraulischen Berechnung des Netzes berücksichtigt werden.

Achtung: Bei Dreiwegeventilen ist die wichtigste Bedingung für einen störungsfreien Betrieb der minimale Differenzdruck
an den Anschlüssen A und B. Dreiwegeventile vertragen einen erheblichen Differenzdruck zwischen den Anschlüssen A und B, allerdings um den Preis einer Verformung der Regelcharakteristik und damit einer Verschlechterung des Regelvermögens. Wenn also auch nur der geringste Zweifel an der Druckdifferenz zwischen den beiden Anschlüssen besteht (z. B. wenn ein Dreiwegeventil ohne Druckraum direkt an das Primärnetz angeschlossen ist), empfehlen wir den Anschluss eines Zweiwegeventils mit harter Schaltung für gute Kontrolle.

Typischer Steuerleitungsaufbau mit einem Dreiwege-Mischventil.

Es besteht die Meinung, dass die Auswahl eines Dreiwegeventils keine vorläufigen Berechnungen erfordert. Diese Meinung basiert auf der Annahme, dass der Gesamtdurchfluss durch das Abzweigrohr AB – nicht vom Hub der Stange abhängt und immer konstant ist. Tatsächlich schwankt der Durchfluss durch den gemeinsamen Anschluss AB in Abhängigkeit vom Hub des Schafts, und die Amplitude der Schwingung hängt von der Autorität des Dreiwegeventils im regulierten Bereich und seinen Durchflusseigenschaften ab.

Verfahren zur Berechnung eines Dreiwegeventils

Berechnung des Dreiwegeventils in folgender Reihenfolge durchführen:

• 1. Auswahl der optimalen Fließeigenschaften.
• 2. Bestimmung der Regelleistung (Ventilautorität).
• 3. Ermittlung von Durchsatz und Nennweite.
• 4. Auswahl des elektrischen Antriebs des Steuerventils.
• 5. Auf Geräusche und Kavitation prüfen.

Auswahl der Durchflusseigenschaften

Die Abhängigkeit des Durchflusses durch das Ventil vom Hub der Spindel wird als Durchflusskennlinie bezeichnet. Die Art der Durchflusskennlinie bestimmt die Form von Kegel und Ventilsitz. Da das Dreiwegeventil zwei Schieber und zwei Sitze hat, hat es auch zwei Durchflusscharakteristiken, die erste ist die Charakteristik entlang des geraden Hubs - (A-AB) und die zweite entlang der Senkrechten - (B-AB).

Linear/Linear. Der Gesamtdurchfluss durch das Abzweigrohr AB ist nur konstant, wenn die Ventilautorität gleich 1 ist, was praktisch unmöglich zu gewährleisten ist. Der Betrieb eines Dreiwegeventils mit einer Autorität von 0,1 führt zu Schwankungen des Gesamtdurchflusses während der Spindelbewegung, die von 100 % bis 180 % reichen. Daher werden Ventile mit linear/linearer Kennlinie in Systemen eingesetzt, die unempfindlich gegen Durchflussschwankungen sind, oder in Systemen mit einer Ventilautorität von mindestens 0,8.

logarithmisch/logarithmisch. Die minimalen Schwankungen des Gesamtdurchflusses durch das Abzweigrohr AB bei Dreiwegeventilen mit logarithmischer / logarithmischer Durchflusskennlinie werden bei einer Ventilautorität von 0,2 beobachtet. Gleichzeitig nimmt eine Abnahme der Autorität relativ zum angegebenen Wert zu und eine Zunahme - verringert den Gesamtdurchfluss durch das Abzweigrohr AB. Die Schwankung des Durchflusses im Bereich der Autorität von 0,1 bis 1 beträgt +15% bis -55%.

logarithmisch/linear. Dreiwegeventile mit logarithmisch/linearer Durchflusskennlinie werden eingesetzt, wenn die durch die Anschlüsse A-AB und B-AB geführten Zirkulationsringe nach unterschiedlichen Gesetzmäßigkeiten geregelt werden müssen. Die Strömungsstabilisierung während der Bewegung des Ventilschafts tritt bei einer Autorität von 0,4 auf. Die Schwankung des Gesamtdurchflusses durch das Abzweigrohr AB im Normbereich von 0,1 bis 1 beträgt +50 % bis -30 %. Regelventile mit logarithmischer / linearer Durchflusskennlinie werden häufig in Regelgeräten für Heizungsanlagen und Wärmetauscher eingesetzt.

Autoritätsberechnung

Autorität des Dreiwegeventils ist gleich dem Verhältnis des Druckverlustes am Ventil zum Druckverlust am Ventil und der geregelten Strecke. Der Autoritätswert für Dreiwegeventile bestimmt die Schwankungsbreite des Gesamtdurchflusses durch Anschluss AB.

Eine Abweichung von 10 % des momentanen Durchflusses durch Anschluss AB während des Hubs wird bei den folgenden Autoritätswerten bereitgestellt:

• A+ = (0,8-1,0) - für ein lineares/lineares Ventil.
• A+ = (0,3-0,5) - für ein Ventil mit logarithmischer / linearer Kennlinie.
• A+ = (0,1-0,2) - für ein Ventil mit logarithmischer / logarithmischer Kennlinie.

Bandbreitenberechnung

Die Abhängigkeit des Druckverlustes am Ventil von der Durchströmung wird durch den Leistungsfaktor Kvs charakterisiert. Der Kvs-Wert ist numerisch gleich dem Durchfluss in m³/h durch ein voll geöffnetes Ventil, bei dem der Druckverlust darauf 1 bar beträgt. In der Regel ist der Kvs-Wert eines Dreiwegeventils für die Hübe A-AB und B-AB gleich, es gibt jedoch Ventile mit unterschiedlichen Leistungen für jeden der Hübe.

Wenn man weiß, dass sich der Druckverlust am Ventil um das „n²“-fache ändert, wenn sich die Durchflussrate um das „n“-fache ändert, ist es nicht schwierig, den erforderlichen Kvs-Wert des Regelventils zu bestimmen, indem man die berechnete Durchflussrate und den berechneten Druckverlust in einsetzt Gleichung. Aus der Nomenklatur wird ein Dreiwegeventil mit dem Wert des Durchsatzkoeffizienten ausgewählt, der dem als Ergebnis der Berechnung erhaltenen Wert am nächsten kommt.

Auswahl eines Elektroantriebs

Der elektrische Stellantrieb ist auf das zuvor ausgewählte Dreiwegeventil abgestimmt. Es wird empfohlen, elektrische Stellantriebe aus der Liste der kompatiblen Geräte auszuwählen, die in den Ventilspezifikationen angegeben sind, wobei Folgendes zu beachten ist:

• Die Antriebs- und Ventilschnittstellen müssen kompatibel sein.
• Der Hub des elektrischen Stellantriebs muss mindestens dem Hub der Ventilspindel entsprechen.
• Je nach Trägheit des geregelten Systems sollten Antriebe mit unterschiedlichen Wirkgeschwindigkeiten eingesetzt werden.
• Die Schließkraft des Stellantriebs bestimmt den maximalen Differenzdruck über dem Ventil, bei dem der Stellantrieb dieses schließen kann.
• Ein und derselbe elektrische Stellantrieb sorgt für das Schließen eines Dreiwegeventils, das zum Mischen und zur Stromtrennung arbeitet, bei unterschiedlichen Druckabfällen.
• Die Versorgungsspannung und das Steuersignal des Antriebs müssen mit der Versorgungsspannung und dem Steuersignal der Steuerung übereinstimmen.
• Dreh-Dreiwegeventile werden mit Dreh- und Sattelventile mit elektrischen Linearantrieben verwendet.

Berechnung der Möglichkeit von Kavitation

Kavitation ist die Bildung von Dampfblasen in einem Wasserstrom, die sich manifestiert, wenn der Druck darin unter den Sättigungsdruck von Wasserdampf abfällt. Die Bernoulli-Gleichung beschreibt den Effekt der Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und der Verringerung des Drucks darin, der auftritt, wenn sich der Strömungsquerschnitt verengt. Der Strömungsbereich zwischen dem Verschluss und dem Dreiwegeventilsitz ist die äußerste Verengung, in der der Druck auf den Sättigungsdruck abfallen kann, und der Ort, an dem am ehesten Kavitation auftritt. Dampfblasen sind instabil, sie treten scharf auf und fallen auch scharf zusammen, dies führt dazu, dass Metallpartikel aus dem Ventilverschluss gefressen werden, was zwangsläufig zu vorzeitigem Verschleiß führt. Neben Verschleiß führt Kavitation zu erhöhten Geräuschen während des Ventilbetriebs.

Die Hauptfaktoren, die das Auftreten von Kavitation beeinflussen:

• Wassertemperatur - je höher sie ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit von Kavitation.


• Wasserdruck – Je höher der Wasserdruck vor dem Regelventil ist, desto unwahrscheinlicher ist es, dass es zu Kavitation kommt.


• Zulässige Druckverluste - Je höher sie sind, desto höher ist die Kavitationswahrscheinlichkeit. Dabei ist zu beachten, dass sich in der Ventilstellung nahe dem Schließen der gedrosselte Druck am Ventil dem verfügbaren Druck im geregelten Bereich annähert.


• Die Kavitationscharakteristik eines Dreiwegeventils wird durch die Eigenschaften des Drosselelements des Ventils bestimmt. Der Kavitationskoeffizient ist für verschiedene Arten von Regelventilen unterschiedlich und sollte in ihren technischen Eigenschaften angegeben werden, aber da die meisten Hersteller diesen Wert nicht angeben, enthält der Berechnungsalgorithmus eine Reihe der wahrscheinlichsten Kavitationskoeffizienten.

Als Ergebnis des Kavitationstests kann folgendes Ergebnis erzielt werden:

• "Nein" - es wird definitiv keine Kavitation geben.
• "Möglich" - Kavitation kann bei Ventilen einiger Bauarten auftreten, es wird empfohlen, einen der oben beschriebenen Einflussfaktoren zu ändern.
• "Ja" - Kavitation wird sich definitiv ändern, einer der Faktoren, die das Auftreten von Kavitation beeinflussen.

Lärmberechnung

Ein hoher Durchfluss am Einlass eines Dreiwegeventils kann hohe Geräuschpegel verursachen. Für die meisten Räume, in denen Regelventile installiert sind, beträgt der zulässige Geräuschpegel 35-40 dB(A), was einer Geschwindigkeit im Ventileinlass von etwa 3 m/s entspricht. Daher wird bei der Auswahl eines Dreiwegeventils empfohlen, die angegebene Drehzahl nicht zu überschreiten.