Чим визначається пропускну здатність клапана. Особливості розрахунку систем опалення з термостатичними клапанами

Значення величини kv.

Регулюючий клапан створює в мережі додаткову втрату тиску для обмеження витрати води в межах. Витрата води залежить від диференціального тиску на клапані:

kv – показник витрати на клапані, ρ – щільність (для води ρ=1,000 кг/м 3 при температурі 4°С, а при 80°С ρ=970 кг/м 3), q – витрата рідини, м 3 /год , ∆р - диференціальний тиск, бар.

Максимальна величина k v (k vs) досягається повністю відкритому клапані. Ця величина відповідає витраті води, вираженому в м 3 /годину, для диференціального тиску, що дорівнює 1 бару. Регулюючий клапан вибирають таким чином, щоб величина k vs забезпечувала розрахункову витрату для даного диференціального тиску при роботі клапана в заданих умовах.

Не так просто визначити необхідну для регулюючого клапана величину k vs , оскільки диференціальний тиск на клапані, що розташовується, залежить від багатьох факторів:

• Фактичний напір насоса.
• Втрати тиску в трубах та на арматурі.
• Втрата тиску на терміналах.

Втрати тиску залежать від точності балансування.

При проектуванні котелень розраховують теоретично правильні величини втрат тиску і витрати для різних елементів системи. Однак на практиці рідко різні елементи мають точно задані характеристики. При установці, як правило, вибирають насоси, що регулюють клапани та термінали за стандартними характеристиками.

Регулюючі клапани, наприклад, випускають з величинами k vs , що зростають у геометричній пропорції, званими рядами Рейнарда:

k vs: 1.0 1.6 2.5 4.0 6.3 10 16......

Кожна величина приблизно на 60% більша за попередню.

Нетипово, щоб регулюючий клапан забезпечував точно розрахункову втрату тиску заданої витрати. Якщо, наприклад, регулюючий клапан повинен створювати втрату тиску рівну 10 кПа при заданій витраті, то на практиці може виявитися, що клапан трохи більшою величиною k vs створить втрату тиску, рівну лише 4 кПа, а клапан з трохи меншою величиною k vs забезпечить втрату тиску 26 кПа для розрахункової величини витрати.

∆р (бар), q (м 3 /год)	∆р (кПа), q (л/сек)	∆р (мм НД), q (л/год)	∆р (кПа), q (л/год)
		q = 10 k v √∆p	q = 100 k v √∆p
	∆p = (36 q/k v)2	∆p = (0.1 q/k v)2	∆p = (0.01 q/k v)2
	kv = 36 q/√∆p	k v = 0.1 q/√∆p	kv = 0.01 q/√∆p

Деякі формули містять витрату, k v і ∆р (ρ = 1,000 кг/м 3)

Крім того, насоси та термінали часто перевищують розмір з тієї ж причини. Це означає, що регулюючі клапани працюють майже закритими, в результаті регулювання не може бути стійким. Можливо так, що періодично ці клапани максимально відкриваються, при запуску обов'язково, що призводить до надмірної витрати в даній системі і недостатньої витрати в інших. У результаті слід поставити запитання:

Що робити, якщо регулюючий клапан надмірного розміру?

Зрозуміло, що зазвичай неможливо точно підібрати необхідний регулюючий клапан.

Розглянемо випадок із калорифером на 2000 Вт, призначеної для падіння температури на 20 К. Втрата тиску становитиме 6 кПа для розрахункової витрати 2000х0.86/20=86 л/год. Якщо диференціальний тиск дорівнює 32 кПа і втрата тиску в трубах і на арматурі становить 4 кПа, на регулювальному клапані повинна бути різниця 32 - 6 - 4 = 22 кПа.

Необхідна величина k vs становитиме 0,183.

Якщо мінімальна наявна величина k vs дорівнює 0.25, наприклад, витрата замість бажаних 86 л/год становитиме 104 л/год, перевищення на 21%.

У системах із змінною витратою величина диференціального тиску на терміналах змінна, оскільки втрата тиску в трубах залежить від витрати. Регулюючі клапани вибирають для розрахункових умов. При низьких навантаженнях максимальна потенційна витрата на всіх установках підвищена і не виникає небезпека надмірно низької витрати на одному окремому терміналі. Якщо за розрахункових умов потрібно максимальне навантаження, дуже важливо уникнути надмірної витрати.

A. Обмеження витрати за допомогою балансувального клапана, встановленого послідовно.

Якщо в розрахункових умовах витрата на відкритому регулювальному клапані вище за потрібну величину, для обмеження цієї витрати можна послідовно встановити балансувальний клапан. Це не змінить дійсний коефіцієнт керування регулюючого клапана, а навіть покращить його характеристику (див. малюнок на сторінці 51). Балансувальний клапан також є інструментом діагностики та відсічним клапаном.

B. Зниження максимального підйому клапана.

Для компенсації надмірного розміру регулюючого клапана можна обмежити ступінь відкриття клапана. Це рішення можна розглянути для клапанів з рівними відсотковими характеристиками, оскільки можна значно знизити величину k v відповідно зменшивши ступінь максимального відкриття клапана. Якщо рівень відкриття клапана знизити на 20%, максимальна величина k v знизиться на 50%.

На практиці балансування здійснюють за допомогою послідовно встановлених балансувальних клапанів при повністю відкритому регулювальному клапані. Балансувальні клапани настроюють у кожному контурі, щоб при розрахунковій величині витрати втрата тиску склала 3 кПа.

Ступінь підйому регулюючого клапана обмежують при отриманні на балансувальному клапані 3 кПа. Оскільки установка збалансована і залишається збалансованою, то необхідну витрату фактично одержують у розрахункових умовах.

C. Зниження витрати за допомогою клапана, що регулює ∆р, у групі.

Диференціальний тиск на регулювальному клапані може бути стабілізований, як показано на малюнку нижче.

Величина налаштування клапана STAP, що регулює перепад тиску, вибирається таким чином, щоб отримати необхідну витрату повністю відкритого регулюючого клапана. У цьому випадку регулюючий клапан має бути точно за розміром, а його коефіцієнт керування – близький до одиниці.

Декілька емпіричних правил

Якщо двоходові регулюючі клапани використовують на терміналах, більшість регулюючих клапанів буде закрито або майже закрито при низьких навантаженнях. Оскільки мала витрата води, втрата тиску на трубах та арматурі буде незначною. Весь напір насоса посідає регулюючий клапан, який має бути здатний протистояти йому. Таке збільшення диференціального тиску ускладнює регулювання при малій витраті, оскільки фактично коефіцієнт управління β" значно зменшується.

Припустимо, що клапан, що регулює, спроектований для втрати тиску, що становить 4% напору насоса. Якщо система працює з низькою витратою, диференціальний тиск у цьому випадку множать на 25. Для однакової величини відкриття клапана витрату потім множать на 5 (√25 = 5). Клапан примусово працює майже закритому положенні. Це може призвести до шуму та коливання регульованої величини (у цих нових робочих умовах параметри клапана завищуються в п'ять разів).

Саме тому деякі автори рекомендують проектувати систему таким чином, щоб розрахункове падіння тиску на регулюючих клапанах становило не менше 25% напору насоса. У цьому випадку при низьких навантаженнях перевищення витрати на регулюючих клапанах не перевищуватиме коефіцієнт 2.

Завжди дуже важко знайти регулюючий клапан, здатний витримати такий високий диференціальний тиск, не створюючи шумів. Також важко знайти досить малі клапани, що відповідають вищезгаданим критеріям, при використанні терміналів низької потужності. Крім того, необхідно обмежити зміни диференціального тиску у системі, наприклад, використовуючи вторинні насоси.

Якщо взяти до уваги зазначену додаткову концепцію, калібрування двоходового регулюючого клапана має відповідати таким умовам:

• При роботі системи в нормальних умовах витрата на повністю відкритому клапані має бути розрахунковою. Якщо витрата вище зазначеного, балансувальний клапан, встановлений послідовно, повинен обмежити витрату. Тоді для контролера типу PI коефіцієнт керування дорівнює 0.30 виявиться прийнятним. Якщо значення параметрів регулювання нижче, регулюючий клапан слід замінити клапаном меншого розміру.
• Напір насоса повинен бути таким, щоб втрати тиску на двоходових регулюючих клапанах становили не менше ніж 25% напору насоса.

Для контролерів вкл-выкл, концепція параметрів регулювання немає значення, оскільки регулюючий клапан або відкритий, або закритий. Тому його характеристика не має великого значення. У цьому випадку витрата трохи обмежена послідовно встановленим балансувальним клапаном.

(Технічний університет)

Кафедра АПХП

Курсовий проект

«Розрахунок та проектування регулюючого клапана»

Виконав: студент гр. 891 Соннцев П.В.

Керівник: Сягаєв Н.А.

Санкт-Петербург 2003

1. Дросельні регулюючі органи

Для транспортування рідин і газів у технологічних процесах застосовують, як правило, напірні трубопроводи. Вони потік рухається за рахунок тиску, створюваного насосами (для рідин) чи компресорами (для газів). Вибір необхідного насоса або компресора здійснюється за двома параметрами: максимальною продуктивністю та необхідним тиском.

Максимальна продуктивність визначається вимогами технологічного регламенту, тиск необхідний для забезпечення максимальної витрати, розраховується за законами гідравліки, виходячи з довжини траси, кількості та величин місцевих опорів та допустимої максимальної швидкостіпродукт у трубопроводі (для рідин – 2-3 м/с, для газів – 20-30 м/с).

Зміна витрати в технологічному трубопроводі може бути здійснена двома способами:

дроселюванням – зміною гідравлічного опору дроселя, встановленого на трубопроводі (рис. 1а)

байпасуванням – зміною гідравлічного опору дросеєлю, встановленого на тркбопроводі, що з'єднує нагнітальну лінію з всмоктувальною (рис. 1б)

Вибір способу зміни витрати визначається типом використовуваного насоса або компресора. Для найбільш поширених у помислі насосів і компресорів можливе застосування обох способів управління потоком.

Для об'ємних насосів, наприклад, поршневих, допустиме лише байпасування рідини. Дроселювання потоку таких насосів неприпустимо, т.к. воно може призвести до виходу з експлуатації насоса або трубопроводу.

Для поршневих компресорів застосовують обидва способи керування.

Зміна витрати рідини або газу за рахунок дроселювання є основним впливом, що управляє, в системах автоматичного регулювання. Дросель, що використовується для регулювання технологічних параметрів, - регулюючий орган ».

Основною статичною характеристикою регулюючого органу є залежність витрати через нього від ступеня відкриття:

де q=Q/Q max - відносна витрата

h=H/H max – відносний хід затвора регулюючого органу

Ця залежність називається витратною характеристикоюрегулюючого органу. Т.к. регулюючий орган є частиною трубопровідної мережі, що включає ділянки трубопроводу, вентилі, повороти і вигини труб, висхідні і низхідні ділянки, його видаткова характеристика відображає фактично поведінку гідравлічної системи «регулюючий орган + трубопровідна мережа». Тому витратні характеристики двох однакових регулюючих органів, встановлених на трубопроводах різної довжини, суттєво відрізнятимуться між собою.

Характеристика регулюючого органу, яка залежить від його зовнішніх сполук – « пропускна характеристика». Ця залежність відносної пропускної здатності регулюючого органу sвід його відносного відкриття h, тобто.

де: s = K v / K vy - відносна пропускна спроможність

Іншими показниками, що служать для вибору регулюючого органу, є: діаметр його приєднувальних фланців Ду, максимально допустимий тиск Ру, температура Т і властивості речовини. Індекс «у» свідчить про умовне значення показників, що пояснюється неможливістю забезпечити їх точне дотримання для серійних регулюючих органів. Оскільки витратна характеристика регулюючого органу залежить від гідравлічного спрощення трубопровідної мережі, в якій він встановлений, необхідно мати можливість коригувати цю характеристику. Регулюючі органи, що допускають можливість такого коригування, - « регулюючі клапани». Вони мають суцільні або пустотілі циліндричні плунжери, що допускають зміну профілю для отримання необхідної витратної характеристики. Для полегшення коригування витратної характеристики випускають клапани з різними видамипропускної характеристики: лінійної та рівновідсоткової.

У клапанів з лінійною характеристикою збільшення пропускної спроможності пропорційно ходу плунжера, тобто.

де: а – коефіцієнт пропорційності.

У клапаанов з рівновідсотковою пропускною характеристикою збільшення пропускної спроможності пропорційно ходу плунжера та поточного значення пропускної спроможності, тобто.

ds=a*K v *dh (4)

Відмінність між пропускною та видатковою харктеристиками тим більша, чим більший гідравлічний опір трубопровідної мережі. Відношення пропускної спроможності клапана до пропускної спроможності мережі – гідравлічний модуль системи:

n=K ви /K vT (5)

При значеннях n>1.5клапана з лінійною пропускною характеристикою стають непридатними через непостійність коефіцієнта пропорційності aпротягом усього ходу. Для регулюючих клапанів з рівнопроцентною пропускною характеристикою витратна характеристика близька до лінійної при значеннях nвід 1,5 до 6. Оскільки діаметр технологічного трубопроводу Дт зазвичай вибирається із запасом, може виявитися, що регулюючий клапан з таким самим або близьким діаметром умовного проходу Ду має надмірну пропускну здатність і, відповідно, гідравлічний модуль. Для зменшення пропускної спроможності клапана без зміни його приєднувальних розмірів заводи-виробники випускають клапани, що відрізняються лише діаметром сідла Дс.

2. Завдання на курсовий проект

Варіант №7

3. розрахунок регулюючих клапанів

1. Визначення числа Рейнольдса

, де - швидкість потоку при максимальній витраті

r=988.07 кг/м 3 (для води при 50 про З) [табл. 2]

m=551*10 -6 Па*с [табл. 3]

Re> 10000, отже, режим перебігу турбулентний.

2. Визначення втрати тиску в трубопровідній мережі за максимальної швидкості потоку

, де , x Мвент = 4.4, x Мколін = 1.05 [табл. 4]

3. Визначення перепаду тисків на регулювальному клапані за максимальної швидкості потоку

4. Визначення розрахункового значення умовної пропускної спроможності регулюючого клапана:

де h=1.25 - коефіцієнт запасу

5. Вибір регулюючого клапана з найближчою більшою пропускною здатністю K Vy (по K Vз і Ду):

обираємо двосідельний чавунний регулюючий клапан 25 ч30нжМ

умовний тиск 1,6 МПа

умовний прохід 50 мм

умовна пропускна спроможність 40 м3/год

пропускна характеристика лінійна, рівновідсоткова

вид дії АЛЕ

матеріал сірий чавун

температура регульованого середовища від -15 до +300

6. Визначення пропускної спроможності трубопровідної мережі

7. Визначення гідравлічного модуля системи

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

Коефіцієнт, що показує ступінь зменшення площі прохідного перерізу сідла клапана щодо площі прохідного перерізу фланців К=0,6 [табл. 1]

4. профільування плунжера регулюючого клапана

Потрібна пропускна характеристика регулюючого клапана забезпечується виготовленням спеціальної форми поверхні вікон. Оптимальний профіль плунжера виходить у результаті розрахунку гідравлічного опору дросельної пари (плунжер – сідло) як функції відносного відкриття регулюючого клапана.

8. Визначення коефіцієнта гідравлічного опору клапана

, де , В=2 для двосідельного клапана

9. Визначення коефіцієнта гідравлічного опору регулюючого клапана залежно від відносного ходу плунжера

де h = 0.1, 0.2, ..., 1.0,

x ін - коефіцієнт гідравлічного опору дросельної пари клапана x 0 = 2.4 [табл. 5]

10. За графіком на [рис. 5] визначається величина ak для відносного перерізу дросельної пари

Величина m уточнюється за формулою:

.

Визначення нових значень m продовжується доти, доки нове максимальне значення m не відрізнятиметься від попереднього менш ніж на 5%.

Пропускна здатність регулюючого клапана Kvs- Значення коефіцієнта пропускної здатності Kvs чисельно дорівнює витраті води через клапан в м ³ / год з температурою 20 ° C при якому втрати тиску на ньому складуть 1бар. Розрахунок пропускної спроможності регулюючого клапана під конкретні параметри системи можна виконати в розділі сайту Розрахунки.

DN регулюючого клапана- Номінальний діаметр отвору в приєднувальних патрубках. Значення DN використовується для уніфікації типорозмірів трубопровідної арматури. Фактичний діаметр отвору може трохи відрізнятися від номінального у більшу або меншу сторону. Альтернативним позначенням номінального діаметра DN, поширеним у країнах пострадянського простору, був умовний діаметр Ду регулюючого клапана. Ряд умовних проходів DN трубопровідної арматури регламентовано ГОСТ 28338-89 «Проходи умовні (номінальні розміри)».

PN регулюючого клапана- Номінальний тиск - найбільший надлишковий тиск робочого середовища з температурою 20 ° C, при якому забезпечується тривала та безпечна експлуатація. Альтернативним позначенням номінального тиску PN, поширеним у країнах пострадянського простору, був умовний тиск Ру клапана. Ряд номінальних тисків PN трубопровідної арматури регламентовано ГОСТ 26349-84 «Тиски номінальні (умовні)».

Динамічний діапазон регулюванняце відношення найбільшої пропускної здатності регулюючого клапана при повністю відкритому затворі (Kvs) до найменшої пропускної здатності (Kv), при якій зберігається заявлена ​​витратна характеристика. Динамічний діапазон регулювання ще називають регулюючим відношенням.

Так, наприклад, динамічний діапазон регулювання клапана рівний 50:1 при Kvs 100 означає, що клапан може керувати витратою в 2м³/год, зберігаючи залежності властиві його витратній характеристиці.

Більшість регулюючих клапанів мають динамічні діапазони регулювання 30:1 і 50:1, але існують і клапани з дуже хорошими регулюючими властивостями, їх діапазон регулювання дорівнює 100:1.

Авторитет регулюючого клапана- характеризує регулюючу здатність клапана. Чисельно значення авторитету дорівнює відношенню втрат тиску повністю відкритому затворі клапана до втрат тиску на регульованому ділянці.

Чим нижчий авторитет регулюючого клапана, тим сильніше його витратна характеристика відхиляється від ідеальної і тим менш плавною буде зміна витрати під час руху штока. Так, наприклад, у системі керованої клапаном з лінійною витратною характеристикою і низьким авторитетом - закриття прохідного перерізу на 50% може зменшити витрату всього лише на 10%, при високому авторитеті закриття на 50% повинно знижувати витрату через клапан на 40-50%.

Відображає залежність зміни відносної витрати через клапан від зміни відносного ходу штока регулюючого клапана при постійному перепаді тиску на ньому.

Лінійна витратна характеристика- однакові прирости відносного ходу штока викликають однакові прирости відносної витрати. Регулюючі клапани з лінійною витратною характеристикою застосовуються в системах, де існує пряма залежність між керованою величиною та витратою середовища. Регулюючі клапани з лінійною витратною характеристикою ідеально підходять для підтримки температури суміші теплоносія у теплових пунктах із залежним підключенням до теплової мережі.

Рівновідсоткова витратна характеристика(логарифмічна) - Залежність відносного приросту витрати від відносного приросту ходу штока - логарифмічна. Регулюючі клапани з логарифмічною витратною характеристикою застосовують у системах, де керована величина нелінійно залежить від витрати через регулюючий клапан. Так, наприклад, регулюючі клапани з рівновідсотковою витратною характеристикою рекомендується застосовувати в системах опалення для регулювання тепловіддачі опалювальних приладів, що нелінійно залежить від витрат теплоносія. Регулюючі клапани з логарифмічною витратною характеристикою добре регулюють тепловіддачу швидкісних теплообмінних апаратів з низьким перепадом температур теплоносія. Рекомендується застосовувати клапани з рівновідсотковою витратною характеристикою в системах, де потрібне регулювання за лінійною витратною характеристикою, а підтримувати високий авторитет на регулювальному клапані немає можливості. У такому разі знижений авторитет спотворює рівнопроцентну характеристику клапана, наближаючи її до лінійної. Така особливість спостерігається при авторитетах регулюючих клапанів не нижче 0,3.

Параболічна витратна характеристика- Залежність відносного приросту витрати від відносного ходу штока підпорядковується квадратичному закону (проходить по параболі). Регулюючі клапани з параболічною витратною характеристикою застосовуються як компроміс між клапанами з лінійною та рівнопроцентною характеристиками.

Специфіка розрахунку двоходового клапана

Дано:

середа - вода, 115C,

∆pдоступ = 40 кПа (0,4 бар), ∆pтрубопр = 7 кПа (0,07 бар),

∆pтеплообм = 15 кПа (0,15 бар), умовна витрата Qном = 3,5 м3/год,

мінімальна витрата Qмін = 0,4 м3/год

Розрахунок:

∆pдоступ = ∆pвентил + ∆pтрубопр + ∆pтеплообм =
∆pвентил = ∆pдоступ - ∆pтрубопр - ∆pтеплообм = 40-7-15 = 18 кПа (0,18 бар)

Запобіжний припуск на робочий допуск (за умови, що витрата Q не була завищена):

Kvs = (1,1 до 1,3). Kv = (1,1 до 1,3) x 8,25 = 9,1 до 10,7 м3/год
З серійно виробленого низки Kv величин виберемо найближчу Kvs величину, тобто. Kvs = 10 м3/год. Цій величині відповідає діаметр світла DN 25. Якщо вибираємо клапан з різьбовим приєднанням PN 16 з сірого чавуну отримаємо номер (артикул замовлення) типу:
RV 111 R 2331 16/150-25/T
та відповідний привід.

Визначення гідравлічної втрати підібраного та розрахованого регулюючого клапана при повному відкритті та даній витраті.

Таким чином, обчислена дійсна гідравлічна втрата регулюючої арматури повинна бути відображена в гідравлічному розрахунку мережі.

причому a має дорівнювати як мінімум 0,3. Перевірка встановила: підбір клапана відповідає умовам.

Попередження: Розрахунок авторитету двоходового регулюючого клапана здійснюється щодо перепаду тисків на вентилі у закритому стані, тобто. наявного тиску гілки ∆pдоступ при нульовому витраті, і ніколи щодо тиску насоса ∆pнасоса, оскільки через вплив втрат тиску в трубопроводі мережі до місця приєднання регульованої гілки. У такому разі для зручності припускаємо

Контроль регулюючих відносин

Здійснимо такий самий розрахунок для мінімальної витрати Qмін = 0,4 м3/год. Мінімальній витраті відповідають перепади тиску , , .

Необхідне регулююче ставлення

має бути менше, ніж регулююче відношення вентиля, що задається r = 50. Розрахунок даним умовам задовольняє.

Типова схема компонування регулюючої петлі із застосуванням двоходового регулюючого клапана.

Специфіка розрахунку триходового змішувального клапана

Дано:

середа - вода, 90C,

статичний тиск у точці приєднання 600 кПа (6 бар),

∆pнасоса2 = 35 кПа (0,35 бар), ∆pтрубопр = 10 кПа (0,1 бар),

∆pтеплообм = 20 кПа (0,2), номінальна витрата Qном = 12 м3/год

Розрахунок:

Запобіжний припуск на робочий допуск (за умови, що витрата Q не була завищена):
Kvs = (1,1-1,3)xKv = (1,1-1,3)x53,67 = 59,1 до 69,8 м3/год
З серійно виробленого ряду значень Kv виберемо найближче значення Kvs, тобто. Kvs = 63 м3/год. Цьому значенню відповідає діаметр світла DN65. Якщо виберемо фланцевий клапан із чавуну з кулястим графітом, отримаємо тип №
RV 113 M 6331 -16/150-65

Потім ми вибираємо відповідний привід відповідно до вимог.

Визначення дійсної гідравлічної втрати обраного клапана при повному відкритті

Таким чином, обчислена дійсна гідравлічна втрата регулюючої арматури повинна бути відображена у гідравлічному розрахунку мережі.

Попередження: у триходових клапанів найголовнішою умовою безпомилкового функціонування є дотримання мінімальної різниці тисків
на штуцерах A і B. Триходові клапани можуть справитися і зі значним диференціальним тиском між штуцерами A і B, але за рахунок деформації регулюючої характеристики, і тим самим погіршенням регулюючої здатності. Тому при найменшому сумніві щодо різниці тисків між обома штуцерами (наприклад, якщо триходовий клапан без напірного відділення безпосередньо приєднаний до первинної мережі), рекомендуємо для якісного регулювання використовувати двоходовий клапан у з'єднанні з жорстким замиканням.

Типова схема компонування регулюючої лінії з використанням триходового змішувального клапана.

Існує думка, що підбір триходового клапана не вимагає попередніх розрахунків. Ця думка заснована на припущенні, що сумарна витрата через патрубок AB не залежить від ходу штока і завжди постійна. Насправді, витрата через загальний патрубок AB коливається в залежності від ходу штока, а амплітуда коливання залежить від авторитету триходового клапана на ділянці, що регулюється, і його витратної характеристики.

Методика розрахунку триходового клапана

Розрахунок триходового клапанавиконують у наступній послідовності:

• 1. Вибір оптимальної витратної характеристики.
• 2. Визначення регулюючої здатності (авторитету клапана).
• 3. Визначення пропускної спроможності та номінального діаметра.
• 4. Підбір електроприводу регулюючого клапана.
• 5. Перевірка виникнення шуму і кавітації.

Вибір витратної характеристики

Залежність витрати через клапан від ходу штока називають витратною характеристикою. Тип витратної характеристики визначає форма затвора та сідла клапана. Так як у триходового клапана два затвори і два сідла - витратних характеристик у нього теж дві, першою позначають характеристику прямого ходу - (A-AB), а другий по перпендикулярному - (B-AB).

Лінійно/лінійна. Сумарна витрата через патрубок АВ постійна лише при авторитеті клапана рівному 1, що забезпечити практично неможливо. Робота триходового клапана з рівним авторитетом 0.1 призведе до коливань сумарної витрати при переміщенні штока, в діапазоні від 100% до 180%. Тому клапани з лінійно/лінійною характеристикою застосовуються в системах нечутливих до коливань витрати або в системах з авторитетом клапана не менше 0.8.

Логарифмічно/логарифмічна. Мінімальні коливання сумарної витрати через патрубок AB у триходових клапанах з логарифімічно/логарифмічною витратною характеристикою спостерігаються при авторитеті клапана, що дорівнює 0.2. При цьому зниження авторитету щодо зазначеного значення збільшує, а підвищення зменшує сумарну витрату через патрубок АВ. Коливання витрати у діапазоні авторитетів від 0.1 до 1 становить від +15% до -55%.

Логарифмічно/лінійна. Триходові клапани з логарифмічно/лінійною витратною характеристикою застосовуються якщо в циркуляційних кільцях, що проходять через патрубки A-AB і B-AB, необхідно регулювання за різними законами. Стабілізація витрати під час руху штока клапана відбувається за авторитету рівному 0.4. Коливання сумарних витрат через патрубок AB в діапазоні авторитетів від 0.1 до 1 становить від +50% до -30%. Регулюючі клапани з лограрифмічно/лінійною витратною характеристикою отримали широке застосування у вузлах управління системами опалення та теплообмінними апаратами.

Розрахунок авторитету

Авторитет триходового клапанадорівнює відношенню втрат напору на клапані до втрат напору на клапані і ділянці, що регулюється. Значення авторитету для триходових клапанів визначає діапазон коливання сумарних витрат через порт АB.

10% відхилення миттєвої витрати через порт AB під час руху штока забезпечується за наступних значень авторитету:

• A+ = (0.8-1.0) – для клапана з лінійно/лінійною характеристикою.
• A+ = (0.3-0.5) - для клапана з логарифмічно/лінійною характеристикою.
• A+ = (0.1-0.2) - для клапана з логарифмічно/логарифмічною характеристикою.

Розрахунок пропускної спроможності

p align="justify"> Залежність втрат напору на клапані від витрати через нього, характеризується коефіцієнтом пропускної здатності Kvs. Значення Kvs чисельно дорівнює витраті в м³/год, через повністю відкритий клапан, у якому втрати напору ньому становитимуть 1бар. Як правило, значення Kvs триходового клапана однаково для ходу A-AB і B-AB, але бувають клапани з різними значеннями пропускної здатності по кожному з ходів.

Знаючи, що при зміні витрати в "n" разів втрати напору на клапані змінюються в "n²" разів, не складно визначити необхідний Kvs регулюючого клапана підставивши в рівняння розрахунковий витрата і втрати напору. З номенклатури підбирають триходовий клапан з найближчим значенням коефіцієнта пропускної здатності до значення, отриманого в результаті розрахунку.

Підбір електроприводу

Електропривод підбирається під раніше вибраний триходовий клапан. Електричні приводи рекомендується вибирати зі списку сумісних пристроїв, вказаних у характеристиках клапана, слід звернути увагу на:

• Вузли стикування приводу та клапана повинні бути сумісні.
• Хід штока електроприводу повинен бути не меншим за хід штока клапана.
• Залежно від інерційності системи, що регулюється, слід застосовувати приводи з різною швидкістю дії.
• Від зусилля закриття приводу залежить максимальний перепад тиску на клапані, при якому привід зможе його закрити.
• Один і той же електропривод забезпечує перекриття триходового клапана, що працює на змішування та поділ потоку, при різних перепадах тиску.
• Напруга живлення та керуючий сигнал приводу повинні відповідати напруги живлення та керуючого сигналу контролера.
• Поворотні триходові клапани застосовуються з ротаційними, а сідельні з лінійними електроприводами.

Розрахунок на можливість виникнення кавітації

Кавітація - утворення бульбашок пари в потоці води, що проявляється при зниженні тиску в ньому нижче тиску насичення водяної пари. Рівнянням Бернуллі описаний ефект збільшення швидкості потоку та зниження тиску в ньому, що виникає при звуженні прохідного перерізу. Прохідний переріз між затвором і сідлом триходового клапана є тим самим звуженням, тиск в якому може опуститися до насичення тиску, і місцем найбільш ймовірного утворення кавітації. Бульбашки пари нестабільні, вони різко з'являються і також різко схлопуються, це призводить до виїдання частинок металу із затвора клапана, що неминуче спричинить його передчасне зношування. Крім зносу кавітація призводить до підвищення шуму під час роботи клапана.

Основні чинники, що впливають виникнення кавітації:

• Температура води – що вона вище, тим більша ймовірність виникнення кавітації.


• Тиск води – перед регулюючим клапаном, чим він вищий, тим менша ймовірність виникнення кавітації.


• Допустимі втрати тиску – що вони вищі, то вища ймовірність виникнення кавітації. Тут слід зазначити, що в положенні затвора близькому до закриття тиск, що дроселюється, на клапані прагнути до наявного тиску на регульованому ділянці.


• Кавітаційна характеристика триходового клапана – визначається особливостями дроселюючих елементів клапана. Коефіцієнт кавітації різний для різних типів регулюючих клапанів і повинен вказуватися в їх технічних характеристиках, але так як більшість виробників не вказують дану величину, в алгоритм розрахунку закладено діапазон найбільш ймовірних коефіцієнтів кавітації.

Внаслідок перевірки на кавітацію може бути виданий наступний результат:

• "Ні" - кавітації точно не буде.
• "Можлива" - на клапанах деяких конструкцій виникнення кавітації можливо, рекомендується змінити один із вищеописаних факторів впливу.
• "Є" - кавітація точно буде, змініть один з факторів, що впливають на виникнення кавітації.

Розрахунок виникнення шуму

Висока швидкість потоку у вхідному патрубку триходового клапана може спричинити високий рівень шуму. Для більшості приміщень, в яких встановлюються регулюючі клапани, допустимий рівень шуму становить 35-40 dB(A), який відповідає швидкості у вхідному патрубку клапана приблизно 3м/c. Тому при підборі триходового клапана не рекомендується перевищувати вище зазначеної швидкості.