Metoda wymiarowania zaworów jednodrogowych na podstawie kryterium minimalizacji wahań współczynnika wzmocnienia obiektu regulacji

Transkrypt

1 Trójdrogowe zawory regulacyjne Wykład 3

2 Zasady doboru zaworów regulacyjnych jednodrogowych Metoda wymiarowania zaworów jednodrogowych na podstawie kryterium minimalizacji wahań współczynnika wzmocnienia obiektu regulacji

3 Zasady doboru zaworów regulacyjnych jednodrogowych Współczynnik wzmocnienia Współczynnik przenoszenia kw k s k W Q = h ks d( Q / Q100) = = = const k d( h / h ) S = 1 Charakterystyki statyczne: a zaworu regulacyjnego (stałoprocentowa), b wymiennika ciepła, c wymiennika ciepła wraz z zaworem regulacyjnym (obiekt regulacji) a h m b m Q c h m Q/Q s Q/Q s Q/Q s h/h s m/m s h/h s

4 Zasady doboru zaworów regulacyjnych jednodrogowych Autorytet zaworów przelotowych (kryterium dławienia zaworu) jest definiowany jako gdzie: Z100 s a = z100 z100 + strata ciśnienia na zaworze całkowicie otwartym, strata ciśnienia wsieci przewodów obwodu regulacji. Przy stałoprocentowej charakterystyce zaworu jako wielkość orientacyjną przyjmuje się autorytet zaworu a=0,3 do 0,5. Jest to zakres wartości, dla którego uzyskuje się dopuszczalny zakres wahań współczynnika wzmocnienia obiektu regulacji zawór wymiennik a tym samym dobrą jakość regulacji. s

5 Rodzaje wykonań armatury trójdrogowej Zawórtrójdrogowy: a) mieszający, b) rozdzielający

6 Charakterystyka zaworów trójdrogowych Cechą charakterystyczną zaworów trójdrogowych jest to, że powierzchnia przekroju zmienia się w gniazdach (dwa gniazda) w przeciwnych kierunkach. Strumienie na drodze A i B sązmienne (od 0 do 100%) a strumień na drodze AB zmienia się w ograniczonym zakresie (nie więcej niż ±10%). Strumień A służy do regulacji mocy (temperatury), wpływa na kształt charakterystyki obiektu regulacji zawór-wymiennik.

7 Sposoby montażu zaworów trójdrogowych Wukładzie hydraulicznym zzaworem trójdrogowym można wyróżnić trzy obiegi: część, wktórej strumień przepływającego czynnika jest stały (jest to tzw. obieg stałego przepływu -SP), obieg zmiennego przepływu zależny od stopnia otwarcia zaworu ZP, przewód mieszający ozmiennym przepływie PM. K ZP PM Z SP G

8 Sposoby montażu zaworów trójdrogowych a) zawór mieszający, b) zawór mieszający pełniący funkcję zaworu rozdzielającego, c) zawór rozdzielający

9 Charakterystyki wewnętrzne zaworów trójdrogowych

10 Charakterystyki zaworów trójdrogowych Wymagania: strumień objętości w obwodzie odbiornika (przyłącze AB) jest stały: V ± 10%Vs, charakterystyka przyłącza A umożliwia zmianę mocy cieplnej instalacji proporcjonalnie do skoku zaworu (kryterium minimalizacji wahań współczynnika wzmocnienia obiektu regulacji). Analiza charakterystyk eksploatacyjnych zaworów trójdrogowych została opisana w książkach W. Chmielnickiego i H. Rossa.

11 Charakterystyki eksploatacyjne zaworów trójdrogowych wg Chmielnickiego Charakterystyka eksploatacyjna zaworu trójdrogowego zależy od wartości spadków ciśnienia wposzczególnych obwodach układu reg. or = + + k100 Z100 G100 or = zp + Z100 + sp K ZP PM Z SP G

12 Charakterystyki eksploatacyjne zaworów trójdrogowych wg Chmielnickiego Stopień rozdziału A A = k100 or Autorytet zaworu trójdrogowego = zp or a = Z100 calk = z z100 zp UWAGA! = calk = k100 + Z100 calk zp Z100 Zamiast s przyjmowanego przy doborze zaworów przelotowych) w przypadku zaworów 3-drogowych wstawiamy zp +

13 Charakterystyki eksploatacyjne zaworów trójdrogowych wg Chmielnickiego Charakterystyki eksploatacyjne zaworu trójdrogowego dla stopnia rozdziału ciśnienia A = 0,21 oraz współczynnikach autorytetu a = 0,125 (xxxxx), 0,3 (-----) i 0,7 (...),

14 Charakterystyki eksploatacyjne zaworów trójdrogowych wg Chmielnickiego Charakterystyki eksploatacyjne (robocze) zaworu trójdrogowego przy stałym współczynniku autorytetu a = 0,3 oraz różnych stopniach rozdziału ciśnienia: A = 0,07 (xxxxx), 0,21 (-----) 0,49 (...),

15 Charakterystyki eksploatacyjne zaworów trójdrogowych wg Chmielnickiego Z przedstawionej analizy wynika, że w celu zapewnienia minimalnych zmian przepływów w króćcu AB, opory obiegu o zmiennym przepływie Δpzp muszą być małe w porównaniu do oporów obieguostałymprzepływie Δpsp ispadkuciśnienia nazaworzeregulacyjnym ΔpZ100. k100 zp A = = Najkorzystniejszą charakterystykę uzyskano dla A= 0,07 (xxxxx), or or

16 Wnioski Deformacja charakterystyki przepływowej na wypływie zzaworu trójdrogowego (wylot AB) zależy od stosunku oporu odcinka sieci o zmiennej wartości strumienia objętości do oporu całej sieci. Kierowanie się przy doborze średnicy zaworu trójdrogowego jedynie kryterium wartości współczynnika autorytetu zaworu nie jest uzasadnione, ponieważ nie uwzględnia on wpływu tłumienia przez opór odcinka sieci oniezmiennym strumieniu objętości na deformację charakterystyki przepływowej na wypływie AB z zaworu trójdrogowego. W praktyce konieczne jest ilościowe określenie wpływu tłumienia.

17 Charakterystyki eksploatacyjne zaworów trójdrogowych W wypadku stosowania zaworów przelotowych deformacja charakterystyki zależy przede wszystkim od jednego parametru, a mianowicie autorytetu zaworu a, który zależy zkolei od doboru średnicy zaworu. Wwypadku zaworów trójdrogowych taki wpływ mają trzy parametry, a mianowicie: a(a ), b, c. a = Z100 calk = Z100 + Z100 zp

18 Charakterystyki eksploatacyjne zaworów trójdrogowych wg H. Rossa Wyniki badań H. Rossa a b c = ' pz100 = = sp pm / / zp / zp zp Z K ZP PM SP G

19 Wpływ parametru a i b (c=1) na strumień na wypływie z króćca AB (V/V100)) wg H. Rosa

20 Wnioski z badań H. Rosa Wymagany autorytet zaworu a ma znaczącą wartość tylko przy małym tłumieniu przez odcinek sieci ostałym strumieniu objętości (małe wartości b<3). W wypadku wartości parametru b > 3 wpływ średnicy zaworu trójdrogowego (a tym samym autorytetu a) na zmianę charakterystyki wkróćcu AB zaworu jest wzasadzie bez znaczenia. Zreguły instalacje ogrzewania sąprojektowane w taki sposób, żeby stosunek b > 3.

21 Zasady doboru zaworów trójdrogowych Zbadań H. Rosa można wyciągnąć następujące wnioski: równoważenie połączonych równolegle odcinków o zmiennym strumieniu objętości (ZP i PM -parametr c=1) jest celowe tylko przy wartościach parametru b <3, współczynnik autorytetu a ma istotny wpływ przy doborze zaworu dla b < 3. Jeżeli za punkt wyjścia przyjęto dopuszczalne zwiększenie sumarycznego strumienia objętości (V/V100 = 1,1) to przy b < 3 współczynnik autorytetu należy przyjmować a=0.5, przy wartościach parametru b 3 zmiana sumarycznego strumienia objętości jest tak niewielka iwtak małym stopniu zależna od kryterium dławienia a, że deformacja podstawowych charakterystyk zaworu nie może być miarodajna przy doborze zaworu. Wtakich sytuacjach trzeba przyjąć inne kryterium, np. kryterium minimalizacji wahań współczynnika wzmocnienia kz=const dla obiektu zawór +wymiennik ciepła iwówczas wystarczy a=

22 Dobór zaworu mieszającego w układach z Dobór zaworu mieszającego w układach z wtryskiem wtryskiem d c s b a s Z p p p e a s d c s b a s p p p = +

23 1. Podstawą do doboru średnicy nominalnej zaworu regulacyjnego jest obliczenie współczynnika przepływu Kvs VS K [m3/h] VS = gdzie: Z100 V[m3/h] obliczeniowy strumień objętości wody, Δp z100 [bar] strata ciśnienia na zaworze regulacyjnym całkowicie otwartym, obliczana dla założonej wartości autorytetu zaworu a gdzie: Zasady doboru zaworów regulacyjnych trójdrogowych tok obliczeń a = 1 a Z100 p zp zp -strata ciśnienia wobiegu zmiennoprzepływowym ZP.

24 Tok obliczeń 2. Określamy obwody stało- i zmiennoprzepływowe a następnie obliczamy wartości parametrów b i c Z b c = = sp pm / zp / zp K ZP PM SP G

25 Tok obliczeń 3. Kierując się wynikami badań H. Roosa w zależności od wartości parametru b przyjmujemy wartość współczynnika autorytetu a: przy b < 3 współczynnik autorytetu należy przyjmować a 0.5 i równoważymy hydraulicznie połączone równolegle odcinki o zmiennym strumieniu objętości tak aby c=1 (wstawiamy w przewód mieszający zawór do ręcznego nastawiania), przy wartościach parametru b 3 przyjmujemy a=

26 Tok obliczeń Wg większości pozycji literaturowych przy doborze trójdrogowych zaworów regulacyjnych należy przyjmować a 0.5 i równoważyć hydraulicznie połączone równolegle odcinki o zmiennym strumieniu objętości. Zastosowanie tych zaleceń nie jest błędem gdyż zapewnia dobrą jakość regulacji niezależnie od wartości kryterium tłumienia b. Ich wadą może być niska efektywność energetyczna układu wysokie koszty pompowania. Minimalny spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym jako Δp 0.1 bar, wg. literatury niemieckiej nawet ΔpZ100min 0.03 do 0.05 bar. 4. Po obliczeniu współczynnika przepływu K VS z katalogu zaworów dobieramy średnicę zaworu owartości K VS najbliższej mniejszej (jeżeli pozwala na to d) od wyliczonej. Przy małych wartościach ΔpZ100 = Δpzp (a=0.5) ustalając K VS kierujemy się średnicą przewodów przyłączanych do zaworu. 5. Sprawdzamy rzeczywistą wartość Z100 oraz a rzeczywiste.

27 Dziękuję za uwagę!