Zasady doboru zaworów regulacyjnych przelotowych - powtórka

Transkrypt

1 Trójdrogowe zawory regulacyjne Wykład 6

2 Zasady doboru zaworów regulacyjnych przelotowych - powtórka ٠ Podstawą do doboru średnicy nominalnej zaworu regulacyjnego jest obliczenie współczynnika przepływu Kvs gdzie: Vs[m3/h] Z100 K a 1 a S VS [m3/h] obliczeniowy strumień objętości wody, [bar] strata ciśnienia na zaworze regulacyjnym całkowicie otwartym, dla założonej wartości autorytetu zaworu a (kryterium dławienia). Minimalny spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym ΔpZ100min 0.1 bar V S Z100

3 Zasady doboru zaworów regulacyjnych przelotowych - powtórka 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 a0,3 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

4 Metoda wymiarowania zaworów na podstawie kryterium minimalizacji wahań współczynnika wzmocnienia obiektu regulacji Współczynnik wzmocnienia Współczynnik przenoszenia kw Charakterystyki statyczne: a zaworu regulacyjnego (stałoprocentowa), b wymiennika ciepła, c wymiennika ciepła wraz z zaworem regulacyjnym (obiekt regulacji) a h m b m k s k Q W Q h ks d( Q / Q100) const k d( h / h ) S100 c 100 h m Q/Q s 1 Q/Q s Q/Q s h/h s m/m s h/h 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 obieguostałym przepływie 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 (c1) 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 c1) 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 a0.5, 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 kzconst 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 c1 (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 (a0.5) ustalając K VS kierujemy się średnicą przewodów przyłączanych do zaworu. 5. Sprawdzamy rzeczywistą wartość Z100 oraz a rzeczywiste.

27 Dziękuję za uwagę!

28 Trójdrogowe zawory regulacyjne przykład doboru Wykład 7

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

30 Sposoby montażu zaworów trójdrogowych Wukładzie hydraulicznym zzaworem trójdrogowym można wyróżnić część, wktórej strumień przepływającego czynnika jest stały (jest to tzw. obieg stałego przepływu) oraz obieg zmiennego przepływu zależny od stopnia otwarcia zaworu oraz przewód mieszający ozmiennym przepływie.

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

32 Charakterystyki eksploatacyjne zaworów trójdrogowych 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 (...),

33 Charakterystyki eksploatacyjne zaworów trójdrogowych W wypadku stosowania zaworów przelotowych deformacja charakterystyki zależy przede wszystkim od jednego parametru, a mianowicie współczynnika 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

34 Charakterystyki eksploatacyjne zaworów trójdrogowych a b c Z ' pz100 sp pm / / zp / zp zp K ZP PM SP G

35 Zasady doboru zaworów regulacyjnych trójdrogowych 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. z100 Dla założonej wartości współczynnika a z100 + zp a + ) Z100 ( Z100 zp a 1 a Z100 p zp

36 Zasady doboru zaworów regulacyjnych trójdrogowych 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

37 Zasady doboru zaworów regulacyjnych trójdrogowych 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 (wstawiamy w przewód mieszający zawór do ręcznego nastawiania), przy wartościach parametru b 3 przyjmujemy a

38 Zasady doboru zaworów regulacyjnych trójdrogowych Wg większości pozycji literaturowych przy doborze trójdrogowych zaworów regulacyjnych należy przyjmować a 0.5 i równoważyć hydraulicznie połączone równolegle odcinki o zmiennym strumieniu objętości, Minimalny spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym jako Δp 0.1 bar, wg. literatury niemieckiej 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 ustalając K VS kierujemy się średnicą przewodów przyłączanych do zaworu. 5. Sprawdzamy rzeczywistą wartość Z100 oraz a

39 PRZYKŁADY DOBORU ZAWORÓW TRÓJDROGOWYCH Przykład 1. Winstalacji -rys. 1, doprowadzającej czynnik grzejny do nagrzewnic wentylacyjnych dobrać zawory regulacyjne ZR1 izr2.

40 Dane do obliczeń Wartości strat ciśnienia w instalacji i wymiennikach ciepła wg oznaczeń z rys. 1: Δp 1-WCT-5 25 kpa Δp kpa Δp kpa Δp kpa Δp 2-NW kpa Δp kpa Δp kpa Δp kpa Δp 7-NW2-9 6 kpa Obliczeniowe strumienie objętości : V 1 6 m 3 /h i V 2 2 m 3 /h

41 Trójdrogowe zawory firmy Satchwell

42 Dobór zaworu ZR1 Obliczamy straty ciśnienia w obiegu stałoprzepływowym (z wymiennikiem ciepła i pompą) Δp sp Δp W Δp 1-WCT-5 + Δp Δp kpa oraz zmiennoprzepływowym (z nagrzewnicą) Δp zp Δp N Δp 2-NW kpa Odpowiednio do podanych strat ciśnienia parametry instalacji mają wartość b sp zp W N 35kPa 20kPa 1.75 c 1kPa 20kPa pm 2 3 zp N 0,05

43 Dobór zaworu ZR1 Ze względu na małą wartość b 1.75 <3.0 z zalecanego przedziału a 0.5 przyjmujemy wartość współczynnika autorytetu a0.5. Tak więc strata ciśnienia w zaworze mieszającym pracującym jako rozdzielający wynosi a 0.5 ZR1 zp N N 20kPa 0, 2bar 1 a Wymagany współczynnik przepływu K VS ma wartość K V ZR1 6 1 VS 0,2 13,41.m3/h Przyjęto z katalogu K VS 12 m 3 /h i średnicę zaworu DN 11/4

44 Dobór zaworu ZR1 Rzeczywista strata ciśnienia na zaworze regulacyjnym ZR1 wynosi ,25bar a rzeczywisty współczynnik autorytetu zaworu a N 2 RZ ZR 1 ZR ZR Ze względu na małą wartość b< 3 należy zrównoważyć hydraulicznie straty ciśnienia w przewodach o zmiennym przepływie do wartości c 1 przy pomocy zaworu równoważącego ZR3.

45 Dobór zaworu ZR2 Strata ciśnienia w obiegu stałoprzepływowym (z wymiennikiem ciepła i pompą obiegową) wynosi Δp sp Δp W Δp 1-WCT-5 + Δp Δp kpa a w zmiennoprzepływowym ( przez nagrzewnicę) Δp zp Δp N Δp 7-NW2-9 6 kpa Odpowiednio do podanych strat ciśnienia parametry instalacji mają wartość 35kPa 1kPa b 5.8 c 0, 16 6 kpa 6 kpa Ze względu na dużą wartość parametru b5.8 >3.0 z zalecanego przedziału wartości współczynnika autorytetu zaworu a przyjmujemy minimalną wartość a0.3.

46 Dobór zaworu ZR2 Strata ciśnienia w zaworze mieszającym pracującym jako rozdzielający wynosi ZR 2 a 1 a Ponieważ Δp ZR2 <0.1 bar, do obliczeń przyjmujemy zalecaną wartość minimalną 0,1 bar. Wymagany współczynnik przepływu K v ma wartość K V ZR 2 N 2 2 VS 0,1 0.3 ZR kPa m3/h Przyjęto z katalogu najbliższą mniejszą wartość współczynnika przepływu K VS 6.3m 3 /h dla zaworu kołnierzowego o średnicy DN 20.

47 Dobór zaworu ZR2 Rzeczywista strata ciśnienia na zaworze regulacyjnym ZR2 wynosi RZ ZR 2 0,1bar a rzeczywisty współczynnik autorytetu zaworu ZR2 a N + a ZR2 Ze względu na dużą wartość b>3 nie ma potrzeby równoważenia hydraulicznego straty ciśnienia w przewodzie mieszającym do wartości c1.

48 Przykład 2 Do układu hydraulicznego kotłowni wodnej zgodnego ze schematem przedstawionym na rys. 2 należy dobrać zawory regulacyjne mieszające Z1 i Z2. CO1 CO2 Kocioł P1 Z P2 Z2 7 3

49 Dane do obliczeń Znane są straty ciśnienia: Δp kpa Δp kpa Δp 5-CO-4 80 kpa Δp 8-CO-9 60 kpa Δp kpa Δp kpa oraz obliczeniowy strumień objętości: V CO1 8 m 3 /h V CO2 4 m 3 /h

50 Dobór zaworu regulacyjnego Z1 Parametry instalacji mają wartość: b 5 CO c ,25 Ponieważ b > 3,0 do ograniczenia wahań sumarycznego strumienia objętości V AB100 nawypływie zzaworu do ±10% wystarczy przyjąć a0.3 oraz można pominąć równoważenie obiegów zmiennoprzepływowych, strata ciśnienia w zaworze mieszającym wynosi a 0.3 Z 1 kpa Z a Do obliczeń przyjmujemy wartość minimalnego spadku ciśnienia Δp Z1 0,1 bar

51 Dobór zaworu regulacyjnego Z1 Wymagany współczynnik przepływu ma wartość K VS V CO1 Z1 8 0,1 25,5.m3/h Przyjęto z katalogu K VS 25 m 3 /h i średnicę zaworu DN 40 Rzeczywista strata ciśnienia na zaworze regulacyjnym Z1 wynosi 8 2 p RZ Z1 0, 1bar 25 a rzeczywisty współczynnik autorytetu zaworu Z1 a a ZP + Z1

52 Dobór zaworu regulacyjnego Z2 Parametry instalacji mają wartość: b 8 CO c ,33 Ponieważ b < 3.0 więc do ograniczenia wahań sumarycznego strumienia objętości V/V AB100 do ±10% należy przyjąć a 0.5 oraz zrównoważyć równoległe obiegi zmiennoprzepływowe, tak aby parametr c1. Strata ciśnienia w zaworze mieszającym Z2 wynosi p Z 2 a 1 a Z kPa 1 0.5

53 Dobór zaworu regulacyjnego Z2 Wymagany współczynnik przepływu K VS ma wartość K VS V CO2 Z 2 4 0,3 7,3.m3/h Przyjęto z katalogu Kvs8 m 3 /h i średnicę zaworu DN 25 Rzeczywista strata ciśnienia na zaworze regulacyjnym Z2 wynosi Z 2 0, 25bar 8 p RZ 4 2 Rzeczywisty współczynnik autorytetu zaworu Z2 Z2 a a ZP + Z

54 Dobór zaworu regulacyjnego Z2 Przyjęcie wtym przypadku zaworu ok VS 4m 3 /h(zgodnie zzasadą przyjmowania wartości katalogowej najbliższej mniejszej) spowodowałoby nadmierny wzrost straty ciśnienia na zaworze do Δp Z2 1 bar, a w konsekwencji także duży wzrost wysokości podnoszenia pompy obiegowej.

55 Dziękuję za uwagę!