Значения и единицы
Kv, м3/ч - Коэффициент расхода в составляющих единицах расхода
Kv100, м3/ч - Коэффициент расхода при номинальном сдвиге
Kvmin, м3/ч - Коэффициент расхода при минимальной норме расхода
Kvs, м3/ч - Условный коэффициент расхода арматуры
Q, м3/ч - Объемный расход в рабочем режиме (T1, p1)
Qn, Нм3/ч - Объемный расход в нормальном состоянии (0 оC, 0.101 MПа)
p1, МПа - Абсолютное давление перед регулирующим вентилем
p2, МПа - Абсолютное давление зарегулирующим вентилем
ps, МПа - Абсолютное давление насыщенного пара при данной температуре (T)
Δp, МПа - Перепад давления на регулирующем вентиле (Δp = p1 - p2)
ρ1, кг/м3 - Плотность рабочей среды в режиме эксплуатации (T1, p1)
ρn, кг/Нм3 - Плотность газа в нормальном состоянии (0 C, 0.101 MПa)
T1, К - Абсолютная температура перед вентилем (T1 = 273 + t )
r, 1 - Регулирующее отношение
Вычисление коэффициента Kv
Основной расходной характеристикой регулирующей арматуры является условный коэффициент расхода Kvs. Его величина обозначает характерный расход через данную арматуру в четко установленных условиях при 100%-ом открытии. Для выбора регулирующей арматуры с тем или иным значением Kvs необходимо произвести расчет коэффициента расхода Кv, который определяет объемный расход воды в м3/час , который протечет через регулирующий клапан в определенных условиях (потеря давления на нем в 1 бар, температура воды 15 оС, турбулентное течение, достаточное статическое давление, исключающее возникновение кавитации в указанных условиях).
Ниже приведены формулы расчета Кv для различных сред:
Жидкость: Кv = Q/100 x √ ρ1/Δp
Газ: Потеря давления p2 > p1/2, Δp < p1/2 Кv = Q/5141 x √ ρ1*T1/Δp*p2
Потеря давления p2 ≥ p1/2, Δp ≤ p1/2 Кv = 2*Qn/5141*p1 x √ ρn*T1
Преимуществом данного коэффициента является его простая физическая интерпретация и то, что в тех случаях, когда рабочей средой является вода, можно упрощенно рассчитать расход прямой пропорцией к корню квадратному перепада давления. Достигнув плотности 1000 кг/м3 и задав перепад давления в барах, получим простую и самую известную формулу для расчета Кv:
Кv = Q / √ Δp
На практике вычисление коэффициента расхода производится с учетом состояния регулирующей цепи и рабочих условий материала по приведенным выше формулам. Регулирующий клапан должен быть подобран так, чтобы он был способен регулировать максимальный расход в данных эксплуатационных условиях. При этом следует контролировать чтобы наименьший регулируемый расход также поддавался регулированию.
При условии, что регулирующее oтношение клапана: r > Kvs / Kvmin
По причине возможного минусового допуска 10% значения Kv100 относительно Kvs и требования касательно возможности регулирования в области максимального расхода (снижение и повышение расхода) рекомендуется выбирать значение Kvs регулирующего клапана, которое больше максимального рабочего значения Kv:
Kvs = 1,1 ÷ 1,3 Kv
При этом необходимо принимать во внимание содержание “предохранительного припуска” в расчете предполагаемого значения Qmax, который может стать причиной завышения производительности арматуры.
Упрощенный процесс расчета трехходового смесительного клапана
Исходные данные:
- среда - вода 90 оС, статическое давление в точке присоединения 600 кПа (6 бар);
- Δpнасос 02= 35 кПа (0,35 бар), Δpтрубопр= 10 кПа (0,1 бар), Δpтеплообм= 20 кПа (0,2 бар);
- номинальный расход Qном= 5 м3/ч.
Типовая схема компоновки регулирующего контура с использованием трехходового смесительного клапана показана на рисунке приведенном ниже.
Δpнасос 02 = Δpклапан + Δpтеплообм + Δpтрубопр
Δpклапан= Δpнасос 02 - Δpтеплообм - Δpтрубопр = 35 - 20 - 10 = 5 кПа (0,05 бар)
Kv = Qном /√Δpклапан= 5 / √0,05 = 22,4 м3/ч
Предохранительный припуск (при условии, что расход Q не был завышен):
Kvs = (1,1 ÷ 1,3) * Kv = (1,1 ÷ 1,3) * 22,4 = 24,6 ÷ 29,1 м3/ч
Из серийно производимого ряда Kv величин выберем ближайшую Kvs величину, т.е. Kvs = 25 м3/ч. Этой величине соответствует регулирующий клапан диаметром DN 40.
Определение гидравлических потерь на выбранном клапане при полном открытии и заданном расходе
Δpклапан Н100= (Qном / Kvs)2 = (5 /25)2 = 4 кПа (0,04 бар)
Предупреждение: У трехходовых клапанов самым главным условием корректного функционирования является соблюдение минимальной разности давлений на патрубках A и B. Трехходовые клапаны в состоянии справиться и со значительным дифференциальным давлением между патрубками A и B, но за счет деформации регулирующей характеристики, происходит ухудшение регулирующих способностей. Поэтому при малейшем сомнении относительно разности давлений между обоими патрубками (например, в случае, если трехходовой клапан прямо присоединен к магистральной сети), рекомендуем для качественного регулирования использовать двухходовой вентиль.
Определение авторитета выбранного клапана
Авторитет прямой ветви трехходового клапана в таком соединении, при условии постоянного расхода по контуру потребителя
а = Δpклапан Н100 / Δpклапан Н0 = 4 / 4 = 1
Обозначает, что зависимость расхода в прямой ветви клапана соответствует идеальной расходной кривой клапана. В данном случае Kvs обеих ветвей совпадают, обе характеристики линейные, значит, суммарный расход почти постоянный.
Комбинацию равнопроцентной характеристики на пути A, с линейной характеристикой на пути B, бывает иногда выгодно выбрать в случаях, когда невозможно избежать нагрузки вводов А относительно В дифференциальным давлением, или если параметры на первичной стороне слишком высокие.
Для быстрого и удобного расчета регулирующих клапанов на различные среды можно воспользоваться специальной расчетной программой, которые предлагают производители регулирующей арматуры. Например программа VENTILY от фирмы LDM. У нее есть версия как для РС, так и приложение для Android, что несомненно будет удобно владельцам смартфонов. Скачать программу можно по ссылке.