Transcript Zasady doboru zaworów regulacyjnych

Automatyzacja
w
ogrzewnictwie
i klimatyzacji
Automatyzacja
w ogrzewnictwie i klimatyzacji
Wykład 1
Wstępne informacje
Forma zaliczenia wykładu:
•
kolokwium 15.01.2011
Obecność na wykładach:
• zalecana, będzie sprawdzana wyrywkowo.
Tematem wykładów będzie charakterystyka i dobór elementów automatyki
budynków:
• Zawory regulacyjne przelotowe: charakterystyka i zasady doboru
• Zawory regulacyjne trójdrogowe: charakterystyka i zasady doboru
• Przepustnice wentylacyjne i klapy: charakterystyka i zasady doboru
• Napędy zaworów i przepustnic
• Regulatory stosowane w ogrzewnictwie, ciepłownictwie i klimatyzacji
• Czujniki i przetworniki pomiarowe: temperatury, wilgotności i jakości
powietrza, ciśnienia, przepływu, prędkości i ruchu.
LITERATURA
1.
Zawada B.: Układy sterowania w systemach wentylacji i klimatyzacji.
Warszawa 2006.
2.
Chmielnicki W.: Regulacja automatyczna urządzeń ciepłowniczych.
Warszawa 1997.
3.
Ross H.: Zagadnienia hydrauliczne w instalacjach ogrzewania wodnego.
Warszawa 1997.
4.
Kostyrko K., Łobzowski A.: Klimat pomiary regulacja. Warszawa 2002.
Elementy wykonawcze
Zawory regulacyjne jednodrogowe
(przelotowe)
Elementy wykonawcze – zawory
regulacyjne w układzie regulacji
Element wykonawczy (zawór regulacyjny) + napęd (siłownik) =
urządzenie wykonawcze
.
z
w
_
e
u
regulator
obiekt regulacji
urządzenie
wykonawcze
y
obiekt
regulacji
ym
element
pomiarowy
y
Zawory regulacyjne
Zawory regulacyjne dzieli się według:
• budowy: zawory jedno-, trój- i czterodrogowe, (zawory mogą być jednolub dwugniazdowe),
• rodzaju połączenia: zawory kołnierzowe i gwintowe,
• zasady działania: zawory grzybkowe, kulowe (kurki), klapy, zasuwy,
• materiału korpusu: żeliwo szare, mosiądz, brąz, staliwo (gniazdo zaworu
wykonuje się z mosiądzu lub stali nierdzewnej).
• kształtu grzybka i charakterystyki otwarcia (charakterystyki przepływu),
Podstawowe parametry charakterystyki zaworu to:
średnica nominalna DN,
ciśnienie nominalne PN,
współczynnik przepływu Kvs (Cvs=1,17 Kvs )
Jednodrogowe zawory regulacyjne
• Literatura:
• Ross H.: Zagadnienia hydrauliczne w instalacjach
ogrzewania wodnego. Warszawa 1997.
• Jednodrogowy zawór regulacyjny w literaturze
polskiej bywa nazywany zamiennie zaworem
jednodrogowym
lub
przelotowym.
Nazwa
przelotowy używana jest głównie publikacjach
tłumaczonych z języka niemieckiego.
Konstrukcje zaworów jednodrogowych
Zawory jednogniazdowe i dwugniazdowe
Zawory dwugniazdowe
• W wypadku zaworów dwugniazdowych płyn
dopływa do obu grzybów zarówno zgodnie, jak i
przeciwnie do kierunku zamykania.
• Ciśnienie płynu działające na oba grzyby jest w
dużym stopniu zrównoważone, tak że ten rodzaj
konstrukcji nie wymaga, nawet przy dużej różnicy
ciśnienia na zaworze, przenoszenia przez siłownik
dużych sił, a przepływ może zachodzić w
dowolnym kierunku.
• To rozwiązanie jest więc także konstrukcją
umożliwiającą zmianę kierunku działania na
odwrotny.
Zawory dwugniazdowe
• Zawory dwugniazdowe stosowane są w parowych i
wodnych instalacjach wysokociśnieniowych, gdzie
występują duże różnice ciśnienia przed i za
zaworem.
• Do całkowitego zamknięcia takiego zaworu bez
odciążenia
hydraulicznego
musiałyby
być
stosowane duże, kosztowne siłowniki elektryczne o
dużej sile osiowej.
• Dobierając
zawór
dwugniazdowy
możemy
zastosować tanie siłowniki o niewielkiej sile.
Współczynnik przepływu zaworu
Strumień przepływu wyrażony w m3/h, wyznaczony przy
ustalonym skoku grzyba zaworu oraz przy spadku ciśnienia
na zaworze Δpo równym 1 bar i gęstości przepływającego
czynnika ρo = 1000 kg/m3 nazywany jest współczynnikiem
przepływu Kv.
1
Kv  V 

p
m3/h
Współczynnik przepływu zaworu
• W wypadku innej straty ciśnienia niż Δpo = 1 bar i
płynów o gęstości innej niż gęstość wody
ρo=1000kg/m3
współczynnik przepływu Kv obliczymy
p o 
Kv  V 

p  o
Nominalny współczynnik przepływu zaworu
Kvs
• Obliczając wymiary zaworu określa się
nominalny współczynnik przepływu Kvs przez
zawór całkowicie otwarty.
• Wartość ta charakteryzuje minimalny opór
hydrauliczny zaworu.
• Obliczenie Kvs umożliwia dobranie średnicy
zaworu z katalogu.
• Dla tej samej średnicy w katalogu może być
podane kilka współczynników przepływu Kvs
zaworu.
Zależności do obliczenia wymaganych
współczynników przepływu dla cieczy, par i
gazów wg. PN-83/74201
Zależności do obliczenia wymaganych
współczynników przepływu dla cieczy, par i
gazów wg. PN-83/74201
• V - objętościowe natężenie przepływu, m3/h,
• Vn - objętościowe natężenie przepływu w warunkach normalnych (Tn=
273,15 K, pn = 101325 Pa), m3/h,
• m - masowe natężenie przepływu, kg/h,
• p1 - ciśnienie dopływu, Pa,
• p2 - ciśnienie odpływu, Pa,
• Δp - dyspozycyjny spadek ciśnienia, Pa,
• ρ1 - gęstość czynnika na dopływie, kg/m3 ,
• ρn - gęstość czynnika w warunkach normalnych ( Tn= 273,15 K, pn =
101325 Pa), kg/m3,
• T1 - temperatura czynnika przed zaworem, K,
• v2 - objętość właściwa pary dla parametrów p2 i T1, m3/kg,
• v2* - objętość właściwa pary dla parametrów p1/2 i T1, m3/kg,
• x - stopień nasycenia pary (0 < x ≤ 1).
Zależności do obliczenia wymaganych
współczynników przepływu dla cieczy, par i
gazów
• Gdy lepkość jest większa niż 2×10-5m2/s to współczynnik przepływu
Kv należy skorygować według zależności:
Kv ' Kv 
Kv’
- skorygowany współczynnik przepływu zaworu.
β- współczynnik korekcyjny
Przy bardzo dokładnych obliczeniach współczynnika przepływu dla
par i gazów należy również uwzględnić zmiany gęstości
spowodowane zmianą ciśnienia i temperatury.
Charakterystyki zaworów
regulacyjnych
• – dlaczego zajmujemy się tym tematem?
• Zasada doboru zaworów regulacyjnych minimalizacja wahań współczynnika
wzmocnienia obiektu regulacji !
Zasada doboru zaworów regulacyjnych minimalizacja wahań współczynnika wzmocnienia
obiektu regulacji zawór reg. + wymiennik ciepła
Charakterystyka statyczna obiektu regulacji: zawór reg. + wymiennik ciepła
a – zaworu regulacyjnego (stałoprocentowa),
b – wymiennika ciepła,
c – wymiennika ciepła wraz z zaworem regulacyjnym (obiekt regulacji)
ks
a
b
h
Q
m
m
m
Q/Qs
m/ms
h/hs
Q/Qs
h
Q
ks 
h
Q/Qs
m/ms
h/hs
Charakterystyki zaworów regulacyjnych
• Charakterystyki zaworów regulacyjnych wyznacza się we
współrzędnych względnych zdefiniowanych następująco:
Kv
• względny współczynnik przepływu:
kv 
K vs
• względny skok grzyba zaworu:
h
H
Hs
• względny strumień objętości:
V
v
Vs
• względne pole przepływu przez zawór:
A
s
As
Indeks s oznacza wartości nominalne (100% otwarcie zaworu)
Charakterystyki zaworów regulacyjnych
• Rozróżnia się następujące charakterystyki zaworów:
• charakterystykę otwarcia zaworu s = f(h); jest to
zależność pomiędzy względnym polem powierzchni
przekroju poprzecznego i względnym skokiem grzybka
zaworu,
• charakterystykę wewnętrzną przepływu zaworu kv = f(h),
jest to zależność pomiędzy współczynnikiem przepływu
zaworu (przy zachowaniu stałego spadku ciśnienia na
zaworze) i wzniosem grzybka zaworu,
• charakterystykę
roboczą
przepływu
zaworu
(eksploatacyjną) v = f(h), kv = f(h) jest to zależność
pomiędzy
względnym
strumieniem
czynnika
przepływającego przez zawór w warunkach pracy w danej
instalacji (przy zmiennym spadku ciśnienia na zaworze) i
wzniosem grzybka zaworu
Charakterystyki zaworów
regulacyjnych
Charakterystyki otwarcia i wewnętrzna są w dużym
przybliżeniu jednokształtne, to znaczy, że współczynnik
zaworu kv zmienia się analogicznie jak pole powierzchni
przepływu w funkcji wzniosu grzybka h.
W ogrzewnictwie i wentylacji stosowane są zawory o
następujących charakterystykach wewnętrznych kv=f(h):
• liniowej (proporcjonalnej),
• stałoprocentowej (logarytmicznej),
• dwustawnej (zawory szybko otwierające).
Charakterystyki zaworów regulacyjnych
1 – liniowa
2 – stałoprocentowa
3 – stałoprocentowa
4 - dwustawna
Charakterystyka otwarcia zaworu
W odniesieniu do jakości zaworu regulacyjnego decydujące znaczenie ma
tzw. dokładność regulacji ΔA/Δh. Im mniejsza zależność ΔA/Δh, tym
precyzyjniej i dokładniej można wyregulować zawór
1
2
A = bh = π d2 / 4.
 d2
h
4b
Charakterystyka otwarcia zaworu
Grzyb z jarzmem o progresywnej
charakterystyce otwarcia
Grzyb paraboliczny
Liniowa charakterystyka zaworu
(wewnętrzna przepływu)
V
 const
h
k v
 const
h
kv
h

k vs h s
Liniowa charakterystyka zaworu
(wewnętrzna przepływu)
• Z równania charakterystyki wynika, że w dolnym
zakresie skoku zmiana ma większe skutki i w
pewnych okolicznościach może być przyczyną
niestabilnej pracy instalacji.
• Oznacza to, że wadą liniowej charakterystyki
przepływowej zaworu jest zbyt duża reakcja w
dolnym i zbyt duża czułość w górnym zakresie
skoku, co może być przyczyną zbyt wolnej zmiany
położenia grzyba zaworu.
Stałoprocentowa charakterystyka zaworu
(wewnętrzna przepływu)
• W charakterystyce stałoprocentowej, w całym zakresie
skoku uzyskiwana jest stała zależność procentowej zmiany
strumienia objętości,
• to znaczy, że ingerencja w położenie regulacyjne zaworu,
zawsze powoduje taką samą zmianę procentowej
strumienia objętości niezależnie od tego, przy jakim skoku
ma miejsce taka ingerencja
V / Vs
 const
h / h s  V / Vs
Stałoprocentowa charakterystyka zaworu
V / Vs
 const
h / h s  V / Vs
k v / k vs  e
n( h / hs 1)
kvo/kvs= 0,3679 przy
= 0,1353
= 0,0498
= 0,0183
n=1
n=2
n=3
n=4
Stałoprocentowa charakterystyka zaworu
• Zaskakujące jest, że także przy zamkniętym zaworze
przepływa przez niego strumień masy wymagany przy
obciążeniu podstawowym.
• Zjawisko to jest jednak nieprzydatne do wykorzystania w
instalacjach ogrzewania.
• Z tego względu w najniższym zakresie skoku, przerywany
jest przebieg stałoprocentowej charakterystyki zaworu
opisany wzorem i zastępowany niezdefiniowanym
odcinkiem krzywej.
• W praktyce przyjęło się stosować wartość stosunku
kvo/kvs = 0,04,
• co odpowiada stałej
n = 3,22.
Parametry zaworów regulacyjnych (rzeczywiste
charakterystyki produkowanych zaworów)
Wytyczne VDI/VDE 2173
30%
Parametry zaworów regulacyjnych
• Odchyłka
wartości
współczynnika
kvs
(współczynnik kv przy skoku zaworu 100%) danego
zaworu nie może być, większa niż ±10% wartości
współczynnika kvs.
• Nachylenie charakterystyki rzeczywistej nie może
odbiegać w zakresie h/hs = 0,1 do 1,0 od
nachylenia charakterystyki nominalnej nie więcej
niż 30%.
• Najmniejszy współczynnik przepływu kvs, przy
którym zachowane są jeszcze granice tolerancji
określany jest jako współczynnik kvr
Parametry zaworów regulacyjnych
• Teoretyczny stosunek regulacji kvs/kvo powinien
wynosić ≥ 25 (kvo/kvs ≤ 0.04).
• W zaworach o wysokiej jakości regulacji stosunek
regulacji kvs/kvo = 50 (kvo/kvs = 0.02).
• Stosunek regulacji jest ważną wielkością
świadczącą o możliwościach regulacyjnych
zaworu !.
Charakterystyka robocza przepływu zaworu
(eksploatacyjna)
• Charakterystyka
uwzględniająca
warunki
zamontowania
zaworu
nazywana
jest
charakterystyką eksploatacyjną (charakterystyką
roboczą przepływu).
• W wypadku zamontowania zaworu regulacyjnego w
sieci obowiązuje zasada: podczas zamykania
zaworu wzrasta strata ciśnienia na zaworze.
Rozkład ciśnienia w odcinku rurociągu
będącym obiektem regulacji
pcalk  pZ100  pS
Autorytet zaworu – kryterium dławienia
W celu określenia ilościowego przebiegu charakterystyki
eksploatacyjnej wprowadzone zostało pojęcie tzw.
autorytetu zaworu (kryterium dławienia) a.
Autorytet zaworu oznacza udział oporu stawianego przez
zawór całkowicie otwarty w odniesieniu do całkowitego
oporu sieci wraz z zaworem
p z100
a
p calk
pcalk  pZ100  pS
Autorytet zaworu
• Autorytet zaworu
kryterium dławienia.
bywa
nazywany
również
• Autorytet zaworu jest również definiowany jako
stosunek różnicy ciśnień na zaworze całkowicie
otwartym do różnicy ciśnień na zaworze całkowicie
zamkniętym.
p z100
a
p z 0
Charakterystyki eksploatacyjne zaworu o
charakterystyce liniowej
(przy zmiennym spadku ciśnienia na zaworze)
V / V100 
1
a
1 a 
(h / h100 ) 2
Charakterystyki eksploatacyjne zaworu o
charakterystyce stałoprocentowej
(przy zmiennym spadku ciśnienia na zaworze)
V / V100 
1
1 a 
a
[e n ( h / h100 1) ]2
Wpływ pompy na kształt charakterystyki
eksploatacyjnej
• Przy wyprowadzaniu
równań charakterystyki
eksploatacyjnej przyjęte
zostało założenie, że
całkowita strata
ciśnienia jest wartością
stałą.
V / V100 
V / V100 
1
a
1 a 
(h / h100 ) 2
1
1 a 
a
[e n ( h / h100 1) ]2
Wpływ pompy na kształt charakterystyki
eksploatacyjnej
• W wypadku zastosowania pomp wirowych
warunek Δpcałk=const nie jest spełniony.
Charakterystyka pompy, która przy coraz
mniejszych
strumieniach
przepływu
powoduje wzrost różnicy ciśnienia, powoduje
także przyrost strumienia objętości o
określoną wartość (ΔV ) przy danym stopniu
otwarcia zaworu.
Wpływ pompy na kształt charakterystyki
eksploatacyjnej
Wpływ pompy na kształt charakterystyki
eksploatacyjnej
•
•
•
Po zastosowaniu pompy wirowej przy takim samym położeniu zaworu powstaje
większy strumień objętości (Δpcałk jest zmienne).
Oznacza to także, że przedstawione na poniższych rysunkach charakterystyki
eksploatacyjne będą jeszcze bardziej przesunięte do góry.
W praktyce projektowej należy dążyć do stosowania w instalacjach ogrzewania
pomp o możliwie płaskiej charakterystyce.
Zasady konstruowania i analiza
charakterystyk statycznych obiektu
regulacji:
zawór – wymiennik ciepła
Podstawowa zasada doboru zaworów
regulacyjnych
Minimalizacja wahań współczynnika wzmocnienia obiektu regulacji
ΔQ
ks 
 co n st 1
Δh
Charakterystyka statyczna obiektu regulacji: zawór reg. + wymiennik ciepła
a – zaworu regulacyjnego (stałoprocentowa),
b – wymiennika ciepła,
c – wymiennika ciepła wraz z zaworem regulacyjnym (obiekt regulacji)
a
b
h
Q
m
m
m
Q/Qs
m/ms
h/hs
Q/Qs
h
Q/Qs
m/ms
h/hs
Przykładowa rzeczywista charakterystyka
cieplna wymiennika ciepła
Charakterystyka cieplna grzejnika Q/Q100 = f(m/m100); ρ=const
m  c p  t
Q / Q100 
m100  c p  t100
Oznaczenia:
Δt  t z100  ti
Φ – parametr obliczeniowy
wymiennika (grzejnika)
t o100  (t z  t p )100
to100 t z100  t p100


t
t z100  ti
Przykładowa rzeczywista charakterystyka
cieplna wymiennika ciepła (grzejnika c.o.)
Φ (a?) – parametr obliczeniowy wymiennika (grzejnika)
Całkowita charakterystyka stat. Instalacji (zawór +
wymiennik) przy zastosowaniu zaworu o charakterystyce
liniowej
ks -współczynnik
wzmocnienia
ks 
Q
?
h
Całkowita charakterystyka instalacji przy
zastosowaniu zaworu o charakterystyce liniowej
Współczynnik przenoszenia kw (nachylenie
stycznej – względna wartość współczynnika
wzmocnienia ks)
kS
d (Q / Q100 )
kW 

k S100
d (h / h100 )
Całkowita charakterystyka instalacji z zastosowaniem
zaworu o charakterystyce stałoprocentowej
0,1
Wnioski z wykonanej analizy
Przedstawiona na rysunkach charakterystyka instalacji
(charakterystyka statyczna obiektu regulacji: zawór +
grzejnik) zależy nie tylko od budowy i autorytetu zaworu, ale
także od parametru obliczeniowego wymiennika Φ.
Dla każdej wartości parametru obliczeniowego grzejnika Φ
można, zgodnie z rysunkami, dobrać optymalny autorytet i
charakterystykę zaworu, które pozwolą na uzyskanie
liniowego przebiegu całkowitej charakterystyki statycznej
obiektu regulacji (zawór-wymiennik) tj. charakterystyki o
zminimalizowanych
wahaniach
współczynnika
wzmocnienia.
ΔQ
ks 
 co n st 1
Δh
Metody doboru zaworów regulacyjnych
W oparciu o wyniki analizy charakterystyk statycznych
obiektów regulacji opracowano następujące metody
doboru zaworów regulacyjnych:
1. Metoda minimalizacji wahań współczynnika wzmocnienia
obiektu regulacji.
2. Metoda orientacyjnych wartości współczynnika autorytetu
(dławienia).
Metoda minimalizacji wahań współczynnika
wzmocnienia obiektu regulacji.
• Celem tej metody jest optymalizacja doboru charakterystyki
zaworu regulacyjnego zapewniająca minimalizację wahań
współczynnika wzmocnienia obiektu regulacji.
• Zastosowanie tej metody jest możliwe jedynie w przypadku
znajomości dokładnej charakterystyki statycznej wymiennika
ciepła, charakterystyki wewnętrznej zaworu (zapisanej w
postaci równań) oraz możliwości swobodnego doboru
współczynnika autorytetu (charakterystyki) zaworu.
• W wyniku obliczeń charakterystyka robocza dobranego
zaworu powinna być tak ukształtowana aby po złożeniu jej z
charakterystyką
wymiennika
powstała
liniowa
charakterystyka obiektu regulacji (zawór-wymiennik).
Podstawowa zasada metody minimalizacja wahań
współcz. wzmocnienia obiektu regulacji:
kW 
- regulacja przepływu
- regulacja mocy (temperatury)
kS
d (V / V100 )

 const  1
k S100 d (h / h100 )
kW 
kS
d (Q / Q100 )

 const  1
k S100 d (h / h100 )
Przykład regulacji mocy wymiennika:
a
h
b
m
c
Q
m
m
m/ms
Q/Qs
h/hs
Q/Qs
h
Q/Qs
m/ms
h/hs
Charakterystyki różnych wymienników (nośników) ciepła
wg Arbeitskreis„Regelungs- und Steuerugstechnik …”
Równanie charakterystyki wymienników ciepła
gdzie:
a – parametr obliczeniowy wymiennika jest
zależny od parametrów obliczeniowych
czynnika grzejnego i układu hydraulicznego
(w przykładzie z grzejnikiem oznaczony jako Φ).
Wymiennik ciepła (nośnik ciepła)
Chłodnica powietrza
Nagrzewnica powietrza ze zmiennym przepływem
Temperatura zasilania
a
0,15…0,25
0,6…0,7
1
Parametr obliczeniowy wymiennika
• Wg. Wurstlina parametr obliczeniowy wymiennika
a może być
wyliczony z opracowanych przez niego zależności (patrz też B. Zawada
„Układy sterowania systemach wentylacji i klimatyzacji”).
• Przykładowo dla nagrzewnic powietrza ze zmiennym przepływem
czynnika grzejnego parametr a określa zależność
a  0.6
Tzo  Tpo
Tzo  t zo
gdzie: Tzo, Tpo – temperatury obliczeniowe czynnika grzejnego,
tzo – temperatura obliczeniowa powietrza na wlocie do
nagrzewnicy.
• Dla grzejnika w pomieszczeniu
a
t z100  t p100
t z100  ti
Optymalne wartości współczynnika autorytetu:
wg Arbeitskreis„Regelungs- und Steuerugstechnik …”
Krzywa
graniczna
Oznaczenia:
av- współczynnik autorytetu, a- parametr obliczeniowy wymiennika,
gl, lin – linie najmniejszych wahań współczynnika wzmocnienia zaworów
stałoprocentowych (gl) i liniowych (lin).
Dla zaworów stałprocentowych przy a=0.6 optymalne av= 0.25-0.6
Metoda minimalizacji wahań wartości
współczynnika wzmocnienia
Metoda minimalizacji wahań wartości współczynnika wzmocnienia została
szczegółowo opisana w publikacjach:
F. Trefnego, Wurstlina, B. Zawady.
Stosowanie w praktyce projektowej metody minimalizacji wahań wartości
współczynnika wzmocnienia wymagałoby zbyt dużego nakładu pracy na
obliczenia:
1. konieczna jest znajomość równania do obliczenia parametru
wymiennika a (Φ).
2. brak możliwości doboru dokładnej wartości współczynnika autorytetu
zaworu av (charakterystyki eksploatacyjnej) ze względu na skokową
zmianę Kvs w katalogach.
Dlatego w praktyce powszechnie stosowana jest metoda oparta na
doborze orientacyjnej wartości współczynnika autorytetu
(kryterium dławienia) zaworu.
Metoda doboru orientacyjnej wartości
współczynnika autorytetu (kryterium
dławienia).
• Podstawowym kryterium doboru średnicy zaworów jednodrogowych w
tej metodzie jest zalecana wartość kryterium dławienia (autorytetu)
zaworu.
• Zalecana wartość jest to zakres wartości współczynnika autorytetu, dla
którego na podstawie badań ustalono dopuszczalny zakres wahań
współczynnika wzmocnienia, gwarantujący zadowalającą jakość
regulacji.
Metoda orientacyjnej wartości współczynnika
autorytetu (kryterium dławienia).
Wybór autorytetu zaworu
• Przy liniowej charakterystyce zaworu jako wielkość
orientacyjną przyjmuje się autorytet zaworu
a = 0,5 do 1.0
• Przy stałoprocentowej charakterystyce zaworu jako wielkość
orientacyjną przyjmuje się autorytet zaworu
a = 0,3 do 0,5 – H. Roos
a=0.2 do 0.8 - B. Zawada
a ≈ 0.5 lit. niemiecka
W przypadku węzłów ciepłowniczych najczęściej przyjmuje się
a ≈ 0.5 ?)
Przy wyborze autorytetu powinny być brane pod uwagę także:
koszt zaworu oraz koszty eksploatacyjne (koszt
pompowania).
Zasady doboru zaworów regulacyjnych
1. W praktyce w instalacjach ogrzewania należy preferować
zawory o charakterystyce stałoprocentowej.
2.
Z
przeprowadzonych
analiz
charakterystyk
stałoprocentowych wynika, że w celu osiągnięcia możliwie
dobrej jakości regulacji instalacji w zakresie najmniejszego
obciążenia należy wybrać możliwie duży stosunek
regulacji (≥25, 30 a najczęściej 50).
Obliczenie współczynnika przepływu Kvs
3. Podstawą do doboru średnicy nominalnej zaworu
regulacyjnego jest obliczenie współczynnika przepływu Kvs
VS
[m3/h]
K VS 
p Z100
gdzie:
V[m3/h]
– obliczeniowy strumień objętości wody,
Δpz100 [bar] – strata ciśnienia na zaworze regulacyjnym
całkowicie otwartym.
pz100
Dla założonej wartości współczynnika a 
pZ100  a  (pZ100  pS )
p Z100
a

 p S
1 a
pz100  ps
Spadek ciśnienia na dobieranym zaworze
regulacyjnym
Dla założonej wartości współczynnika autorytetu
pz100
a
pz100  ps
obliczamy
pZ100  a  (pZ100  pS )
p Z100
a

 p S
1 a
Spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym
• Minimalny spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym jako
Δp ≥ 0.1 bar ( np. wg. Simensa Δp ≥ 0.03) .
• W instalacjach parowych przy w obliczeniach Kv zaworów
regulacyjnych należy przyjmować
pZ100  0.4÷0.5 (P1-1) bar
P1- ciśnienie pary przed zaworem w [bar]
Dobór średnicy zaworu
4. Po obliczeniu współczynnika przepływu KVS z katalogu
zaworów dobieramy średnicę zaworu o wartości KVS
najbliższej mniejszej (jeżeli pozwala na to ∆pd) od
wyliczonej.
2
 Vs 
RZ



p

5. Sprawdzamy rzeczywistą wartość
Z 100
 KVS 
a następnie rzeczywistą wartość autorytetu zaworu a.
4. W katalogu sprawdzamy pozostałe parametry zaworu:
• dopuszczalne ciśnienie robocze (materiał zaworu),
• maksymalną dopuszczalną temp. czynnika grzejnego,
• charakterystykę
przepływową
(powinna
być
stałoprocentowa),
• zdolność regulacyjną (stosunek regulacji ≥ 25),
• rodzaj połączenia (gwintowe, kołnierzowe).
Rodzaj materiału, z jakiego musi być
wykonany korpus zaworu
•
•
•
•
Rodzaj materiału, z jakiego musi być wykonany korpus
zaworu zależy od dopuszczalnej temperatury i ciśnienia
przepływającego czynnika grzejnego.
Aktualnie na rynku znajdują się zawory wykonywane z
brązu,
żeliwa szarego oznaczone symbolem GG,
z żeliwa sferoidalnego oznaczone symbolem GGG
oraz ze staliwa oznaczone symbolem GS (oznaczenia
niemieckie).
Sprawdzenie zagrożenia zaworu kawitacją
• W przypadku nadmiernego spadku ciśnienia na zaworze
następuje gwałtowny wzrost prędkości w miejscu
największego przewężenia przekroju poprzecznego.
• Spadek ciśnienia powoduje miejscowe odparowanie cieczy,
która następnie skraplając się, z ogromną prędkością
uderza o ściankę zaworu powodując wypłukiwanie
powierzchni analogiczne do czyszczenia strumieniem
piasku.
• Zjawisku temu towarzyszy również duży wzrost poziomu
hałasu.
• Opisany wyżej proces znany jest pod nazwą kawitacji i jest
bardzo groźny w układach hydraulicznych.
Dopuszczalny spadek ciśnienia na zaworze
Dopuszczalny spadek ciśnienia na zaworze nie
może przekraczać dopuszczalnych wartości
określonych zależnością:
Δpv100 = Z (p1 – ps)
gdzie:
• p1 - ciśnienie przed zaworem,
• ps - ciśnienie nasycenia dla danej temperatury,
• Z - współczynnik o wartościach Z = 0,5÷0,8.
Skutki błędnego doboru zaworu
Jeżeli do wyboru są dwie różne
wartości
współczynników
przepływu
KVS,
to
w
wątpliwych wypadkach należy
decydować się zawsze na
wybór zaworu o mniejszym
współczynniku KVS.
Jeżeli (V/V100)* - rzeczywisty,
nominalny strumień objętości
jest mniejszy od założonego,
zmniejsza się zakres regulacji
i układ pracuje niestabilnie.
Skutki wahań różnicy ciśnienia
Δpmin-max
Skutki wahań różnicy ciśnienia
Skutki wahań różnicy ciśnienia
Wraz ze wzrostem przyłączeniowej różnicy ciśnienia z
Δpcałk min do Δpcałk max minimalny strumień objętości, możliwy
do stałoprocentowej regulacji, wzrasta od Vr do Vr* (patrz
rysunek).
W odniesieniu do wymaganego nominalnego strumienia
objętości Vs, następuje zawężenie dostępnego zakresu
regulacji (mały zakres pracy zaworu).
Oznacza to pogorszenie jakości regulacji (pogorszenie
dokładności nastawy zaworu).
W wypadku występowania dużych wahań różnicy ciśnienia
Δpcałk należy zamontować regulator różnicy ciśnienia i
przepływu, który pozwoliłby na utrzymanie różnicy ciśnienia
Δpcałk na stałym poziomie.
Skutki wahań różnicy ciśnienia
Dziękuję za uwagę !