Rok założenia 1987

projektowanie



techniczne



produkcja kompletacja

 

doradztwo sprzedaż



serwis armatury i urządzeń do instalacji komunalnych oraz przemysłowych

PIERŚCIENIOWO-TŁOKOWE ZAWORY REGULACYJNE typu

Y1

Tłok przemieszcza się wewnątrz wymiennych, odpowiednio perforowanych tulei cylindrycznych, które umożliwiają: ● kontrolę ciśnienia oraz natężenia przepływu, ● dostosowanie charakterystyki regulacyjnej zaworu do wymagań projektowych, ● ograniczenie do minimum negatywnych skutków kawitacji.

ZAWORY REGULACYJNE

Funkcj a

Pierścieniowo-tłokowe zawory regulacyjne charakteryzują się wysoką efektywnością w zakresie ekstremalnie wysokich prędkości i natężenia przepływu. Medium przetłaczane jest przez pierścień w kształcie tunelu, który został optymalnie dobrany do przepływu o wysokim natężeniu. Przemieszczanie tłoka za pomocą wahacza i popychacza wzdłuż osi zaworu powoduje dławienie lub w skrajnym położeniu odcięcie przepływu, co pozwala uzyskać odpowiednio funkcję regulacyjną bądź zaporową.

ZAWORY REGULACYJNE

Przykłady zastosowania

Gdzie można wykorzystać zawory pierścieniowo tłokowe ?

● jako zawory odcinające i regulacyjne dla wysokich natężeń przepływu, ● do redukcji ciśnienia, ● w charakterze zaworów pompowych, ● na spustach tam oraz wypływie ze zbiorników, ● jako zawory regulujące dopływ na wlocie do zbiorników, ● dla zabezpieczenia rurociągu przed skutkami rozerwania.

Typowe obszary zastosowania:

● elektrownie i elektrociepłownie, ● przepompownie, ● stacje uzdatniania wody, ● w instalacjach, gdzie występują przepływy ze znaczną różnicą ciśnień.

KAWITACJA

Aspekty fizyczne

.

Kawitacja jest zjawiskiem fizycznym, które może wystąpić podczas przepływu wskutek gwałtownego odparowania cieczy pod wpływem spadku ciśnienia.

W fazie przejściowej między cieczą i stanem pary zachodzą procesy, które powodują lokalnie nagłe zmiany ciśnienia, a towarzyszące im uderzenia hydrauliczne wywołują erozję, mogącą zniszczyć niemal dowolny materiał.

Proces kawitacji przebiega w dwóch etapach

: Etap 1: Etap 2: przemiana ze stanu

cieczy

w stan

pary,

zmiana powrotna ze stanu

pary

w

ciecz.

ciecz  para  ciecz

Kawitacja powstaje m.in. podczas dławienia przepływu cieczy w trakcie zamykania lub otwierania zaworów. Zamykając zawór redukujemy jego powierzchnię przekroju, powodując zwiększone - a przy małym prześwicie skrajnie wysokie prędkości przepływu medium.

Zgodnie z zasadą zachowania energii, jeśli ciecz gwałtownie zwiększa prędkość przepływu, jego ciśnienie statyczne musi zmaleć. Ciecz paruje, gdy jej energia nie wystarcza do utrzymania molekuł w skupieniu.

Molekuły oddalają się od siebie i następuje przemiana fazowa cieczy w parę.

Wynika z tego, że w przewężonym przekroju zaworu - jest to punkt największej prędkości i największego dławienia – może nastąpić redukcja ciśnienia poniżej ciśnienia pary. Ponieważ temperatura wrzenia cieczy zależna jest od ciśnienia, w sprzyjających warunkach ciecz zaczyna wrzeć w temperaturze otoczenia, powodując powstawanie pęcherzyków gazu.

Po przejściu tego punktu ciśnienie zaczyna ponownie rosnąć, prędkość przepływu medium spada, a pęcherzyki pary ulegają deformacji pod wpływem rosnącego ciśnienia zewnętrznego i na koniec implodują.

Niekontrolowane powstawanie pęcherzyków pary w strumieniu cieczy na skutek spadku ciśnienia określa się mianem kawitacji.

Rejon objęty kawitacją jest obszarem burzliwego (turbulentnego) przepływu cieczy.

ZAWORY REGULACYJNE

Jak powstaje kawitacja?

Warunki, następuje skupienia przy zmiana cieczy w których stanu parę charakteryzuje ciśnienia parowania.

krzywa W normalnych warunkach ciśnienia atmosferycznego 0,1MPa (1bar) - woda paruje w temperaturze 100  C.

W przypadku spadku ciśnienia poniżej tego ciśnienia proces parowania wody rozpoczyna niższych się już przy temperaturach.

Zależności te obrazuje charakterystyka parowania.

Przykładowo na krzywej ciśnienia parowania można odczytać, że przy ciśnieniu 0,02 bara woda paruje temperaturze 18  C .

już w

ZAWORY REGULACYJNE

Dlaczego woda gotuje się w temperaturze otoczenia?

krzywa ciśnienia parowania wody

10.00

ciecz

1.00

0.10

0.01

0

para

20 40 60 80

temperatura [ °C]

100 120

ZAWORY REGULACYJNE

Implozja pęcherzyków pary

Pęcherzyki pary przemieszczając się w strumieniu cieczy ulegają gwałtownemu zanikowi pod wpływem wystąpienia

zjawiska implozji

. W przeciwieństwie do eksplozji, zjawisko to polega na „zapadaniu się” lub „zgniataniu” bańki pary, pod wpływem ciśnienia zewnętrznego. Gwałtowna destrukcja –„wybuch do wewnątrz” wywołany jest nagłym wyrównaniem ciśnienia w zamkniętej przestrzeni do ciśnienia otoczenia.

Kierunek przepływu

Pęcherzyki pary w środku rurociągu typowy stan dla prawidłowo dobranego zaworu regulacyjnego Całkowicie rozwinięty pęcherzyk pary Pęcherzyki pary przy ścianie rurociągu – występują przy zasuwach, przepustnicach i zaworach kulowych

Kierunek przepływu

Spłaszczanie i wgniatanie

Implozja Mikrostrumień

Implozji pęcherzyków pary towarzyszy przemiana fazowa Woda pary w gazu w ciecz.

otaczająca „bańkę” ułamku sekundy ulega kierunku przyspieszeniu do w wewnątrz pęcherzyka, wypełniając zanikającą przestrzeń.

W wyniku powstaje mikrostrumień, który uderza w ściankę zaworu tego procesu (urządzenia) lub rury z bardzo dużą prędkością - V > 1000 m/s (3.600 km/h). Wytwarzane przez mikrostrumień szczytowe wartości ciśnienia, wynoszące do 10.000 bar, powodują na poziomie molekularnym erozję materiału.

ZAWORY REGULACYJNE

Implozja pęcherzyków pary

ZAWORY REGULACYJNE

Skutki kawitacji. Typowe uszkodzenia

Uszkodzenia wewnętrznych powierzchni przepustnicy, pozostającej w eksploatacji przez okres 3 miesięcy obrazują skutki występowania kawitacji !!!

Warunki pracy instalacji: • medium: woda; temp. T = 20 • ciśnienie za zaworem: 4 bary 0 C • ciśnienie przed zaworem: 10 bar • natężenie przepływu Q - ok. 3.000 m 3 /h • średnica nominalna zaworu – DN 400 • prędkość przepływu: 6 m/s • czas zamykania zaworu: 180 sekund

ANALIZA:

Instalacja jest zasilana za pomocą jednej pompy o zbyt dużej wydajności, co powoduje wysokie prędkości przepływu. Przepustnica kilka razy dziennie jest zamykana. Oznacza to, że przez długi czas, szczególnie podczas rozruchu, zawór pracuje w położeniu dławienia. Stan ten powoduje bardzo dużą kawitację i w konsekwencji w krótkim okresie silną erozję.

ZAWORY REGULACYJNE

Zły dobór armatury

W opisanych warunkach przepływu współczynnik Sigma osiąga wielkość poniżej wartości krytycznej.

Erozja jest następstwem niewłaściwego wyboru typu armatury.

BV

ZAWORY REGULACYJNE

Poprawny dobór armatury

Zastosowanie zaworu samej pierścieniowo-tłokowego S+S typu Y1 tej średnicy DN400 dla identycznych warunków pracy sprawia, że współczynnik Sigma osiąga wartość powyżej krzywej granicznej.

W tym przypadku zjawisko kawitacji nie występuje.

ZAWORY REGULACYJNE

Warunki sprzyjające kawitacji

Jakie czynniki mają zasadniczy wpływ na powstawanie kawitacji:

• duża różnica ciśnień

Δp = p 1

• niskie ciśnienie wtórne

p 2

• wysoka prędkość przepływu

– p 2

za zaworem :

Przykład zastosowania przepustnicy DN 400, przy natężeniu przepływu 2.000 m 3 /h.

p1 = 30 bar / p2 = 20 bar ->

Δp

p1 = 20 bar / p2 = 10 bar ->

Δp

p1 = 10 bar / p2 = 0,1 bar ->

Δp

= 10 bar - brak kawitacji = 10 bar - brak kawitacji = 9,9 bar - silna kawitacja

Im niższe ciśnienie wtórne za zaworem, tym większe zagrożenie kawitacją !

ZAWORY REGULACYJNE

Jak można uniknąć kawitacji

Zalecenia projektowe

: Kawitacja jest zjawiskiem fizycznym, warunkach pracy.

Stąd projektując instalację należy - na ile to możliwe – unikać takich parametrów oraz rozwiązań technicznych, które grożą wystąpieniem kawitacji.

Jednym z najważniejszych kroków, które mogą zapewnić niezawodność instalacji jest jej które występuje w określonych wyposażenie w odpowiednią armaturę.

Przy doborze armatury mają zastosowanie następujące zasady: ● zasuwy i przepustnice należy stosować jako armaturę zaporową, która pracuje w pozycji całkowicie otwartej lub zamkniętej, ● zastosowanie zaworów pierścieniowo-tłokowych jako typowych zaworów regulacyjnych, wymaga doboru ich wyposażenia odpowiednio do warunków pracy np. dotyczy to użycia pierścieni łopatkowych, szczelinowych lub perforowanych, ● przy występowaniu ekstremalnych warunków pracy, których nie można kontrolować nawet przy pomocy specjalnych zaworów regulacyjnych,

dławienie

musi odbywać się

stopniowo,

np.

stosując kanał odciążający lub poprzez

dopuszczenie powietrza do obszaru dławienia.

ZAWORY REGULACYJNE

Projektowanie zaworów pierścieniowo-tłokowych. DANE WYJŚCIOWE

Zastosowanie zaworów pierścieniowo-tłokowych wymaga analizy warunków pracy oraz określenia funkcji jakie mają do spełnienia w instalacji.

W związku z powyższym niezbędne jest określenie danych charakteryzujących przepływ medium: • natężenie przepływu: • ciśnienie przed zaworem: • ciśnienie za zaworem:

Q p 1 p 2

[m 3 /h] [bar] [bar] Powyższe wielkości należy odnieść dla: maksymalnego

Q max

/ normalnego

Q

/ minimalnego

Q min

przepływu.

p1 p2

ZAWORY REGULACYJNE

Projektowanie zaworów pierścieniowo-tłokowych. DANE WYJŚCIOWE

Jaki jest cel stosowania zaworu ?

•

kontrola przepływu i kawitacji w warunkach dużego natężenia przepływu,

najczęściej z wykorzystaniem przekładni mechanicznej oraz napędu elektrycznego

,

•

funkcja regulacyjna w przypadku dużych wahań natężenia przepływu w połączeniu z dużymi różnicami ciśnienia,

zastosowanie modulujących urządzeń rozruchowych, pozycjonerów itp

.,

•

funkcja redukcji ciśnienia

dobór odpowiednich tulei cylindrycznych,

•

ograniczenie kawitacji w kombinacji zmiennych parametrów pracy

PROJEKTOWANIE ZAWORÓW PIERŚCIENIOWO-TŁOKOWYCH

Rozwiązania dla dużego natężenia przepływu

Zawory pierścieniowo-tłokowe znajdują zastosowanie dla

wysokich natężeń strumienia medium,

przy dopuszczalnej W przypadku prędkości przepływu ponad 10 m/s.

dławienia, spustów, tam, urządzeń na wylocie do zbiorników itp. stosuje się ostre krawędzie z nagłym powiększeniem średnicy na wylocie.

W zamkniętych układach rurowych występująca kawitacja nie stanowi w zagrożenia. Pęcherzyki pary będą implodowały środku rury, gdzie nie mogą uszkodzić ani zaworu, ani rury.

W takich przypadkach za zaworem należy pozostawić prosty odcinek swobodnego przepływu długości od 3 do 5 x średnica rurociągu (DN). Podobnie niedopuszczalny jest montaż kolana bezpośrednio za zaworem.

PROJEKTOWANIE ZAWORÓW PIERŚCIENIOWO-TŁOKOWYCH

Kontrola kawitacji przy dużej różnicy ciśnień

Dla wysokich natężeń przepływu, przy dużej różnicy ciśnień i równocześnie wystarczająco wysokim ciśnieniu zredukowanym [

p 2

] stosuje się

cylindry szczelinowe

, które zmniejszają kawitację bezpośrednio w cylindrze.

Ciśnienie będzie redukowane stopniowo, poprzez każdą szczelinę.

Natężenie przepływu można dostosować do wymagań pracy instalacji:

• • •

używając większej lub mniejszej liczby szczelin, stosując różne wielkości szczelin, dobierając odpowiedni kształt otworów.

Wadą tego rozwiązania jest ograniczenie maksymalnego natężenia przepływu.

Zaletą - nieomal liniowa charakterystyka, dostosowana do projektowanych warunków pracy.

PROJEKTOWANIE ZAWORÓW PIERŚCIENIOWO-TŁOKOWYCH Kontrola kawitacji przy dużej różnicy ciśnień

W przypadku gdy a natężenie przepływu ma mniejsze znaczenie, głównym celem są: •

redukcja ciśnienia

•

uniknięcie kawitacji

używane są

cylindry perforowane

, kawitację bezpośrednio w cylindrze.

Dzięki różnorodności perforacji ekstremalnego zmniejszenia kawitacji.

Ciśnienie jest redukowane stopniowo.

które także redukują istnieje możliwość Im więcej otworów i im są one mniejsze • tym bardziej zmniejsza się natężenie przepływu, • tym większy jest spadek ciśnienia, • tym większa jest redukcja kawitacji.

PROJEKTOWANIE ZAWORÓW PIERŚCIENIOWO-TŁOKOWYCH

Dobór zakresu pracy

Dobór wielkości i typu zaworu regulacyjnego poza kontrolą przepływu, redukcją ciśnienia i kontrolą kawitacji zależny jest od zakresu pracy, szczególnie w przypadkach, gdy jest on wyposażony w napęd regulacyjny oraz pozycjoner 4...20 mA.

Przekazane ze sterowni sygnały mogą uszkodzić zawór, gdy zakres jego pracy jest niewłaściwie dobrany lub tolerancja nastawy jest zbyt mała. Napęd wykonuje ruchy w kierunku otwierania i zamykania, bez zacznie możliwości osiągnięcia wyznaczonego położenia. Może to spowodować, że zawór wpadać w drgania.

Typowe zawory regulacyjne z ostrymi krawędziami przy wysokim natężeniu przepływu i wysokim stopniu redukcji cechuje ograniczona możliwość doboru zakresu pracy. Główna redukcja ciśnienia występuje najczęściej przy stopniu otwarcia poniżej 20%. W praktyce oznacza to, że napęd będzie oscylował w zakresie otwarcia pomiędzy 0 - 20%. W takich warunkach zarówno skrzynia przekładniowa, napęd elektryczny, jak i sam zawór ulegają bardzo znacznemu zużyciu.

Regulacyjny zawór pierścieniowo-tłokowy z cylindrem szczelinowym posiada mniejsze natężenie przepływu, lecz doskonałą możliwość doboru zakresu pracy.

W przypadku, gdy dla wybranego zaworu zwiększyć jego średnicę. Pozwoli to optymalnie dobrać zakres pracy do wymaganego natężenia przepływu.

natężenie przepływu jest niewystarczające, musimy W zależności od potrzeb można stosować cylindry, które posiadają szczeliny o kształcie nieliniowym.

ZAKRES PRACY ZAWORU

Q max

Ograniczona możliwość doboru zakresu pracy zaworu.

Q max 20 % Stopień otwarcia zaworu 100 % 55% Stopień otwarcia zaworu 100 %

Duży zakres możliwości doboru paramterów pracy zaworu.

ZAKRES PRACY ZAWORU

Ograniczone możliwości doboru zakresu pracy oraz dopuszczalnych odchyleń od założonych wartości powodują, że występują problemy z ustaleniem wymaganej pozycji i zadanej wartości natężenia przepływu. W sytuacji kiedy małe zmiany pozycji zaworu powodują znaczne wahania natężenia przepływu lub redukcji ciśnienia, napęd zaworu będzie ciągle otrzymywał sygnał zmiany położenia. Ciągłe ruchy powodują, że zawór wpada w drgania.

Sygnał wyjściowy z napędu 4..20 mA Sygnał wejściowy 4…20 mA do pozycjonera / napędu Nastawione natężenie przepływu / o.k?

tak nie stop

ZAKRES PRACY ZAWORU