Základní parametry a návrh regulačních ventilů

Transkript

1 Základní parametry a návrh regulačních ventilů DN, PN, Tmax., Kvs, Sv, Pv, Pvmax, Pmax, Ps 2. Definice DN, PN, T max. a netěsnosti 3. Hydraulické okruhy škrtící a rozdělovací okruh 4. Hydraulické okruhy směšovací a vstřikovací okruh Charakteristika ventilu H 100, H 0, p v100, p v0, K vs, K v, K v100, výpočet K vs Výpočet lineární a ekviprocentní charakteristiky ventilu Autorita ventilu P v a její výpočet 15. Regulační poměr S v Kavitace Výměník tepla charakteristiky, průběhy teplot, výpočet a hodnoty 21. Charakteristika systému okruh s výměníkem a s ventilem Definice max. dovolených tlakových diferencí p vmax., p max. a p s 24. Návrh a dimenzování ventilu 1

2 DN, PN, Tmax., netěsnost DN PN Tmax. je jmenovitá světlost, která udává vnitřní světlost vstupního a výstupního hrdla ventilu v mm. Ve většině případů mají regulační ventily stejnou nebo menší světlost než je světlost okolního potrubí (zejména při vyšším tlakovém spádu na ventilu). Potrubí by pak mělo být opatřeno před a za ventilem redukcemi a tyto redukce (místní ztráta) by měly být rovněž zohledněny v hydraulickém výpočtu sítě. je jmenovitý tlak, který udává tlakovou třídu armatury. Ve většině vytápěcích aplikací souhlasí s maximálním pracovním přetlakem armatury. Přesto je nutné zkontrolovat hodnotu dovoleného pracovního přetlaku neboť tato hodnota je závislá na pracovní teplotě média a materiálu, ze kterého je armatura vyrobena. Při vyšších teplotách média může tato hodnota klesnout až na zlomek původní PN. je maximální pracovní teplota média, při které může být armatura provozována. Tato teplota souvisí nejen s PN, ale je také omezena zejména typem ucpávky a použitým pohonem armatury. Netěsnost je určována jako hodnota maximální netěsnosti v uzavřeném stavu. Udává se v % jmenovitého průtokového součinitele Kvs. 2

3 Hydraulické okruhy Škrtící okruh Rozdělovací okruh Vhodný pro: Chladící registry vzduchotechniky Přípravu TUV Zónové ohřívače vzduchotechniky Fancoily Dálkové vytápění Radiátory Vhodný pro: Chladící registry vzduchotechniky Zónové ohřívače vzduchotechniky Fancoily Proměnlivý průtok Rozvody tepla Chladiče (vodní část) 3

4 Hydraulické okruhy (pokračování) Směšovací okruh Vhodný pro: Ohřívače vzduchotechniky Zónové ohřívače vzduchotechniky Rozvody tepla Vstřikovací okruh Vhodné pro: Ohřívače vzduchotechniky Zónové ohřívače vzduchotechniky Rozvody tepla Proměnlivý průtok 4

5 Charakteristika ventilu Základní definice H 100 [mm] je zdvih plně otevřeného ventilu H 0 [mm] je zdvih plně zavřeného ventilu (0 mm) H/H 100 je zdvih ventilu H v poměru k maximálnímu zdvihu ventilu H 100 p v100 je tlaková ztráta na plně otevřeném ventilu p v0 je tlaková ztráta na plně zavřeném ventilu p v0 Delta p 5

6 Charakteristika ventilu Základní definice (pokračování) K vs [m 3 /h] je jmenovitý průtok vody ( C) tekoucí plně otevřeným ventilem (H 100 ) při tlakové ztrátě (delta p) 1 bar (100kPa) K v [m 3 /h] je jmenovitý průtok vody ( C) tekoucí ventilem při daném zdvihu (H 0...H 100 ) při tlakové ztrátě 1 bar (100 kpa) K v100 [m 3 /h] je skutečný průtok vody ( C) tekoucí plně otevřeným ventilem (H 100 ) při tlakové ztrátě 1 bar (100kPa) -> může kolísat o +/- 10% ve srovnání s hodnotou K vs K v /K v100 je poměrný průtok při určitém zdvihu kuželky ventilu Pro označení typu ventilu (konstrukční série) se udává hodnota K vs, která představuje hodnotu průtokového součinitele sériově vyráběné regulační armatury při jejím plném otevření. Správné určení jmenovitého průtokového součinitele K vs (nepředimenzování) je pro dobrou funkci ventilu mnohem podstatnější než ideální tvar jeho průtočné charakteristiky. Hodnota k vs se určuje při typové zkoušce armatury a normou je určena maximální dovolená odchylka součinitele K v100 při plném otevření jednotlivých armatur daného typu od této hodnoty, která nesmí přesáhnout 10% jmenovité hodnoty průtokového součinitele. 6

7 Charakteristika ventilu Základní definice (pokračování) Lineární nebo ekviprocentní průtočná charakteristika udává funkční závislost okamžitého průtokového součinitele na poloze uzávěru regulační armatury. k v je objemový průtok vody za definovaných podmínek při daném zdvihu lineární ekviprocentní k v100 může kolísat o +/-10% od hodnoty kvs

8 Charakteristika ventilu (pokračování) Výpočet jmenovitého průtokového součinitele Kvs p v100 [kpa] k vs 0.6 k vs [m³/h] p v100 [kpa] V 100 [m³/h] k vs 1.6 V 100 [m 3 /h] V p 100 v100 pv = kvs V = 100 kvs k vs = V 100 pv

9 Lineární charakteristika ventilu Výpočet lineární charakteristiky ventilu lineární ekviprocentní -> Pokud zvětšíme poměrný zdvih ventilu o 1%, tak se poměrný průtokový součinitel k v /k vs zvýší rovněž o 1% 9

10 Ekviprocentní charakteristika ventilu Výpočet ekviprocentní charakteristiky ventilu lineární ekviprocentní -> Pokud zvětšíme poměrný zdvih ventilu o 1%, tak se poměrný průtokový součinitel k v /k vs zvýší o 3,2% 10

11 Autorita ventilu Pv Autorita (P v ) ventilu s ekviprocentní charakteristikou s lineární charakteristikou Změna dispozičního tlaku na ventilu způsobuje deformaci průtočné charakteristiky ventilu, avšak správnější je mluvit o průtočné charakteristice soustavy. 11

12 Autorita ventilu (pokračování) s ekviprocentní charakteristikou Autorita P v ventilu s lineární charakteristikou V/V 100 V/V 100 Pv < 1 Pv < 1 Pv = 1 H/H 100 H/H 100 Čím je autorita ventilu menší, tím větší je deformace průtokové charakteristiky ventilu 12

13 Výpočet autority ventilu P v P Přímý ventil v = p p v100 v0 P Trojcestný ventil v = p ( p + p ) v100 v100 Pro dobrou regulaci průtočného množství postačuje autorita ventilu o hodnotě 0,3 až 0,5. Čím více se autorita ventilu blíží 1, tím více se průtočná charakteristika soustavy podobá ideální charakteristice ventilu. p v0 mv P mv = tlaková ztráta v okruhu s proměnlivým průtokem, který je regulován ventilem = okruh s proměnlivým průtokem 13

14 Výpočet autority ventilu (pokračování) Zvýšení autority ventilu znamená při daných dimenzích potrubní sítě zvýšení hydraulického odporu a snížení k vs hodnoty. Se zmenšující se hodnotou k vs se zvyšuje tlaková ztráta ventilu. S rostoucí autoritou ventilu se sice zlepšuje regulovatelnost zařízení, ale zároveň se zvyšuje příkon čerpadla. Charakteristika čerpadla 14

15 Charakteristika ventilu Regulační poměr Sv K vr je nejmenší hodnota k v, při které je ještě dodržena dovolená odchylka od strmosti charakteristiky ventilu (lineární nebo ekviprocentní) K vo je průsečíkem matematicky vypočtené charakteristiky (lineární nebo ekviprocentní) a vertikální souřadnicové osy S v je regulační poměr ventilu a vyjadřuje největší průtokový součinitel ve vztahu k nejmenšímu regulovatelnému průtoku Sv = k k vs vr Čím je Sv vyšší, tím je ventil lepší Ventily ovládané elektrickými nebo hydraulickými pohony mají regulační poměr Sv =

16 Kavitace (1) Kavitace je jev, kdy v kapalině rázově vznikají a zanikají parní bublinky, které se u regulačních ventilů objevují při škrcení vlivem místního poklesu tlaku. Tento stav výrazně snižuje životnost exponovaných součástí (kuželky a sedla) a je provázen hlukem a vibracemi. U regulačních ventilů s jednostupňovou regulací se kavitace může rozvinout v případě, je-li splněna následující podmínka : (p 1 p 2 ) > 0,6 (p 1 p s ) kde p 1 je vstupní přetlak (MPa) p 2 je tlak za ventilem (MPa) p s je tlak sytých par média při konkrétní teplotě (MPa) Faktory, které zvyšují riziko vzniku kavitace jsou: 1) nízký tlak p1 před ventilem 2) velká tlaková ztráta na ventilu 3) vysoká teplota média 16

17 Kavitace (2) Graf závislosti dp max na téměř uzavřeném ventilu na vstupním přetlaku p 1 pro různé teploty média Vzniku kavitace můžeme zabránit tím, že nebude překročena hodnota dp max v závislosti na přetlaku p 1 podle diagramu. 17

18 Výměník tepla Charakteristiky Q/Q 100 a < 1 a = 1 Aplikace hodnota a Předehřívač 0,3...0,5 Ohřívač 0,15..0,3..0,5 Chladící had 0,4..0,8 Výměník tepla 0,5...1,0 1) "Regulace průtoku" přibližně 1,0 V/V 100 1) V závislosti na konstrukci a hydraulickém okruhu Čím menší hodnota a je, tím více energie se předává menšími objemovými průtoky 18

19 Výměník tepla Charakteristiky průběhů teplot 19

20 Výměník tepla Výpočet charakteristiky -> hodnoty a a = S - R a 0.6 x S - R S - T konstant. S T konstant. S : Přívodní teplota R : Zpáteční teplota T konst. Předehřívač/chladič Tout Přihřívač/chladič Tin 20

21 Charakteristika systému Okruh s výměníkem tepla a s ventilem Hodnota a výměníku je dána, ale volba správného ventilu je na uživateli Pro dobrou regulaci je důležité, aby se výsledná regulační křivka v celém regulačním pásmu pokud možno co nejvíce blížila přímce. Důvodem je to, aby stejné změny výkonu byly dosahovány pokud možno stejnými změnami zdvihu regulační armatury kdekoli v celém rozsahu zdvihu, což významně přispívá ke stabilitě regulace. 21

22 Definice p vmax, p max a p s p vmax p max p s je maximální dovolená tlaková diference na regulační části plně otevřeného ventilu. Je to dynamická hodnota, na kterou byl ventil navržen a je určena konstrukcí ventilu, volbou materiálu těla ventilu, sedla, kuželky, vřetene a ucpávky. Použití silnějšího pohonu neznamená, že tato hodnota může být vyšší. je maximální dovolená tlaková diference na regulační části ventilu s pohonem pro celý rozsah zdvihu. Její hodnota nemůže být nikdy vyšší než p vmax pro samotný ventil, ale může být nižší z důvodu omezené síly pohonu. Ventily s krátkým zdvihem mají hodnoty p vmax a p max stejné. je maximální dovolená tlaková diference, při které ventil s pohonem ještě bezpečně zavírá. Její hodnota je určena zavírací silou pohonu nebo silou zpětné pružiny ventilu. 22

23 Definice dp vmax, dp max,dp s dp dp S dp V max V&A V&A V&A V&A DN dp max DN15 DN25 DN32 DN50 dp max je minimální hodnota z dp S a dp Vmax 23

24 Návrh a dimenzování ventilu 1. Zjištění údajů o procesu - typ a vlastnosti média, údaje o potrubí - požadované průtočné parametry a charakteristiky 2. Volba materiálu, PN, typu ucpávky, kuželky, typu pohonu 3. Návrh regulačních vlastností a volba průtočné charakteristiky - základní provozní stavy zařízení Qmin, Qjm, Qmax. -určení dispozičního tlaku p na regulačním ventilu pro každý provozní stav pv = pzdroj - pcelk -výpočet Kv pro každý provozní stav - volba Kvs na základě mnoha kriterií - garance Qmax (Kvs = (1,2-1,25) Kvmax.) - často dochází k předimenzování otopných soustav (volíme Kvs nejbližší nižší od Kvmax) - kontrola regulačního rozsahu Kvs/Kvmin - pokud je vetší než regulační rozsah navrženého ventilu, mohou vzniknout problémy při regulaci malých množství je třeba zvýšit autoritu ventilu (zvýšit tlak zdroje, snížit hydraulické ztráty) nebo použít ventil s vyšším regulačním poměrem nebo řešit regulaci minimálního množství menším, paralelně k hlavnímu ventilu připojeným ventilem 24