Виды, устройство, отличия и монтаж регулирующего клапана своими руками

Что делать если поставщик убеждает приобрести дорогостоящие регулирующие клапаны, при этом скрывает их виды и характеристики. В этой статье мы кратко рассмотрим виды и характеристики регулирующей арматуры. Стоит заметить что на рынке представлено огромное количество моделей разных производителей, поэтому даже если у Вас большой опыт эксплуатации трубопроводных систем, выбор конкретного оборудования лучше доверить специалистам имеющим большой опыт установок. Наши специалисты выполнят подбор оборудования для инженерных узлов с сохранением рабочих параметров и стабильной работы после установки! Рассмотрим подробнее какие регулирующие клапана бывают.

Что это такое и для чего он нужен?

Регулировочный клапан является одним из видов регулирующей арматуры, основная функция которого, как можно догадаться по названию, содержится в регулировании движения содержимого в трубопроводе. Делается это путем изменения давления и расхода среды, поступающей через пропускное отверстие арматуры.

Наряду с ним используют запорно-регулирующий клапан, обладающий не только функцией автоматически менять режим расхода, но и способный полностью останавливать циркуляцию потока.

Функции регулирующей и запорной арматуры объединены в запорно-регулирующем клапане.

Строительная компания ООО «СТМ»

В качестве одной из единиц трубопроводной арматуры систем отопления и водоснабжения применяется регулирующий клапан. Принцип его работы мало отличается от вентилей и кранов, так как он служит для регулирования потока среды-теплоносителя. В подавляющем большинстве случаев – это вода. Управление её потоком при помощи клапана сводится к регулированию давления и расхода. Чаще всего для горячей воды используется стальная запорная и регулирующая арматура, хотя встречается и металлопластиковая.

Как правило, для ручной регулировки используются именно запорно-регулирующие клапаны, способные перекрыть поток не только частично, но и полностью. В остальных же случаях нашли применение автоматические клапаны, имеющие различные виды приводов:

• электромагнитные;
• электрические;
• гидравлические;
• пневматические.

Виды приводов, работающих от электрической энергии, применяются чаще, так как для них не нужно прокладывать специальные магистрали и устанавливать компрессорное оборудование.

Как крепятся регулирующие клапаны

Для установки в трубопровод регулирующей арматуры используют всевозможные способы крепления, способные обеспечить высокую герметичность соединения при заданном давлении жидкости. Так могут быть использован штуцерный метод, но там, где речь идёт о высоких давлениях, чаще применяют фланцевый, муфтовый или сварной методы, а также – цапковое соединение, при котором арматура ввинчивается непосредственно в тело аппарата, сопряжённого с трубопроводом.

Сварной метод применяется исключительно для стальных регулирующих клапанов.

Деление клапанов по направлению потока

Конфигурация и количество патрубков клапана отличается в зависимости от того, как он должен проводить поток воды. Для прямого — используется обычный проходной клапан. Если нужно повернуть поток под прямым углом, то применяется угловой регулирующий клапан, а если нужно смешать два потока, то ставится трёхходовой вид данной арматуры. Сантехники называют такие клапаны смесителями, так как у этой арматуры есть два входа и один выход.

Конструктивное исполнение клапанов

Регулирующая арматура может быть реализована по-разному. Существует несколько видов конструктивного исполнения клапанов:

• мембранные;
• клеточные;
• плунжерные.

Плунжерные краны делятся на одно- и двухседельные. Первые применяются при небольших сечениях трубопровода, вторые – при значительных его просветах. В первой ситуации не имеет значения, уравновешен плунжер или нет. Во втором случае предпочтительнее использовать уравновешенные плунжеры, что обеспечивает двухседельная конструкция крана.

Там, где нужно добиться бесшумности работы крана, применяют клеточную конструкцию, состоящую в том, что регулирующий элемент исполнен в виде цилиндра с полостью. Этот цилиндр передвигается внутри клетки, имеющей перфорацию, тем самым регулируя силу потока жидкости.

Мембранные краны используются там, где нужна полная автоматика регулирования потока. Часто конструкция таких клапанов имеет обратную связь, при помощи которой можно регулировать поток воды, не используя сторонних приводов. Такой тип арматуры удобно использовать там, где можно единожды выставить требуемое значение давления на участке. Клапан будет его поддерживать без вмешательства извне.

Управление и технические характеристики

На смену ручному в настоящее время пришли современные способы управления регулировочной арматурой, основанные на применении различного типа приводов, комбинации датчиков, улавливающих малейшие изменения в состоянии трубопроводного содержимого.

Согласно назначению и условиям использования, применяются следующие типы управления:

• гидравлические;
• электрические;
• электромагнитные.
• пневматические.

клапана являются:

• пропускная способность в Kv;
• диаметр DN;
• номинал условного давления;
• рабочая температура.

Указанные характеристики можно узнать из технической документации, прикладываемой производителями к изделию. Особенности, присущие этому виду регулировочной арматуры – быстрая реакция на перемены характеристик среды, надежная герметичность.

Тип подключения

По видам подключения к трубам сетей регулирующие клапаны бывают:

1. сварными;
2. фланцевыми;
3. штуцерными
4. муфтовыми;
5. цапковыми.

Сварная арматура (под приварку) выпускается только в стальном корпусе. Данный тип присоединения является самым надежным, но имеет высокую цену исполнения, ограничен в ремонтопригодности. Используется в промышленных сетях.

Фланцевые изделия нашли самое широкое применение во всех крупных магистралях с различной средой. В бытовых коммуникациях регулирующую арматуру подключают через резьбовые соединения на муфтах.

Устройство

Рассмотрим на примере регулировочного фланцевого односедельного клапана устройство этого вида арматуры.

Аппарат состоит из литого корпуса B, в котором размещается проходное отверстие, называемое седлом V. В него опускается плунжер T, зафиксированный на перемещающемся вверх-вниз штоке S. К корпусу приварены фланцы F, через которые осуществляется соединение агрегата с трубопроводом. Уплотнительный узел P служит для герметизации всего устройства.

Принцип работы

Суть работы регулировочного клапана заключается в перемещении плунжера или другого вида затвора под напором двигающейся среды. Когда запорный элемент перекрывает часть пропускного отверстия, расход жидкости или газа, проходящего через клапан, уменьшается. Полное закрытие клапана приводит к перекрытию потока и падению давления в системе до нуля.

По принципу действия регулирующие устройства делятся на перекрывающие, смешивающие или разделяющие поток рабочей среды. К перекрывающим относятся двухходовые, к смешивающим трёх- и четырёхходовые клапаны.

Устройство и принцип действия [ править | править код ]

На поясняющем рисунке справа изображен простейший проходной односедёльный регулирующий клапан в разрезе. Где:

• B
  — корпус арматуры;
• F
  — фланец для присоединения арматуры к трубопроводу.
• P
  — узел уплотнения, обеспечивающий герметичность арматуры по отношению к внешней среде;
• S
  — шток арматуры, передающий поступательноеусилие от механизированного или ручного привода
  затвору
  , состоящему из
  плунжера
  и
  седла
  ;
• T
  —
  плунжер
  , своим профилем определяет характеристику регулирования арматуры;
• V
  —
  седло
  арматуры, элемент, обеспечивающий посадку
  плунжера
  в крайнем закрытом положении.

Усилие от привода с помощью штока передается на затвор, состоящий из плунжера и седла. Плунжер перекрывает часть проходного сечения, что приводит к уменьшению расхода через клапан. Согласно закону Бернулли при этом увеличивается скорость потока среды, а статическое давление в трубе падает. При полном закрытии плунжер садится в седло, поток перекрывается, и, если затвор будет полностью герметичен, давление после клапана будет равно нулю [1] .

Виды и конструкции

В зависимости от функций по изменению направления потока, рассматриваемые нами устройства, бывают:

• проходными, не меняющими направление среды; проходные клапаны выставляются на участках трубопроводов без изгибов;
• угловыми, смещающими среду на прямой угол;
• смесительными, смешивающие два вида потоков с разными состояниями в один.

По своим конструктивным особенностям регулирующие затворы бывают:

• седельного;
• клеточного;
• мембранного;
• золотникового видов.

Отличия

В седельных устройствах запорный элемент выполняется в виде стержневого, тарельчатого либо игольчатого плунжера. В трубах малого сечения устанавливают односедельную арматуру, в сети с диаметром до 300 мм и давлением до 6,5 Мпа – двухседельную, обладающую лучшей герметичностью и более уравновешенным плунжером.

Особенностью конструкций клеточного типа является их затвор, выполненный в форме цилиндрического поршня, размещенного в клетке. Такая конструкция снижает шум и вибрацию при включенной арматуре.

Отличием мембранной арматуры являются ограничения в способах управления: ее устройства оснащены только пневмо- или гидроприводами. Мембрана служит в них затвором.

В золотниковых клапанах уровень расхода регулируется поворотом вентиля, то есть золотника, в результате чего пропускное отверстие частично открывается или закрывается. Механизм действия данной арматуры во многом схож с работой обыкновенного шарового крана.

Разновидности регулирующей клапанов

В зависимости от конструкции регулирующих органов, арматура разделяется на:

• седельную;
• клеточную;
• мембранную;
• золотниковую.

Седельный клапан, в свою очередь, может иметь 1 либо 2 седла. Односедельная арматура имеет одно пропускное отверстия, такие конструкции устанавливаются на трубопроводы малых диаметров (до 150 мм). 2-ух седельный клапан имеет преимущество в плане уравновешенного плунжера, он может эксплуатироваться в системах с давлением до 6.5 МПа и диаметром до 300 мм. Запорный плунжер может выполняться в стержневой, тарельчатой либо игольчатой конфигурации.

Схема конструкции клеточного клапана

В арматуре клеточного типа затвор имеет форму полого цилиндра, перемещающегося внутри отверстия – клетки, которая одновременно выступает в качестве направляющего устройства и пропускного узла. Сам цилиндр обладает радиальной перфорацией, за счет которой выполняется регулировка давления в трубопроводе. Особенности конструкции клеточной арматуры обеспечивают минимальный уровень шума и вибрации при работе клапана.

В отличие от седельных и клеточных клапанов, которые могут комплектоваться ручным приводом, мембранная арматура выпускается исключительно с пневматическими либо гидро-приводами. Затвором в ней служит эластичная резиновая мембрана (реже – мембрана из фторопласта). Привод может быть вынесенным либо встроенным.

Поскольку гибкость мембраны может ставать причиной погрешностей в регулировке давления, клапан комплектуется дополнительным узлом – позиционером, контролирующим пространственное положение соединяющего мембрану с приводом штока. К преимуществам мембранных конструкций относится устойчивость резинового затвора к химически агрессивным средам и коррозии, что позволяет использовать такую арматуру на трубопроводах химической промышленности и транспортирующих нефтепродукты линиях.

Конструкция мембранного клапана

Золотниковый клапан регулирует уровень давления рабочей среды за счет поворота затвора (золотника) на определенный угол, что приводит к частичному открытию либо закрытию пропускного отверстия. По принципу действия такая арматура схожа с обычными шаровыми кранами, чаще всего она применяется в энергетической промышленности.

Преимуществом золотниковой арматуры является необходимость прикладывания минимальных усилий при управлении клапаном, поскольку давление жидкости в пропускном отверстии практически не оказывает сопротивление на перемещение запорного элемента. Однако такие конструкции не способы обеспечить полную герметичность отсечения рабочей среды при закрытии седла, поэтому они практически не применяются на трубопроводах с высоким давлением.

Маркировка

Технические требования к регулирующей арматуре приведены в нормативном документе ГОСТ №12893 “Клапаны регулирующие односедельные, двухседельные и клеточные”. Согласно положениям ГОСТа, все клапаны имеют унифицированную маркировку типа 21ч10нж, в которой:

• 21 – тип арматуры (регуляторы давления имеют числовую номенклатуру 21 и 19);
• ч – материал изготовления корпуса (ч – чугун, с – углеродистая сталь, б – латунь либо бронза, тн – титан, п – пластик);
• 10 – тип привода (в данном случае – механический, 6 – пневматический, 7 – гидравлический);
• нж – материал изготовления уплотнительных поверхностей, нержавейка.

Основным отечественным производителей клапанов является компания “Авангард” (Старооскольский арматурный завод). Среди зарубежных компаний отметим фирмы Dafnoss (Дания), Bugatti (Италия) и FAR (Италия).

Преимущества и недостатки

Достоинствами регулирующих клапанов, обеспечивающих их популярность, являются:

1. возможность регулирования расхода содержимого в трубопроводе в различных диапазонах, чем они отличаются от таких устройств, как задвижка;
2. простота в управлении и эксплуатации;
3. устойчивость к воздействию различных видов рабочей среды;
4. возможность выбора в зависимости от назначения и условий использования.

К недостаткам следует отнести

1. высокую цену регуляторов с электроприводами и значительные расходы на контроль и их обслуживание;
2. перегрев электродвижка при длительной работе;
3. значительное гидравлическое сопротивление;
4. определенный объем протечки в отличие от запорных устройств, допускаемый ГОСТом.

Линейная рабочая расходная характеристика клапана

Линейную рабочую расходную характеристику имеют регулирую­щие клапаны RLV-S, предназначенные для обвязки отопительных при­боров, а также ASV-I, USV-I, MSV-I, MSV-F (d
>
250 мм), MSV-F Plus (сі > 250 мм) (рис. 3.7), устанавливаемые на стояках, приборных ветках, магистралях и т. д. Отличительной особенностью клапанов больших диаметров MSV-F (
D
= 250…400) и MSV-F Plus
(d=
250…400) является то, что для обеспечения стабильности их работы затвор выполнен полым с прямоугольными окнами (см. рис. 3.5,а).

У клапанов с линейной расходной характеристикой при идеальных условиях соблюдается зависимость между расходом воды и ходом штока:

AV AG /Ч1ЧЧ

V~

=
~R~=Т.
‘ <313>

‘100 «100 «і 00

Где V100 и G100 — максимально возможный соответственно объемный, м3/ч, либо массовый, кг/ч, расход воды через клапан; hm
—
полное перемещение (ход) штока клапана, мм; с — коэффициент пропорциональности.

-V

RLV-S угловой

Рис. 3.7. Регулирующие клапаны с линейной расходной характеристикой

Зависимость (3.13) справедлива при полном внешнем авторитете кла­пана а+ = 1 (все располагаемое давление регулируемого участка теряется в регулирующем отверстии). Во всем диапазоне хода штока его относитель­ное перемещение АМгшо приводит к равному относительному изменению расхода AV/Vm.

Однако данная пропорция нарушается с уменьшением ав­торитета клапана. Чем меньше авторитет, тем больше кривизна расходной характеристики, т. е. значительнее разрегулирование системы. При этом коэффициент пропорциональности
с
становится переменной величиной.

В реальных условиях при выборе клапана без учета авторитета его расходная характеристика отличается от проектной. Так, если затвор кла­пана установлен в положение АМгшо = 0,6, то превышение расхода при А+ =

0,3 составляет 100(0,8 — 0,6)/0,6 = 33 % (см. линии из точек на рис. 3.8). Следовательно, данный клапан вызовет перераспределение потоков в сис­теме и не будет обеспечивать эффективной работы теплообменного обору­дования. Его необходимо дополнительно настраивать при наладке систе­мы. Однако этого можно избежать, выбрав клапан с учетом авторитета.

Расходные характеристики клапана могут отличаться от идеальных, и регулирование происходит по деформированному линейному закону даже при внешнем авторитете а = 1. Для лучшего понимания данного ут­верждения необходимо условно разделить сопротивление клапана на две составляющие: сопротивление регулирующего отверстия под затвором клапана и сопротивление остальной части канала для прохода теплоноси­теля внутри корпуса клапана. Идеальные условия наступят тогда, когда второе составляющее будет равным нулю. Гидравлическое сопротивление корпуса клапана можно интерпретировать соответствующим сопротивле­нием участка трубопровода, которое создает первоначальную деформа­цию идеальной характеристики. Примененный подход в гидравлике назы­вают методом эквивалентных длин. Поэтому гидравлические характерис­тики регулирующих клапанов (кроме клапанов с нулевым сопротивлени­ем в максимально открытом положении), предоставляемые производите­лями, уже имеют искажение идеального закона регулирования, которое характеризуется базовым авторитетом. А

внешний авторитет способству­ет дальнейшей деформации расходной характеристики. Реальное искаже­ние расходной характеристики клапана происходит под влиянием
полно­го внешнего авторитетаа+,
который учитывает совместное действие начального искажения и искажения от внешнего авторитета:

А+=аба,

(3.14)

Где — базовый авторитет клапана; а — внешний авторитет клапана.

В существующей практике проектирования систем часто принима­ют первоначальную (базовую) расходную характеристику клапана, предоставляемую производителем как начальную точку отсчета для дальнейшего определения ее деформации под действием внешнего авто­ритета. Однако базовое искажение этой характеристики различно у каж­дого клапана, что усложняет обобщение (определение рекомендуемого диапазона внешнего авторитета) для гидравлических расчетов. Приме­ром могут быть различные конструкции корпусов клапанов: с перпенди­кулярным к потоку штоком, косым штоком, со штоком внутри шарового крини… Гораздо практичнее за начало отсчета деформации расходных характеристик клапанов взять его идеальную характеристику. Тогда для всех конструкций клапанов можно применить общие уравнения.

Влияние полного внешнего авторитета на зависимость относитель­ного расхода от относительного хода затвора клапана с линейной харак­теристикой имеет вид [24]:

V 1

———— — ї—— ■ (3.15)

1 — а+ +

(Й/V)

Уравнение (3.15) в [24] основано на понятии авторитета клапана, которое по физической сути в полной мере соответствует понятию полного внешнего авторитета, рассматриваемому в настоящей работе. Поэтому все уравнения из [24] преобразованы с учетом разграничений в принятой терминологии.

При проектировании либо наладке системы обеспечения микро­климата необходимо определить настройку регулирующего клапана. Для этого следует преобразовать формулу (3.15).

Настройку регулирующего клапана с резьбовым шпинделем осу­ществляют путем его вращения. Отсчет оборотов начинают с положения «закрыто». Так как резьба шпинделя равномерная, то его полный подъем Л

|(ю пропорционален максимальной настройке клапана итах.
ЭТот
пара­метр является технической характеристикой клапана и указывается про­изводителем. Промежуточному положению шпинделя
H
соответствует промежуточная настройка
п.
Тогда, заменив в формуле (3.15) отношение Мгшо на n//?tnax, получим уравнение настройки регулирующего клапана:

» = -,——- ^———— (3.16)

^ l-fcoo/r)2

Из уравнения (3.16) следует, что настройка клапана зависит не только от расхода, но и от полного авторитета. При идеальных услови­ях (а+ = 1) уравнение (3.16) приобретает линейную зависимость (3.13).

Расход V100 определяют расчетным способом. Совпадение этого расхо­да с номинальным является частным случаем уравнения (3.16), когда п = итах. Такое положение клапана не позволяет увеличивать поток тепло­носителя. При этом весьма маловероятно равенство перепада давления, создаваемого максимально открытым регулирующим клапаном при номи­нальном расходе, с перепадом давления, который необходимо потерять на нем для уравновешивания циркуляционного кольца. Из-за ограниченности выбора гидравлических характеристик трубопроводов, гидравлических ха­рактеристик клапанов в максимально открытом положении, разветвленно — сти систем и многого другого в большинстве случаев применяют регулиру­ющие клапаны с установленной предварительной настройкой. Тогда расход

Регулируемый участок, рассмотренный на рис. 3.9, расположен меж­ду точками отбора импульса давления регулятором перепада давления по схеме на рис. 3.3,г. Давление, поддерживаемое данным регулятором АР,

Является располагаемым. По нему увязывают регулируемые участки. Потери давления регулируемого участка без учета потерь давления на ре­гулирующем клапане равны
АР
. Следовательно, потери давления на регу­лирующем клапане должны составлять Д
Pv= АР — АР
. Так как слишком мала вероятность совпадения этой разности давления с создаваемой максимально открытым клапаном, клапан приходится настраивать. Тогда потери давления на клапане целесообразно разделить на два слагаемых: потери давления
APVS,
характеризуемые конструктивными особенностя­ми пути протекания теплоносителя внутри полностью открытого клапа­на, и потери давления
АРп,
возникающие вследствие перемещения штока с максимально открытого положения до положения требуемой настрой­ки. Потери APvs, бар, определяют по максимальной пропускной способ­ности клапана
Kvs,
(м3/ч)/бар0,5, и номинальному расходу
VN,
м3/ч:

V2

АР

И

ki

Расход теплоносителя У100, м3/ч, определяют по перепаду давления на клапане APv, бар, при номинальном расходе и максимальной пропускной способности клапана Kvs,

(м3/ч)/бар0,5:

Vm

, = KJAF. (3.18)

Тогда

Подставляя а+

из уравнения
(3.14)
и
( Vw[/VNjl
из уравнения
(3.19)
В уравнение
(3.16),
получают уравнение настройки регулирующего клапана с линейной рабочей расходной характеристикой в виде:

(3.20)

! АРИ+АР — |

В данном и последующих уравнениях настройки клапанов примене­но видоизмененное уравнение внешнего авторитета а = АРш
(APvs— АР )
В котором все параметры рассчитывают по
номинальному
расходу, а не по
Максимальному,
как в уравнении
(3.12).
Такой подход практичнее, поскольку номинальный расход является расчетным параметром при проектировании систем в отличие от максимального расхода.

Пример

2. Регулирующий клапан
MSV-I
d =
25
мм имеет линейную расходную характеристику. Зависимость пропускной способности клапа­на от настройки приведена в таблице, предоставляемой производителем.

Решение. Базовый авторитет клапана рассчитывают из уравнения настройки (3.16), записанного в виде:

А
а -1Z^mllL
Uf-tl

U _ . —

-^Inf 1 -(n^/n)2

В данном примере следует принимать внешний авторитет а = 1, исходя из условий гидравлического испытания клапана. Тогда, подстав­ляя максимальные параметры из последней колонки, а промежуточные параметры из любой другой колонки таблицы, находят базовый автори­тет клапана:

1-(4,0/2,7)-

E 1- (3,2/1,5)

Для большей точности данного параметра необходимо найпш его значение при каждой настройке и усреднить. Результаты расчетов пока­заны в таблице.

Среднеарифметическое значение а$ =

0,35.

Незначительный разброс табличных данных базового авторитета вы­зван округлением пропускной способности клапана и погрешностью ее оп­ределения. Рассчитать точнее пропускную способность клапана можно аналитически. Для этого необходимо гидравлическим испытанием клапа­на установить с достаточной достоверностью пропускную способность клапана лишь при одной настройке. Сходимости практических и теорети­ческих расчетов способствует также конструктивное усовершенствование клапана — уменьшение люфта резьбы и уменьшение ее шага на шпинделе. В последнем случае увеличивается также количество положений настроек.

Таким образом, из рассмотренного примера 2 видно, что регулирова­ние потока данным клапаном при внешнем авторитете а = 1 будет осу­ществляться по расходной характеристике, отображаемой кривой пол­ного внешнего авторитета а*

= 0,35 на рис. 3.8. Дальнейшая деформация этой характеристики происходит под влиянием внешнего авторитета.

Существующая практика проектирования систем обеспечения микро­климата, как правило, не учитывает должным образом взаимовлияния базового и внешнего авторитетов регулирующего клапана на его настрой­ку. Производители предоставляют графики, таблицы или диаграммы, соот­ветствующие базовой расходной характеристике при внешнем авторитете а = 1. Но этого недостаточно для определения расходной характеристики клапана в реальных условиях. При существующих подходах уже на ста­дии проектирования системы могут быть созданы условия для непреду­смотренного регулирования потоков теплоносителя. Возникающее пере­распределение снижает энергоэффективность системы обеспечения мик­роклимата, т. к. увеличивается энергопотребление, ухудшает обеспечение теплового комфорта в помещении, усложняет пуско-наладочные работы.

Результат расчета настройки клапана по общему внешнему авторите­ту аналогичен результату расчета по кх

либо графическому методу, кото­рые предоставляет производитель в техническом описании клапана. Однако, этот расчет имеет сушественное отличие: при помощи общего внешнего авторитета он отображает видоизменение процесса регулиро­вания в зависимости от характеристик регулируемого участка, что рассмотрено в примере 3.

Пример

3. Проектируют систему обеспечения микроклимата с от­ветвлением (стояком или горизонтальной веткой). Ближайшим и един­ственным автоматическим устройством стабилизации давления в системе является регулятор перепада давления, установленнъш в индивидуальном тепловом пункте по схеме нарис. 3.3,г. Поддерживаемый им перепад давле­ния АР
= 0,45
бар. Сопротивление регулируемого участка без учета потерь давления на регулируюицем клапане составляет АР
= 0,25
бар. Номиналь­ный расход теплоносителя на регулируемом участке равен VN
= 0,8
м3/ч.

Необходимо подобрать регулирующий клапан и определить настройку для увяжи ответвления.

Решение. Гидравлическое увязывание ответвления обеспечивают определением настройки регулирующего клапана на перепад давления:

АРл = АР — АР =

0,45 -0,25 = 0,20
бар.
По уравнению из табл. 3.1 находят расчетную пропускную способ­ность клапана:

Подбирают регулирующий клапан с большим значением максималь­ной пропускной способности. Таковым является клапан MSV—I

d
= 20
мм с линейной расходной характеристикой. Его максимальная пропускная способность kvs
= 2,5
(мъ/ч)/бар0,5 и максимальная настройка
Nmax= 3,2.
Следует заметить, что допускается применение клапанов с меньшей от расчетного значення пропускной способностью, если система с постоян­ным гидравлическим режимом и в дальнейшем не предусматривается ее регулирование в сторону увеличения расхода теплоносителя. Невязка давления в таком случае не должна превышать
15%.
В практике проек­тирования зачастую выбирают регулирующий клапан по диаметру, сов­падающему с диаметром ответвления. При выборе настройки, особенно в системах с переменным гидравлическим режлімом, рекомендуется, что­бы клапан был открыт не менее чем на
20 %
от kvs и не более чем на
80 %
От kvs. Это позволит регулировать поток теплоносителя в прогрессе на­ладки систем как в большую, так и в меньшую апорону.

По методике примера 2 определяют базовый авторитет клапана. Результаты расчетов показаны в таблгще.

Среднее значение базового авторитета а$ =

0,3.

Минимальные потери давления на клапане при номинальном расходе:

АР = Ц — =

-^Цг = 0,1024
бар.
Kl 2,5

Внешний авторитет клапана:

= 0,291.

АР„+АР

0,1024+0,25

Полный внешний авторитет клапана:

А+ = аб а

=0,3×0,291 = 0,0873.

Подставляя известные параметры в уравнение

(3.20), находят настройку клапана:

3,2

= 1,56.

0,45

V 0,087

1,0873 0,3×0,1024

Настройку принимают с округлением до указанной на шкале дольной кратности. У данного типа клапана шкала настройки размечена через десятые доли, следовательно, устанавливают настройку п =
1,6.
Определить настройку регулирующего клапана можно также по диаграмме, графику или таблгще, которые предоставляет производи­тель при базовой деформации расходной характеристики. В данном примере — по вышеприведенной таблице. Настройку находят интерпо­лированием табличных значений. Для обеспечения требуемой пропуск­ной способности

1,79 (м3/ч)/бар0,5 необходимо установить клапан на на­стройку п =
1,65 = 1,7.
Из результатов расчета следует, что при различных методах проек­тирования получают незначительно отличающиеся значения настройки регулирующего клапана: по теоритическому —
1,6;
по данным производи­теля —
1,7.
Такое увеличение настройки клапана приводит к незначитель­ному возрастанию потока теплоносителя, протекающего через него. Рас­ход теплюносителя в энном случае по преобразованному уравнению (3.16) составит:

АР

0 45

= 2,5 ————- ^—————— = 0,812 м3/ч.

-^1 М 3,2 1-°>3+ 1

{ п ) 6 а X ^1,65) 0,291

Расхождение расходов при различных подходах определения настрой — ки в процентном соотношении для данного примера равно

^100 о/о = °’812-0’800 100 о/„ = 1,5 о/о.

VN

0,800

Как следует из примера 3, рассматриваемый теоретический подход соответствует данным производителя, полученным эксперименталь­ным путем. В то же время, теоретический расчет на основании общего внешнего авторитета отображает гидравлические процессы, происходя­щие в регулируемой системе. Он позволяет определить регулировоч­ные характеристики клапана в системе любой конфигурации, предоста­вляет возможность получения требуемых регулировочных характери­стик объекта регулирования путем манипулирования внешними авто­ритетами как автоматических, так и ручных клапанов, выявляет чув­ствительную область хода штока клапана, создавая пропорциональное регулирование объекта и предотвращая работу клапана в двухпози — ционном режиме.

Чувствительная область хода штока возрастает с увеличением вне­шнего авторитета клапана (а > 0,5). При наличии двух клапанов на регу­лируемом участке эта область сужается. Поэтому ручные балансировоч­ные клапаны целесообразно применять в системе с постоянным гидра­влическим режимом, где их внешние авторитеты практически не изме­няются и где на них не оказывают влияние автоматические клапаны. Если ручные балансировочные клапаны применены в системе с пере­менным гидравлическим режимом, к тому же с низкими внешними авто­ритетами (а < 0,5), то изначально создаются неблагоприятные условия для наладки системы из-за уменьшения влияющей области хода штока на регулирование расхода (двухпозиционное регулирование). В этом случае необходимо проведение тщательных пусконаладочных работ. Го­раздо проще предотвратить такую ситуацию путем применения автома­тических регуляторов перепада давления, обеспечив внешние авторите­ты клапанов на регулируемых участках а > 0,5, упростив расчеты и наладку системы, а также уменьшив погрешность потокораспределения.

Определение настройки ручного балансировочного клапана при на­ладке системы, если этот клапан является единственным на регулируемом участке, не представляет особых сложностей. Однако если таких клапанов несколько, то наладка системы с ручными балансировочными клапанами значительно усложняется, что требует определенных навыков и, самое главное, значительных затрат времени (см. р. 10). Определение настройки одиночного клапана при наладке системы рассмотрено в примере 4.

Пример 4.

В действующей системе обеспечения микроклимата на ответвлении (стояке или горизонтальной ветке) установлен регули­рующий клапан
MSV-1
cl
= 15
мм с линейной расходной рабочей харак­теристикой. Максимальное значение его настройки
ишах = 3,2.
Макси­мальная пропускная способность клапана kvs
= 1,6
(м3/ч)/бар0’5. Бли­жайшим и единственным устройством стабилизации давления в сис­теме является автоматический регулятор перепада давления, уста­новленный в индивидуальном тепловом пункте по схеме на рис. 3.3,г. Поддерживаемый им перепад давления АР =
20
кПа =
0,2
бар.

Необходимо обеспечить расчетный расход теплоносителя, равный

VN =
400
л/ч =
0,4
м’/ч.

Решение. Обеспечения расчетного расхода на ответвлении достига­ют подбором настройки регулирующего клапана. Для этого используют измеритель давления теплоносителя, подключаемый к штуцерам на регулирующем клапане.

По методике примера 2 рассчитывают базовый авторитет клапа­на. Результаты показаны в таблице.

Рассчитывают потери давления на полностью открытом клапане при номинальном расходе

О 42

APys

= —L-^ = 0,063
бар.
1,6″

Далее подашвляют известные параметры в преобразованное уравнение наапройки
(3.20)
П_ Ип, ах 3,2

ГТ^Ж» I__L+

V aeAPVJ V

°>3 0,3×0,063

В уравнении два неизвестных параметра. Следовательно, может быть несколько решений (см. табл.).

Область допустимых значений ограничена настройкой
1,2,
так как при меньших настройках наступает несоответствие автоматически поддерживаемому давлению АР=
0,2
бар.

Изменение наапройки п регулирующего клапана влечет соответ — апвуюгцее изменение потерь давления

APv, поэтому окончательное положение наапройки определяют последовательным приближением к истинному значению. В прогрессе вращения наапроечной рукоятки (ма­ховика) регулирующего клапана сравнивают измеряемые и расчетные потери давления на регулирующем клапане APv. Процесс наапройки заканчивают при погрешности менее
15
%. Хорошим результатом явля­ется диапазон погрешности от -5 до
+10 %.
Необходимо отметить, что применение приведенного алгоритма вычислений в микропроцессорных устройствах диагностики клапанов значительно упрощает определение настройки и в конечном итоге сокращает время наладки всей системы.

Рабочую расходную характеристику клапана определяют его об­щим внешним авторитетом. Общий внешний авторитет учиты­вает искажение идеальной расходной характеристики клапана под воздействием сопротивления корпуса клапана (определяют базовым авторитетом клапана) и сопротивления остальных элементов регулируемого участка (определяют внешним автори­тетом клапана).

,Линейная рабочая расходная характеристика клапана не претер­певает существенного искажения под воздействием внешнего авто­ритета, если его значение находится в диапазоне

0,5… 1,0.

С уменьшением внешнего авторитета ниже

0,5 линейная рабочая расходная характеристика клапана значительно искажается, что следует учитывать при обеспечении регулируемости системы и возможности ее наладки.

Для упрощения расчетов и наладки системы, а также уменьшения погрешности потокораспределения рекомендуется применять ав­томатические регуляторы перепада давления на стояках верти­кальных или на приборных ветках горизонтальных систем, обеспе — Ш чивая внешние авторитеты клапанов а >

0,5.

Posted in ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ

Советы по выбору

При выборе регулировочного устройства руководствуйтесь тем, что оно должно оптимально подойти к вашей системе, отвечать её параметрам и проработать максимальный срок.

Воспользуйтесь интернетом, изучите типы и характеристики подходящих аппаратов. Выбирайте производителя с заслуженной репутацией, ознакомитесь с отзывами на его товар на тематических форумах.

Главными параметрами подбора прибора и регулятора для отопительных систем являются величина условного прохода DN, пропускная характеристика Kvs, давление рабочей среды, ее температура.

Важно обратить внимание на уплотнительный узел который может доставить много хлопот.

Правила монтажа и эксплуатации прибора

Устанавливают аппарат в соответствии с инструкцией по эксплуатации, которую необходимо прочитать перед монтажом.

Прибор осматривают, удаляют посторонние частицы, мусор. При монтаже соблюдают направление установки в соответствии со стрелкой на корпусе аппарата.

Во время эксплуатации устройство необходимо раз в полугодие осматривать на предмет общего состояния, проверять крепежные элементы.

Необходимые инструменты и материалы

Для работы понадобятся инструменты для проведения крепежных операций и материал в зависимости от типа устройства.

Схема подключения

Схема монтажа трехходового регулирующего клапана:

Ход работ

Определяют место установки на трубопроводе. Оно должно быть доступным для дальнейшего обслуживания аппарата.

Если производится фланцевое соединение, особое внимание обратить на недопустимость перекосов и натягов.

Проверяют правильное положение корпуса прибора по отношении к направлению потока. После монтажа устройство проверяют на предмет герметичности соединений.

Осуществляют пробный пуск клапана с приводом, проверяют работу исполнительного механизма.

Позиционер управления клапаном

Рисунок 9 — Позиционер
Это устройство которое полностью берёт на себя функцию управления клапаном. Примером может служить позиционер ASCO 60566318, который устанавливается на все регулирующие клапаны серий E290(резьбовой), S290(приварной) и T290(фланцевый). После установки позиционера на клапан запускается процедура инициализации, в процессе которой позиционер в автоматическом режиме собирает всю необходимую информацию о клапане и настраивает встроенный регулятор таким образом чтобы обеспечить оптимальное управление. После завершения инициализации из системы управления достаточно подать на позиционер пропорциональный сигнал с требуемым процентом открытия клапана, а позиционер приведёт клапан в нужное положение.

Рисунок 10 — Регулирующий клапан ASCO с позиционером

Использование клапанов с позиционером позволяет скомпенсировать нелинейности на этапах преобразования пропорционального электрического сигнала от регулятора в процент открытия клапана. Благодаря этому можно почти полностью отказаться от сложной процедуры ручной настройки регуляторов, управляющих пропорциональными клапанами.

Клапан с позиционером уже имеет в своём составе замкнутый контур управления с оптимально настроенным регулятором, среди прочего в автоматическом режиме компенсирующим гистерезис и нелинейность клапана. Таким образом время пусконаладочных работ сокращается до минимума, а расчёт точности упрощается и представляет из себя один параметр – зону нечувствительности встроенного в позиционер регулятора.

Для регулирующих клапанов ASCO с позиционером заводское значение зоны нечувствительности составляет 1%. Инженерам-проектировщикам следует, однако, помнить что даже такие высокие показатели точности не гарантируют высококачественного регулирования в случае неправильно выбранного регулирующего клапана. Так, например, часто встречающейся ошибкой при проектировании систем является выбор регулирующего клапана по диаметру трубопровода на котором он устанавливается.

При таком подходе реальный расход среды через регулирующий клапан может оказаться существенно ниже номинального расхода, а значит и показатели качества процесса регулирования ухудшатся в несколько раз. Поэтому при высоких требованиях к точности регулирования следует уделить особое внимание выбору клапана с коэффициентом расхода Kv соответствующим проектируемой системе.