| Предыдущий параграф | |||||||||||
2.9.1. Специфика расчета трехходового регулирующего клапана
Трехходовые регулирующие клапаны в настоящее время с успехом используются в решении регулирующих узлов, благодаря их способности смешивать (или распределять) теплоноситель в требующемся соотношении для достижения необходимой температуры. Обычно трехходовая арматура на входах обозначается буквами, вход примарной (первичной) воды обозначается буквой А, труба короткого соединения (обратная ветвь) буквой В, и общий выход (постоянно открытый) АВ. Для беспроблемной функции смешивания следует следить за тем, чтобы входы А и В не были загружены разным дифференциальным давлением (перепадом давления). В противном случае могут возникнуть проблемы с возможным поворотом течения во входе В в определенных рабочих условиях, что может вызвать частичную или полную потерю смесительной функции.
Трехходовые регулирующие клапаны могут использоваться в качестве смесителя или распределителя (разделителя потока), если позволяет конструкция, о чем должна свидетельствовать проектная документация производителя.
Расчет трехходового регулирующего клапана отличается своей спецификой, особенно там, где технологическое включение предполагает нагрузку входа А дифференциальным давлением.
В следующей части мы предлагаем вашему вниманию способ проектирования и расчета трехходового регулирующего клапана согласно рис. 2.9.1., который часто применяется в связи с простотой (кажущейся) в зависимых по давлению присоединениях.
Рис. 2.9.1. Трехходовой смесительный клапан, нагруженный дифференциальным давлением
Для определения поведения трехходового регулирующего клапана его можно заменить двумя регулирующими клапанами, которые имеют одинаковый Kvs, избирательную характеристику ветвей А и В, а для их общей зависимости хода действительно: ha = 1 - hb , (см. рис.2.9.2).
Рис. 2.9.2. Замена трехходового смесительного клапана двумя двухходовыми вентилями.
Для удобства осуществим выведение по упрощенным формулам для вычисления Kv, действительным для воды, следовательно, предположим, что константная плотность воды равна 1000 кг/м3, предположим развернутый турбулентный поток и возможность возникновения кавитации.
Для указанной схемы действительно следующее:
- система нагружена перепадом давления между подачей и обратным трубопроводом delta pz
- давление насоса delta pč не зависит от циркуляционного количества (подачи)
- пренебрегаем сопротивлениями подающей части трубопровода между точкой 2 и присоединением обратного трубопровода
- определим размеры клапана для номинального расход Q3nom, который должен протекать через систему при полностью закрытой ветви А и полностью открытой ветви В. При таком номинальном расходе потеря давления потребителя, включая трубопровод от точки 4 до точки 2, равна delta Psp, потеря давления обратной ветви от точки 2 до точки 4, не считая потери на клапане 2, равна delta Pvr . Для клапана должно быть выполнено условие
При практическом расчете выберем ближайший Kvs коэффициент из предложенного ряда данного типа клапана.
- значения коэффициентов KVa KVb - зависимы от хода h клапана А, как уже было замечено при замене трехходового клапана двумя двухходовыми. Расчет действителен для любой характеристики в обеих ветвях, только при конкретном числовом вычислении следует подставить в формулы правильную функцию, соответствующую выбранной характеристике.
При расчете требуется Kv коэффициенты отдельных ветвей, которые найдем из нормальных параметров цепи, следовательно, из значений расхода Q3nom и перепадов давлений delta Psp и delta Pvr, которые возникнут именно при таком расходе. Значит:
Предположим, что при открытии ветви А будет давление р2 выше, чем давление p4, следовательно, не произойдет поворот течения в обратной ветви. В связи с этим для отдельных расходов действительно Q3= Q1 + Q2 и на основании соотношения
получаем:
Из схемы вытекают следующие соотношения:
Разумеется, что в данной математической модели не зависит вычисление расхода от величины статического давления в системе (здесь на предполагается ограничение расхода из-за влияния кавитации). Поэтому упростим систему уравнений при условии, что p2 = 0.
Таким образом мы получили систему семи уравнений с семью неизвестными Q1, Q2, Q3, p1, p2, p3 и p4, которая описывает нам течение через систему от начала хода клапана до точки перехода, при условии, что Q2=0, следовательно Q1=Q3 , p4=p2=0. Из вышеприведенных уравнений видно, что точка перехода наступает при ходе h вентиля А, для которого действительно:
Если выбранный Kvs коэффициент трехходового регулирующего клапана больше, чем значение KVzv соответствующее точке перехода, то произойдет, при открывании клапана выше значения хода h, принадлежащего Kv коэффициенту точки перехода KVzv, поворот течения в ветви В. Математическую модель, описывающую поведение системы следует преобразовать:
Эти семь уравнений описывают поведение системы от значения хода вентиля большего, чем значение, соответствующее Kv коэффициенту точки перехода KVzv (в соответствии с выбранным значением Kvs и расходной характеристикой ветви А клапана), до полного открытия.
Приведенные уравнения можно решить при помощи подобранного числового метода, поскольку точное решение этой системы очень сложное. Вычислительная программа Вентили (Ventily) (скачать программу Вы можете на нашем сайте в разделе "Проектировщикам"), созданная фирмой LDM, решает десять основных типов включения двухходовых и трехходовых клапанов в смесительной или распределительной функции. На следующих рисунках продемонстрировано ее применение для вышерешенного примера. Поступаем в таком порядке:
В программе Вентили откроем закладку с надписью: Контроль расхода (протока) через трехходовой вентиль.
Рис. 2.9.3. Окно ”Контроль расхода через трехходовой вентиль”.
Решенному примеру соответствует верхняя схема слева. После того, как окно откроется, появится следующее окно с предварительно определенными значениями, которые можно изменять в зависимости от конкретного случая. Если оставим первоначальные значения, то увидим, что следует определить размеры и проконтролировать смесительный вентиль, чтобы по цепи потребителя протекало номинальное количество (подача) при давлении насоса 0,6 бар. При таком расходе у нас уже вычислено сопротивление ветви потребителя 0,4 бар, в обратной ветви 0,05 бар. Цепь нагружена перепадом давления между подачей и обраткой 0,4 бар. Предполагаем применение смесительного клапана с линейной характеристикой в обеих ветвях.
Рис. 2.9.4. Вычисление Kv трехходового клапана в программе Вентили (Ventily)
Выполнив щелчок по кнопке Расчет в соответствии с Рис. 2.9.4. появится новое окно, информирующее о вычисленном значении Kv=7,75 м3/ч и предлагающее сделать выбор коэффициента Kvs. Из предложенных значений выбираем значение 10. В нижней части окна увидим вычисленные значения расхода Q1, Q2 и Q3 при отдельных процентах хода. Жирно-напечатанный ряд информирует о достижении точки перехода при 57,31% хода (см. рисунок ниже).
Рис. 2.9.5. Точка перехода для приведенного примера.
Открыв закладку "График" появится графическое изображение расхода через систему, причем значению 100% соответствует не выбранное номинальное значение 3 м3/ч, а действительное достигнутое максимальное значение расхода через ветви, т. е. в данном случае Q1макс = 4,56 м3/ч.
Можем также убедиться, что значение расхода ветви потребителя нигде не падает ниже требующегося значения Q3 ном.
С таким программным обеспечением можно осуществлять детальный анализ для различных видов и типов арматуры в каждом конкретном случае. Проводя последовательную проверку возможных рабочих состояний, можно обнаружить еще в процессе разработки проектной документации проблемы, которые могли бы возникнуть во время эксплуатации.
Например, можем сравнить уместность отдельных расходных характеристик для данного случая. На рис. 2.9.6, 2.9.7 и 2.9.8 видим постепенное графическое изображение расхода через описанную систему при линейной, равнопроцентной и LDMspline® характеристиках в ветви А. Очевидно, что равнопроцентная и LDMspline® характеристики для данного случая подходят больше, т.к. позже достигается точка перехода и для регулирования имеется в распоряжении больший диапазон хода. Кроме того, у LDMspline® характеристики в отличие от равнопроцентной характеристики не возникает характерное понижение расхода через потребитель в начале хода, расход поддерживается на почти идеальном постоянном значении, что улучшает регулирование подачи тепла в переходной период.
Рис. 2.9.6. Процесс смешения при линейной характеристике
Рис. 2.9.7. Процесс смешения при равнопроцентной характеристике
Рис. 2.9.8. Процесс смешения при характеристике LDMspline®
| Предыдущий параграф | |||||||||||
