Regulační armatury ve vodárenství – volby, návrhy, výpočty Ing. Josef Chrástek Jihomoravská armaturka, spol. s r.o. Hodonín
______________________________________________________________________ Při výstavbách, rekonstrukcích či modernizacích vodárenských provozů se velmi často uplatňují požadavky na volbu správného typu regulačních armatur. Pod pojmem regulace je možné si v této souvislosti představit vliv řídícího prvku v potrubním systému na změny tlaku nebo průtokových množství. Základní požadavky na regulaci: - regulace tlaku - regulace průtoku - regulace úrovně hladiny Na níže uvedeném geografickém vyobrazení jsou znázorněny jednotlivé aplikace použití regulačních armatur Regulační ventily pro vodárenství
Regulace tlaku Cíl:
udržování konstantního tlaku za ventilem
Příklad Každá ze dvou osad leží v různé nadmořské výšce vzhledem k poloze čerpací stanice. Proto je nutné nastavit různá tlaková pásma na jednotlivých přivaděčích, použitím regulačních ventilů. Hodnoty tlakových úrovní mohou být nastaveny následujícím způsobem: - fixní nastavení konstantního tlaku v průběhu 24 hod - dvoustupňové nastavení tlaku - denní režim, - noční režim - pružná modulační regulace tlaku v závislosti na hodině denního odběru (PID)
211
Regulační ventily pro vodárenství
Regulace průtoku
Cíl: Udržování konstantního množství na požadované
hodnotě
Příklad Základní regulace průtokových množství při vyšších diferenčních spádech na základě principu lineárního škrcení. Eliminace náběhových tlakových špiček, aniž by vznikaly vibrace, nepřijatelné hranice hluku nebo škody na potrubním systému vlivem kavitačních erozí. Regulační ventily pro vodárenství
Výška hladiny Cíl: udržování úrovně hladiny ve vodojemu na požadované hodnotě
Příklad Při plnění vodojemů tlakovým potrubím z čerpacích stanic nebo prostřednictvím gravitačních přivaděčů, je nutné zajistit maření energie vody a regulovat průtok v přímé vazbě na požadovanou výšku hladiny dle aktuální spotřeby. Děje se to na základě snímání výšky či tlaku vodního sloupce s převodem signalizace na servopohon vhodné regulační armatury.
212
Nevhodné armatury pro regulaci - Špatná regulační charakteristika -
Vysoký kavitační koeficient
-
„špatný design“ pro účely regulace Uzavírací
Šoupátka
klapky
Tyto armatury by měly být používány jako ryze uzavírací členy se dvěmi provozními polohami zavřeno – otevřeno. Změna průtokového množství ve vztahu k poloze uzavíracího členu je totiž velmi nelineární. Regulace množství nastává až v intervalu cca (35 – 0) % otevření, viz obr., přičemž tato provozní oblast je doprovázena intenzivní kavitací
Nevhodný průběh regulace
213
Kavitace nevhodně volených armatur
Důsledky kavitace armatur, jenž byly delší dobu provozovány v seškrcené poloze za účelem regulace průtoku. Snížením tlaku seškrcením, narůstá pak neúměrně průtoková rychlost při stěně tělesa armatury – vzniká vysoká vnitřní energie, jenž se vybíjí implozí molekul vody na stěně armatury mechanismem kavitační eroze.
Ventily určené pro regulaci tlaku Automatické regulační ventily
Regulační ventil DURA
Plunžrový ventil RIKO
Reduction of Water losses in Water Distribution Systems
214
Lineární průběh regulace plunžrového ventilu
Plunžrové ventily Z hlediska stability průtokových charakteristik, linearity chování, univerzálnosti nasazení, životnosti a provozní spolehlivosti se jednoznačně jeví jako nejlepší regulační armatura právě plunžrový ventil. Plunžrové ventily jsou řídící zařízení, které na základě principu škrcení vyvolávají v potrubí tlakové ztráty tak, aby se změnil průtok podle požadované charakteristiky v závislosti na stupni otevření Plunžrové ventily se používají především tam, kde se v provozu požaduje objemová regulace průtokových množství, nebo musí být odstraněny náběhové tlakové špičky, aniž by vznikaly vibrace, nepřijatelné hranice hluku nebo škody na potrubním systému. Plunžrové ventily jsou co do výrobních a materiálových nákladů podstatně dražší než šoupátka nebo klapky, takže jsou přijatelné jako optimální řešení pouze tam, kde jsou uplatněny požadavky na : - lineární škrcení vody při vyšších diferenčních tlacích - regulování s vyloučením vzniku kavitace - možnost změny regulační charakteristiky v závislosti na změně provozních podmínek
215
Označení plunžrový ventil je odvozen od konstrukčních znaků: - axiální pohyb uzavíracího tělesa k sedlu ve směru proudění je hlavním znakem - axiálně se pohybující uzavírací těleso má tvar pístu – plunžru - průřez průtoku je v každé poloze kruhový POPIS Těleso je jednodílné – vnitřní těleso je spojeno s vnějším tělesem žebrováním Vnitřní těleso má na vtoku kulový tvar Prstencový prostor je navržen tak, že je možné průběžné škrcení k sedlu Pohyblivý plunžr se nastavuje přes klikový mechanizmus Při pohybu pístu proti jeho uzavírací poloze se prstencový průřez průtoku zmenšuje při zachování souosého proudění až dojde v koncové uzavírací poloze ke zcela těsnému uzavření. Výtoková část je proměnlivá a umožňuje jednoduchou stavebnicovou formou změnit charakteristiku ventilu. Toto je velmi podstatná výhoda plunžrových ventilů, které tak mohou být přizpůsobeny změněným provozním podmínkám i později po zabudování, dojde li v budoucnu ke změně provozních podmínek. Z tohoto uspořádání vyplývají pro plunžrové ventily následující přednosti: - univerzální nasazení s velkým rozsahem regulování - nízký kavitační koeficient - stabilní průběh prudění - provoz bez vibrací a hluku - měnitelná výtoková část – optimální průběh proudění pro každou provozní podmínku - malé ovládací síly v důsledku optimálního navržení klik. mech. a šnek. převodovky Konstrukční požadavky: - řídící člen musí být tak velký, aby při nejnižším ∆P na ventilu propustil max.průtok - průtok v závislosti na stupni otevření – charakteristika musí být taková aby byla dodržena stabilita regulačního okruhu v oblasti řízení - v celé řídící oblasti nesmí nastat kavitace Návrhy - Výpočty Pro správný návrh regulační armatury pro konkrétní požadované provozní aplikace je možné využívat řady dostupných, výpočtových programů, jenž jsou dnes k dispozici. Výrobce armatury pak může zákazníkovi doložit veškeré nutné technické výstupy jako jsou technické a rozměrové data-sheety, průtokové charakteristiky, kavitační oblasti, křivky ztrátových součinitelů apod. V závěru mého vystoupení bych rád předvedl jeden z takových programů na bázi aplikovaného CADu. na PC. Každý případný zájemce může na požádání získat tento program na CD romu.
216
