Základní parametry a návrh regulačních ventilů

Základní parametry a návrh regulačních ventilů

DN, PN, Tmax., Kvs, Sv, Pv, ∆Pvmax, ∆Pmax, ∆Ps 2. Definice DN, PN, Tmax. a netěsnosti 3. Hydraulické okruhy – škrtící a rozdělovací okruh 4. Hydraulické okruhy – směšovací a vstřikovací okruh 5. – 8. Charakteristika ventilu – H100, H0, ∆pv100, ∆pv0, Kvs, Kv, Kv100, výpočet Kvs 9. – 10. Výpočet lineární a ekviprocentní charakteristiky ventilu 11. – 14. Autorita ventilu Pv a její výpočet 15. Regulační poměr Sv 16. – 17. Kavitace 18. - 20. Výměník tepla – charakteristiky, průběhy teplot, výpočet “a“ hodnoty 21. Charakteristika systému – okruh s výměníkem a s ventilem 22. – 23. Definice max. dovolených tlakových diferencí ∆pvmax. , ∆pmax.a ∆ps 24. Návrh a dimenzování ventilu

Červen 04

Siemens s.r.o.

Vlastimil Kojzar, Evropská 33a, Praha 6, tel.: 233 033 623

1

HVAC Products

DN, PN, Tmax., netěsnost DN

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.

PN

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.

Tmax.

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.

Červen 04

Siemens s.r.o.


2

HVAC Products

Hydraulické okruhy Škrtící okruh

Vhodný pro: • Chladící registry vzduchotechniky • Přípravu TUV • Zónové ohřívače vzduchotechniky • Fan coily • Dálkové vytápění • Radiátory

Rozdělovací okruh Vhodný pro: • Chladící registry vzduchotechniky • Zónové ohřívače vzduchotechniky • Fan coily Proměnlivý průtok

• Rozvody tepla • Chladiče (vodní část)

Červen 04

Siemens s.r.o.


3

HVAC Products

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 Červen 04

Siemens s.r.o.


4

HVAC Products

Charakteristika ventilu Základní definice • • • • •

H100 [mm] je zdvih plně otevřeného ventilu H0 [mm] je zdvih plně zavřeného ventilu (0 mm) H/H100 je zdvih ventilu H v poměru k maximálnímu zdvihu ventilu H100 ∆ pv100 je tlaková ztráta na plně otevřeném ventilu ∆ pv0 je tlaková ztráta na plně zavřeném ventilu

∆pv0

Delta p Červen 04

Siemens s.r.o.


5

HVAC Products

Charakteristika ventilu Základní definice (pokračování) • • •

•

Kvs [m3/h] je jmenovitý průtok vody (5...30°C) tekoucí plně otevřeným ventilem (H100) při tlakové ztrátě (delta p) 1 bar (100kPa) Kv [m3/h] je jmenovitý průtok vody (5...30°C) tekoucí ventilem při daném zdvihu (H0...H100) při tlakové ztrátě 1 bar (100 kPa) Kv100 [m3/h] je skutečný průtok vody (5...30°C) tekoucí plně otevřeným ventilem (H100) při tlakové ztrátě 1 bar (100kPa) -> může kolísat o +/- 10% ve srovnání hodnotou Kvs Kv/Kv100 je poměrný průtok při určitém zdvihu kuželky ventilu

s

Pro označení typu ventilu (konstrukční série) se udává hodnota Kvs, která představuje hodnotu průtokového součinitele sériově vyráběné regulační armatury při jejím plném otevření. Správné určení jmenovitého průtokového součinitele Kvs (nepředimenzování) je pro dobrou funkci ventilu mnohem podstatnější než ideální tvar jeho průtočné charakteristiky. Hodnota kvs se určuje při typové zkoušce armatury a normou je určena maximální dovolená odchylka součinitele Kv100 při plném otevření jednotlivých armatur daného typu od této hodnoty, která nesmí přesáhnout 10% jmenovité hodnoty průtokového součinitele. Červen 04

Siemens s.r.o.


6

HVAC Products

Charakteristika ventilu Základní definice (pokračování)

kv je objemový průtok vody za definovaných podmínek při daném zdvihu

lin eá rn í

Lineární nebo ekviprocentní průtočná charakteristika udává funkční závislost okamžitého průtokového součinitele na poloze uzávěru regulační armatury.

t en c o pr i v ek

ní

kv100 může kolísat o +/-10% od hodnoty kvs

Červen 04

Siemens s.r.o.


HVAC Products

Charakteristika ventilu (pokračování) Výpočet jmenovitého průtokového součinitele Kvs ∆pv100 [kPa] 400 kvs 0.6

300 200 100

kvs [m³/h] ∆pv100 [kPa] V100 [m³/h]

V 100 [m 3/h] 0.6

V 100 = kvs∗

∆pv 100 100

2 ⎡V 100 ⎤ ∆pv100 = 100∗ ⎢ ⎣ kvs ⎥⎦ Červen 04

Siemens s.r.o.

kvs 1.6

1.6

1.0

2.0

V 100 kvs = ∆pv100 100


8

HVAC Products

Lineární charakteristika ventilu Výpočet lineární charakteristiky ventilu

lin eá r

ní

•

í tn n e oc r p vi k e

-> Pokud zvětšíme poměrný zdvih ventilu o 1%, tak se poměrný průtokový součinitel kv/kvs zvýší rovněž o 1% Červen 04

Siemens s.r.o.


9

HVAC Products

Ekviprocentní charakteristika ventilu •

Výpočet ekviprocentní charakteristiky ventilu

í rn á e lin

n nt e oc pr i v ek

í

-> Pokud zvětšíme poměrný zdvih ventilu o 1%, tak se poměrný průtokový součinitel kv/kvs zvýší o 3,2% Červen 04

Siemens s.r.o.


10

HVAC Products

Autorita ventilu Pv Autorita (Pv) 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. Červen 04

Siemens s.r.o.


11

HVAC Products

Autorita ventilu (pokračování) Autorita Pv ventilu s ekviprocentní charakteristikou s lineární charakteristikou V/V100 V/V100

Pv < 1 Pv < 1

Pv = 1

H/H100

H/H100

Čím je autorita ventilu menší, tím větší je deformace průtokové charakteristiky ventilu Červen 04

Siemens s.r.o.


12

HVAC Products

Výpočet autority ventilu Pv Přímý ventil

∆p v100 Pv = ∆p v 0

Trojcestný ventil

∆pv100 Pv = (∆pv100 + ∆pmv )

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. ∆Pmv = tlaková ztráta v okruhu s proměnlivým průtokem, který je regulován ventilem = okruh s proměnlivým průtokem ∆pv0

Červen 04

Siemens s.r.o.


13

HVAC Products

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

Červen 04

Siemens s.r.o.

rak teri sti k a če rpa dla


14

HVAC Products

Charakteristika ventilu Regulační poměr Sv • • •

Kvr je nejmenší hodnota kv, při které je ještě dodržena dovolená odchylka od strmosti charakteristiky ventilu (lineární nebo ekviprocentní) Kvo je průsečíkem matematicky vypočtené charakteristiky (lineární nebo ekviprocentní) a vertikální souřadnicové osy Sv je regulační poměr ventilu a vyjadřuje největší průtokový součinitel ve vztahu k nejmenšímu regulovatelnému průtoku

kvs Sv = kvr Čím je Sv vyšší, tím je ventil lepší

•

Červen 04

Ventily ovládané elektrickými nebo hydraulickými pohony mají regulační poměr Sv = 50 .... 150

Siemens s.r.o.


15

HVAC Products

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 : (p1 – p2) > 0,6 (p1 – ps) kde p1 je vstupní přetlak (MPa) p2 je tlak za ventilem (MPa) ps 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

Červen 04

Siemens s.r.o.


16

HVAC Products

Kavitace (2) Graf závislosti dpmax na téměř uzavřeném ventilu na vstupním přetlaku p1 pro různé teploty média

Vzniku kavitace můžeme zabránit tím, že nebude překročena hodnota dpmax v závislosti na přetlaku p1 podle diagramu.

Červen 04

Siemens s.r.o.


17

HVAC Products

Výměník tepla Charakteristiky Q/Q100

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

"Regulace průtoku"

přibližně 1,0

V/V100

1) V závislosti na konstrukci a hydraulickém okruhu

Čím menší hodnota a je, tím více energie se předává menšími objemovými průtoky Červen 04

Siemens s.r.o.


1)

18

HVAC Products

Výměník tepla Charakteristiky průběhů teplot

Červen 04

Siemens s.r.o.


19

HVAC Products

Výměník tepla Výpočet charakteristiky -> hodnoty “a“

S-R a= S - Tkonstant. S: R: Červen 04

Přívodní teplota Zpáteční teplota

S-R a ∼ 0.6 x

S – Tkonstant. Tkonst.

Předehřívač/chladič Tout Přihřívač/chladič

Siemens s.r.o.


Tin 20

HVAC Products

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. Červen 04

Siemens s.r.o.


21

HVAC Products

Definice ∆pvmax, ∆pmax a ∆ps ∆pvmax 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.

∆pmax

∆ps

je maximální dovolená tlaková diference na regulační části ventilu s pohonem pro celý rozsah zdvihu. Její hodnota nemůže být nikdy vyšší než ∆pvmax pro samotný ventil, ale může být nižší z důvodu omezené síly pohonu. Ventily s krátkým zdvihem mají hodnoty ∆pvmax a ∆pmax 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.

Červen 04

Siemens s.r.o.


22

HVAC Products

Definice dpv max , dpmax , dps

dpS

dp

dpV max

V&A V&A V&A V&A

DN15

DN25

dpmax

DN

DN32 DN50

dpmax je minimální hodnota z dpS a dpV max Červen 04

Siemens s.r.o.


23

HVAC Products

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

Červen 04

Siemens s.r.o.


24

HVAC Products

Základní parametry a návrh regulačních ventilů

Recommend Documents