4
Říjen 1980
Základní parametry regulačních ventilů
001
Parametry pro volbu typu Jmenovitý tlak PN (ND) Maximální přetlak (v barech), pro který se může armatura použít, se nazývá jmenovitý tlak PN. V rozsahu teplot -10°C...120°C odpovídá u železných materiálů max. přípustnému provoznímu tlaku. U vyšších teplot viz provozní tlak. Provozní tlak PB Maximální přetlak (v barech) působící u akčních členů při provozu se označuje jako provozní tlak PB. Skládá se z: - statického tlaku - tlaku čerpadla - přidržovacího tlaku (pouze u teplovodních zařízení) Přípustný provozní tlak je odstupňován podle teploty média a řídí se materiálem armatury. Stupně vyplývají z následující tabulky (výtah z DIN 2401). PN
materiál
6 10 16
GG20 GG20 GG20 GG38 GGG42 GS45.5
25 40
provozní tlak v barech do 120°C nad 120°C nad 200°C do 200°C do 250°C 6 5 4,5 10 8 7 16 13 11 25 40
20 32
18 28
Max. přípustná teplota média Teplota média je směrem nahoru omezena výrobcem armatury. Určující jsou materiály a konstrukce těsnění spojky, sada nástavců a vzdálenost servopohonu od tělesa ventilu. Objemový průtok V100 Objemový průtok V100 se pro každou kapalinu řídí dle potřebného množství kapaliny za časovou jednotku (m3/h nebo l/min.), aby bylo možno stanovit jmenovitý výkon. Určuje se z jmenovitého výkonu Q100 a předpokládaného teplotního rozpětí ∆t při jmenovitém zatížení (propočty viz listy 4002, 4003, 4004).
Diference tlaku ∆pv100 Diference tlaku ∆pv100 je snížením tlaku, které vzniká v zařízení při zcela otevřeném ventilu (zdvih=100%).
otevřeny zavřeny průchody na regulačním venitlu
Diference tlaku max. ∆pv100 Diference tlaku ∆pv100 je nejvyšší přípustná hodnota pro pv100. Pro toto omezení existují různé důvody: - u velkých jmenovitých dimenzí to jsou nastavovací síly - u středních a malých jmenovitých dimenzí to jsou šumy a nebezpečí eroze. V dálkovodních zařízeních a zařízeních na horkou vodu je potřebné další omezení, aby se zabránilo kavitaci; určující je zde provozní tlak a teplota média. Viz list 4003. Diference tlaku ∆pv0 Diference tlaku ∆pv0 je diference tlaku, která vzniká v zařízení na zcela uzavřeném regulačním ventilu (zdvih = 0%). Pro průchozí přímý ventil platí: ∆pv0 je u tlakově neřízených čerpadel identický s jeho nulovou dopravní výškou.
Rozdíl tlaku ∆pD Rozdílem tlaku ∆pD se rozumí snížení tlaku v potrubním systému s variabilním průtokem při objemu průtoku V100. Je výchozí veličinou při volbě snížení tlaku ∆pv100 na zcela otevřeném akčním členu. Pro trojcestné ventily platí následující přiblížení:
Přesný propočet ∆pvo vyžaduje stanovení snížení tlaku na ochozu. Propočet je náročný. Přiblížení podává dostatečně přesný výsledek.
Parametry pro výběr servopohonu Diference tlaku ∆pmax. ∆pmax je největší přípustná diference tlaku, při které ještě servopohon těsně uzavírá ventil. Ve směrnicích pro měření (listy 4002, 4003, 4004) je uvedeno, jak se má stanovit ∆pmax pro příslušné použití. Přípustné hodnoty pro jednotlivé servopohony vyplývají z katalogových listů regulačních ventilů a přístrojů (4100-4499 a 4010). Příklad z listu 4010: Průchozí ventily PN 16 s elektrohydraulickými servopohony SK...
Diference uzavíracího tlaku ∆ps Diference uzavíracího tlaku je nejvyšší diferenční tlak, při kterém je nouzová zabezpečovací funkce ještě schopna regulační ventil uzavřít (údaj ∆ps má smysl pouze u průchozích ventilů). U zařízení na horkou vodu a podobných se zvláštními bezpečnostními opatřeními (jako např. u napojení dálkového topení musí být havarijní funkce v každém případě schopna uzavřít ventil. Nejkritičtější případ nastane tehdy, když provozní tlak postupně klesne na tlak atmosférický p0. V tomto případě musí ventil uzavřít vůči celému přetlaku. Vznikající diferenční tlak je nyní podstatně větší než pmax., který vzniká při normálním provozu.
V podkladech k regulačním ventilům jsou uvedeny hodnoty ∆ps pro veškeré jmenovité dimenze ventilů a typy pohonů. Kavitace Díky vysokým rychlostern média v nejužším průřezu ventilu vzniká místně podtlak (P2) Jestliže podkročí tlak média při varu, vzniká kavitace. Přitom se podél stěn zplyňuje kapalina a tvoří se bubliny. Na místě stoupajícího tlaku (P3) kapalina opět narazí na stěny a vymývá je jako proud písku Se stoupající kavitací vzrůstá také nárazovitě hlučnost. Kavitaci je možno zabránit omezením diferenčního tlaku na servopohonu v závislosti na teplotě média a vstup. tlaku. Podrobnější údaje a hodnoty viz list 4003.
Charakteristika regulačních ventilů Charakteristika - základní tvar Základní tvar charakteristiky je matematickým opisem teoretické charakteristiky. Rozlišujeme dva základní tvary charakteristiky: - lineární - ekviprocentní (rovnoprocentní) Základní charakteristika Základní charakteristikou je skutečně dosažená charakteristika. Zobrazuje souvislost mezi zdvihem a objemem průtoku při konstantním poklesu tlaku na nastavovacím členu.
Základní charakteristika trojcestných ventilů LANDIS & GYR.
Charakteristika průtoku Průtoková charakteristika určitého regulačního ventilu za normálních podmínek je charakterizována různými hodnotami KV. Hodnota KV (m3/h) Pod pojmem hodnota KV se rozumí průtok vody v m3/hod (o teplotě 5 až 30°C), které při ztrátě tlaku 100kPa (=1bar) projde ventilem při daném zdvihu H. Hodnota kvs ( m3/h) Pro označení typu ventilu (konstrukční série) se udává hodnota kvs, která představuje předpokládanou hodnotu kv při jmenovitém zdvihu ventilu H100. Hodnota kvr (m3/h) Hodnota kvr je ta nejmenší hodnota kv, při které je ještě dodržena klesající tolerance charakteristiky. Může se také označit jako nejmenší regulovatelná hodnota kv.
Nastavovací poměr SV Označuje vztah mezi hodnotou kvs a hodnotou kvr.
SV =
průtoku a lineární bypasovou základní charakteristikou se všeobecně dosáhne dobré konstanty množství.
k vs k vr
Hodnota kvr a nastavovací poměr jsou důležitými parametry pro posouzení regulovatelného rozsahu regulačního ventilu. Hodnota kv0 (m3/h) Hodnota kv0 je teoretickou veličinou. Používá se pouze pro matematický popis charakteristiky základního tvaru. Je průsečíkem charakteristiky základního tvaru a osy druhé souřadnice. Charakteristiky zařízení Charakteristika provozu Charakteristika provozu zobrazuje souvislost mezi zdvihem a objemovým průtokem ventilu zabudovaného do hydraulického obvodu. Odchyluje se od základní charakteristiky, protože v zařízení není konstantní diference tlaku na ventilu. Měřítko odchylky (PV) od ideální charakteristiky ventilu.
PV =
závislost celkové množství na tlakových poměrech Charakteristika výměníku tepla Charakteristika výměníku zobrazuje souvislost mezi průtokem a výkonem výměníku. Podle teplotního rozdílu mezi teplo přijímajícím a teplo vydávajícím médiem se charakteristika výměníku tepla více nebo méně zakřivuje. Níže uvedený diagram zjednodušeně zobrazuje závislost mezi výkonem a průtokem podle oblastí použití.
∆Pv100 ∆Pv 0
Provozní charakteristika průtokových ventilů - topení s regulací dle venkovní teploty - chladič vzduchu - topení s regulací dle pokojové teploty - ohřívač vzduchu s konstantním průtokem - ohřívač vzduchu s variabilním průtokem Bližší údaje o charakteristice výměníku tepla viz. list 4005. Provozní charakteristika servocharakteristika servopohonu s lineární základní chaekviprocentní základní rakteristikou (platí pro ventily
Provozní pohonu s charakteristikou VVF... a VVG...
firmy LANDIS & GYR)
Charakteristika regulace Charakteristika regulace zobrazuje souvislost mezi zdvihem a výkonem. Může být sestavena z provozní charakteristiky a charakteristiky výměníku tepla.
Provozní charakteristika trojcestných ventilů Provozní charakteristika trojcestných ventilů je ovlivněna nejen nekonstantní diferencí tlaku na ventilu, ale navíc ještě charakteristikou ochozu. Tento vliv je ovšem zanedbatelně malý, takže konstantu ventilu PV je možno zjednodušeně zobrazit následovně. Důležitý je ale průběh celkového množství v celém rozsahu zdvihu; má být pokud možno konstantní. U trojcestných ventilů s ekviprocentní charakteristikou
PV =
∆Pv100 ∆Pv100 ≈ ∆Pv 0 ∆Pv100 + ∆PD
provozní charaktecharakteristika charakteristika
charakteristika výměníku tepla
regulační
Pro bezvadnou funkci regulačního okruhu je nutné, aby regulační charakteristika byla pokud rnožno lineární. Při projektování zařízení je možno ovlivnit regulační Charakteristiky veličin V oblasti vytápěcí, větrací a klimatizační techniky se dosáhne dobré regulační charakteristiky, pokud se dodržují následující zásady: 1. Volba tlakové diference Pv100 ∆PV100 ≥ ∆PD Slovy vyjádřeno: Při zcela otevřeném regulačním ventilu - při průtoku o objemu V100 - musí být pokles tlaku na ventilu alespoň tak velký jako je tlak v potrubní síti s variabilním průtokem. 2. volba charakteristik - základní tvar Topení, chladiče vzduchu: ekviprocentní základní charakteristika nebo lineární ohřev vzduchu: ekviprocentní charakteristika Regulace v oblasti malého zatížení Ventily mají v bodě otevření nárůst množství průtoku ve skocích, tzv. skokovou změnu množství Vmin. Její velikost závisí na: - neměnné velikosti "hodnoty kvr" popř. "poměru nastavení Sv" - proměnlivých veličinách "diference tlaku Pv0" popř. "hodnotě ventilu Pv"
charakteristiku volbou odchylky ventilu PV a typem základní charakteristiky. schopnosti regulace a servopohonu. Jestliže nejmenší výkon Qmin , který je nutno regulovat, vyžaduje objem průtoku menší než Qmin , pak akční člen pracuje v provozu otevřeno-zavřeno. Pro ventily s Sv=50 a Sv=100 (ventily LANDIS & GYR) pak můžeme Qmin. (100% z Q100) při různých hodnotách Pv ventilů vyčíst z následující tabulky Hodnota Pv ventilu
0,5
poměr nastavení • topení sledující počasí – venkovní teplotu • chladič vzduchu • topení s regulací pokojové teploty • ohřívač vody s regulací pokojové teploty • ohřívač vzduchu s variabilním průtokem
50 ~ 5%
~ 10%
~1
100 50 100 ~ 2,5 % ~ 3 % ~ 1,5 %
~%
~ 8%
~ 4%
~ 16% ~ 10% ~ ~ 6% 12%
Při regulaci ohřívačů vzduchu se nesmí v provozu otevřeno-zavřeno vyskytovat žádné kolísání teploty (jejich velikost musí posoudit projektant). Podle následující rovnice a pomocí faktoru "f“ z tabulky je možno propočítat kolísání teploty vzduchu ∆tL (při použití ventilů LANDIS & GYR). ∆tL=f.Yh Yh = rozsah nastavení f = redukční faktor ∆tL = kolísání teploty vzduchu Hodnota ventilu poměr nastavení ohřívač vzduchu s - variabilním průtokem - konstantním průtokem
Pv Sv f f
50 0,03 0,02
0,5 100 0,02 0,01
50
~1 100
0,02 0,01 5
Příklad Pv=0,5 - tLe = -15°C (teplota vstupního vzduchu) - tLa = +25°C (teplota vystupujícího vzduchu) Sv=50 - variabilní průtok Yh = 25°C -(-15°C) = 40°C ∆tL = 0,03. 40°C = 1,2°C = ± 0,6°C
Diagramy ukazují - větší hodnota ventilu Pv má za následek menší skok změny množství. - větší poměr nastavení Sv má za následek menší skok změny množství. Skoková změna množství odpovídá nejmenšímu regulovatelnému objemu průtoku Vmin. Menší průtoky než Vmin už nemohou být regulovány kvůli rozlišovací
Přesný propočet Qmin a f se provádí pomocí technického listu 4005.
0,01 0,01
