Подбор Kvs клапана и циркуляционного насоса

Kvs клапана – характеристика пропускной способности клапана; условный объемный расход воды через полностью открытый клапан, м3/час при перепаде давлений 1 Бар при нормальных условиях. Указанная величина является основной характеристикой клапана.

Для расчета Kvs можно использовать график зависимости перепада давления на клапане от Kvs и объемного расхода.

ПОДБОР ТРЕХХОДОВОГО СМЕСИТЕЛЬНОГО КЛАПАНА

Обозначение	Единица	Описание
Kv	м3/ч	Коэффициент расхода в составляющих единицах расхода
Kv100	м3/ч	Коэффициент расхода при номинальном сдвиге
Kvmin	м3/ч	Коэффициент расхода при минимальной норме расхода
Kvs	м3/ч	Условный коэффициент расхода арматуры
Q	м3/ч	Объемный расход в рабочем режиме (T1, p1)
Qn	Нм3/ч	Объемный расход в нормальном состоянии (0 оC, 0.101 MПа)
sub>1	МПа	Абсолютное давление перед регулирующим вентилем
sub>2	МПа	Абсолютное давление зарегулирующим вентилем
sub>s	МПа	Абсолютное давление насыщенного пара при данной температуре (T)
Δp	МПа	Перепад давления на регулирующем вентиле (Δp = p1 - p2)
ρ1	кг/м3	Плотность рабочей среды в режиме эксплуатации (T1, p1)
ρn	кг/Нм3	Плотность газа в нормальном состоянии (0 C, 0.101 MПa)
T1	К	Абсолютная температура перед вентилем (T1 = 273 + t )
r	1	Регулирующее отношение

Вычисление коэффициента Kv

Основной расходной характеристикой регулирующей арматуры является условный коэффициент расхода Kvs. Его величина обозначает характерный расход через данную арматуру в четко установленных условиях при 100%-ом открытии. Для выбора регулирующей арматуры с тем или иным значением Kvs необходимо произвести расчет коэффициента расхода Кv, который определяет объемный расход воды в м³/час , который протечет через регулирующий клапан в определенных условиях (потеря давления на нем в 1 бар, температура воды 15 ^оС, турбулентное течение, достаточное статическое давление, исключающее возникновение кавитации в указанных условиях).

Ниже в таблице приведены формулы расчета Кv для различных сред

		Потеря давления p2 > p1/2 Δp < p1/2	Потеря давления p2 ≥ p1/2 Δp ≤ p1/2
Кv =	Жидкость	Q/100 x √ ρ1/Δp
Газ	Q/5141 x √ ρ1*T1/Δp*p2	2*Qn/5141*p1 x √ ρn*T1

Преимуществом данного коэффициента является его простая физическая интерпретация и то, что в тех случаях, когда рабочей средой является вода, можно упрощенно рассчитать расход прямой пропорцией к корню квадратному перепада давления. Достигнув плотности 1000 кг/м³ и задав перепад давления в барах, получим простую и самую известную формулу для расчета Кv:

Кv = Q / √ Δp

На практике вычисление коэффициента расхода производится с учетом состояния регулирующей цепи и рабочих условий материала по приведенным выше формулам. Регулирующий клапан должен быть подобран так, чтобы он был способен регулировать максимальный расход в данных эксплуатационных условиях. При этом следует контролировать чтобы наименьший регулируемый расход также поддавался регулированию.

При условии, что регулирующее oтношение клапана: r > Kvs / Kv_min

По причине возможного минусового допуска 10% значения Kv₁₀₀ относительно Kvs и требования касательно возможности регулирования в области максимального расхода (снижение и повышение расхода) рекомендуется выбирать значение Kvs регулирующего клапана, которое больше максимального рабочего значения Kv:

Kvs = 1,1 ÷ 1,3 Kv

При этом необходимо принимать во внимание содержание “предохранительного припуска” в расчете предполагаемого значения Q_max, который может стать причиной завышения производительности арматуры.

Упрощенный процесс расчета трехходового смесительного клапана

Исходные данные: среда - вода 90 ^оС, статическое давление в точке присоединения 600 кПа (6 бар),

Δp_{насос 02}= 35 кПа (0,35 бар), Δp_{трубопр}= 10 кПа (0,1 бар), Δp_{теплообм}= 20 кПа (0,2 бар),

номинальный расход Q_ном= 5 м³/ч.

Типовая схема компоновки регулирующего контура с использованием трехходового смесительного клапана показана на рисунке приведенном ниже.

Δp_{насос 02} = Δp_клапан + Δp_{теплообм +} Δp_{трубопр}

Δp_клапан= Δp_{насос 02} - Δp_{теплообм} - Δp_{трубопр} = 35 - 20 - 10 = 5 кПа (0,05 бар)

Kv = Q_ном /√Δp_клапан= 5 / √0,05 = 22,4 м³/ч

Предохранительный припуск (при условии, что расход Q не был завышен):

Kvs = (1,1 ÷ 1,3) * Kv = (1,1 ÷ 1,3) * 22,4 = 24,6 ÷ 29,1 м³/ч

Из серийно производимого ряда Kv величин выберем ближайшую Kvs величину, т.е. Kvs = 25 м3/ч. Этой величине соответствует регулирующий клапан диаметром DN 40.

Определение гидравлических потерь на выбранном клапане при полном открытии и заданном расходе

Δp_{клапан Н100}= (Q_ном / Kvs)² = (5 /25)² = 4 кПа (0,04 бар)

Предупреждение: У трехходовых клапанов самым главным условием корректного функционирования является соблюдение минимальной разности давлений на патрубках A и B. Трехходовые клапаны в состоянии справиться и со значительным дифференциальным давлением между патрубками A и B, но за счет деформации регулирующей характеристики, происходит ухудшение регулирующих способностей. Поэтому при малейшем сомнении относительно разности давлений между обоими патрубками (например, в случае, если трехходовой клапан прямо присоединен к магистральной сети), рекомендуем для качественного регулирования использовать двухходовой вентиль.

Определение авторитета выбранного клапана

Авторитет прямой ветви трехходового клапана в таком соединении, при условии постоянного расхода по контуру потребителя

а = Δp_{клапан Н100} / Δp_{клапан Н0} = 4 / 4 = 1

Обозначает, что зависимость расхода в прямой ветви клапана соответствует идеальной расходной кривой клапана. В данном случае Kvs обеих ветвей совпадают, обе характеристики линейные, значит, суммарный расход почти постоянный.

Комбинацию равнопроцентной характеристики на пути A, с линейной характеристикой на пути B, бывает иногда выгодно выбрать в случаях, когда невозможно избежать нагрузки вводов А относительно В дифференциальным давлением, или если параметры на первичной стороне слишком высокие