Automatyzacja w ogrzewnictwie i Automatyzacja w ogrzewnictwie i klimatyzacji klimatyzacji

Automatyzacja w ogrzewnictwie i Automatyzacja w ogrzewnictwie i

klimatyzacji klimatyzacji

Ćwiczenie 4

PRZYKŁAD DOBORU

ZAWORÓW REGULACYJNYCH

JEDNODROGOWYCH

Zasady doboru zaworów regulacyjnych Zasady doboru zaworów regulacyjnych

1. W praktyce w instalacjach ogrzewania należy preferować zawory o charakterystyce stałoprocentowej.

2. W celu osiągnięcia możliwie dobrej jakości regulacji instalacji w zakresie najmniejszego obciążenia należy wybrać możliwie duży stosunek regulacji (≥25, 30 a najczęściej 50).

3. Podstawą do doboru średnicy nominalnej zaworu regulacyjnego jest obliczenie współczynnika przepływu Kvs

[m3/h]

gdzie:

V^s[m3/h] – obliczeniowy strumień objętości wody,

Δp_z100 [bar] – strata ciśnienia na zaworze regulacyjnym całkowicie otwartym.

Dla założonej wartości współczynnika )

( ₁₀₀

100 Z S

Z a p p

p = ⋅ ∆ + ∆

∆

S

Z p

a

p a ⋅ ∆

= −

∆ ¹⁰⁰ 1

Zasady doboru zaworów regulacyjnych

100 Z S

VS p

K V

= ∆

s z

z

p p

a p

∆ +

∆

= ∆

100 100

Spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym Spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym

• Minimalny spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym jako Δp ≥ 0.1 bar ( np. wg. Simensa Δp ≥ 0.03) .

• W instalacjach parowych przy w obliczeniach Kv zaworów regulacyjnych należy przyjmować

0.4÷0.5 (P¹-1) bar

P1- ciśnienie pary przed zaworem w [bar]

=

∆ p

Dobór średnicy zaworu Dobór średnicy zaworu

4. Po obliczeniu współczynnika przepływu K_VS z katalogu zaworów dobieramy średnicę zaworu o wartości K_VS najbliższej mniejszej (jeżeli pozwala na to ∆p^d) od wyliczonej.

5. Sprawdzamy rzeczywistą wartość [bar]

a następnie rzeczywistą wartość autorytetu zaworu a.

4. W katalogu sprawdzamy pozostałe parametry zaworu:

• dopuszczalne ciśnienie robocze (materiał zaworu),

• maksymalną dopuszczalną temp. czynnika grzejnego,

• charakterystykę przepływową (powinna być stałoprocentowa),

• zdolność regulacyjną (stosunek regulacji ≥ 25),

• rodzaj połączenia (gwintowe, kołnierzowe).

2

100 



=

∆

VS RZ s

Z K

p V

Dopuszczalny spadek ciśnienia na zaworze Dopuszczalny spadek ciśnienia na zaworze

Dopuszczalny spadek ciśnienia na zaworze, zabezpieczający przed kawitacją, nie może przekraczać dopuszczalnych wartości określonych zależnością:

Δp

≤ Z (p

– p

)

gdzie:

• p

- ciśnienie przed zaworem,

• p

- ciśnienie nasycenia dla danej temperatury,

• Z - współczynnik o wartościach Z = 0,5÷0,8.

Zadanie Zadanie

• Dobrać średnice zaworów regulacyjnych przelotowych w obwodach regulacji: c.o. i c.w.u. oraz obwodzie regulacji różnicy ciśnień i przepływu, w węźle ciepłowniczym wykonanym zgodnie z załączonym schematem ideowym.

Przygotowanie danych wyjściowych do Przygotowanie danych wyjściowych do

obliczeń obliczeń

• Najczęściej przystępując do doboru elementów układu automatycznej regulacji dysponujemy danymi z projektu technologicznego węzła:

• Obliczeniowe strumienie objętości wody sieciowej:

V_SCO = 7 m³/h, V_SCWU = 3 m³/h, V_SC = 10 m³/h

• Spadki ciśnienia na przewodach i urządzeniach węzła ciepłowniczego (zgodnie z oznaczeniami na schemacie węzła): Δp_1-2 = 10 kPa, Δp_WCO = 25 kPa, Δp_WCW(I) = 23 kPa, Δp_WCW(II) = 15 kPa, Δp_2-5 = 5 kPa, Δp_5-WCO-6 = 8 kPa,

• Δp_5-WCWII-6 = 4 kPa, Δp_6-WCWI-3 = 7 kPa, Δp_3-4 = 11 kPa.

• Ciśnienie dyspozycyjne węzła: Δp_d =Δp_1-4 = 3 bar.

Schemat obliczeniowy Schemat obliczeniowy

w.z.

c.o.

LC1

LC2

sieć

cyrk.

c.w.u.

1 2

3 4

5

6

WCO WCWII

WCWI

Zco Zcw

ZRRC

Δp^RRC

Dane wyjściowe do obliczeń Dane wyjściowe do obliczeń

• Obliczeniowe strumienie objętości wody sieciowej:

V_SCO = 7 m³/h, V_SCWU = 3 m³/h, V_SC = 10 m³/h

• Spadki ciśnienia na przewodach i urządzeniach węzła ciepłowniczego:

Δp_1-2 = 10 kPa, Δp_WCO = 25 kPa, Δp_WCW(I) = 23 kPa, Δp_WCW(II) = 15 kPa, Δp_2-5 = 5 kPa, Δp_5-WCO-6 = 8 kPa, Δp_5-WCWII-6 = 4 kPa, Δp_6-WCWI-3 = 7 kPa, Δp_3-4 = 11 kPa.

• Ciśnienie dyspozycyjne węzła:

Δp_d =Δp_1-4 = 3 bar.

Wartości współczynników przepływu

Wartości współczynników przepływu KK_vsvs przykładowego przykładowego typoszeregu zaworów przelotowych

typoszeregu zaworów przelotowych

Średnica nominalna DN [mm] 15 20 25 32 40 50 Współczynnik KVS [m³/h] 0.2 4.0 8.0 12 20 32 Współczynnik KVS [m³/h] 0.5

Współczynnik KVS [m³/h] 1.0 Współczynnik KVS [m³/h] 2.0

Dane techniczne regulatorów różnicy Dane techniczne regulatorów różnicy ciśnień i przepływu typu 46

ciśnień i przepływu typu 46--7 firmy Samson 7 firmy Samson

Średnica nominalna DN [mm] 15 20 25 32 40 50

Współczynnik K_VS [m³/h] 4 6,3 8.0 12,5 16 20 Nastawa różnicy ciśnień [bar] 0.1-0,5

0,1-1 0,5-2

0,2-0,5 0,2-1 0,5-2 Nastawa strumienia objętości [m³/h] 0,6-2,5 0,8-3,6 0,8-5 2-10 3-12,5 4-15

Obliczenie współczynnika przepływu i dobór średnicy Obliczenie współczynnika przepływu i dobór średnicy

zaworu regulacyjnego w obwodzie

zaworu regulacyjnego w obwodzie c.oc.o. Z. Z_COCO

• Współczynnik przepływu K_vs obliczamy z zależności

m³/h

• Zakładamy stratę ciśnienia w zaworze całkowicie otwartym przyjmując wartość współczynnika autorytetu zaworu a = 0,5 i wówczas

• Strata ciśnienia Δp_SCO w obwodzie regulacji c.o. wynosi

• Δp_Z100 = Δp_SCO = Δp_2-5 + Δp_5-WCO-6 + Δp_WCO + Δp_6-WCWI-3 + +Δp_WCWI = 5+8+25+7+23= 68 kPa

100 Z SCO

VSCO

p

K V

= ∆

SCO SCO

SCO

Z

p p p

a

p a ∆ = ∆

= −

∆

− ⋅

=

∆ 1 0 . 5

5 . 0

100

1

Obliczenie współczynnika przepływu i dobór średnicy Obliczenie współczynnika przepływu i dobór średnicy

zaworu regulacyjnego w obwodzie

zaworu regulacyjnego w obwodzie c.oc.o. Z. Z_COCO

• Po postawieniu danych i wyliczonych wyżej wartości otrzymamy:

• Z katalogu zaworów dobieramy wartość K_VS najbliższą

mniejszą tj. dla zaworu o średnicy nominalnej 25 mm.

• Sprawdzamy rzeczywisty spadek ciśnienia na zaworze

h m

K

8 , 48 / 68

, 0

7

=

=

h m

K_VSCO = 8 ³ /

K bar p V

vsco RZ sco

ZCO

0 , 76

8 7

2

 =



 



= 

 

 

=

∆

Obliczenie współczynnika przepływu i dobór średnicy Obliczenie współczynnika przepływu i dobór średnicy

zaworu regulacyjnego w obwodzie

zaworu regulacyjnego w obwodzie c.w.uc.w.u. Z. Z_CWCW

Współczynnik przepływu K_vs obliczamy z zależności jw.

Δp_Z100 obliczamy przyjmując zalecaną wartość współczynnika autorytetu a = 0.5. Obliczamy wartość spadku ciśnienia na zaworze Z_CW jako równą

• Δp_Z100 = Δp_SCW = Δp_2-5 + Δp_5-WCWII-6 + Δp_WCWII + Δp_6-WCWI-3 + Δp_WCWI = 5+4+15+7+23= 54 kPa

• Współczynnik przepływu zaworu regulacyjnego Z_CW

Z katalogu zaworów dobieramy wartość K_VS najbliższą mniejszą tj.

dla zaworu o średnicy 20 mm.

• Rzeczywisty spadek ciśnienia na zaworze

h p m

K V

Z SCW

VSCW 4,08 /

54 , 0

3 ₃

100

=

∆ =

=

h m K_VSCW = 4 ³ /

bar 56 , 4 0

p 3

2 RZ

ZCW  =



 



= 

∆

SCW SCW

SCW

Z p p p

a

p a ∆ = ∆

= −

∆

− ⋅

=

∆ 1 0.5

5 . 0

100 1

h p m

K V

Z SCW

VSCW ³ /

∆ 100

=

Obliczenie regulowanej różnicy ciśnień regulatora Obliczenie regulowanej różnicy ciśnień regulatora

różnicy ciśnień różnicy ciśnień

• Całkowity spadek ciśnienia w obiegu zaworu c.o.

• Całkowity spadek ciśnienia w obiegu zaworu c.w.u.

• Przyjęto jako regulowaną różnicę ciśnień regulatora różnicy ciśnień wartość większą tj.

•

bar p

p

p_RRC^CO = ∆ _SCO + ∆ _ZCO^RZ = 0,68+0,76 =1,44

∆

bar p

p

p_RRC^CW = ∆ _SCW + ∆ _ZCW^RZ = 0,54+0,56 =1,10

∆

bar p_RRC =1,44

∆

Sprawdzenie rzeczywistych wartości Sprawdzenie rzeczywistych wartości współczynników autorytetu zaworów współczynników autorytetu zaworów

W katalogu sprawdzamy pozostałe parametry zaworu:

• dopuszczalne ciśnienie robocze,

• maksymalną temperaturę czynnika grzejnego,

• charakterystykę przepływową (powinna być stałoprocentowa),

• zdolność regulacyjną (stosunek regulacji ≥25),

• rodzaj połączenia (gwintowe, kołnierzowe).

RRC 100 Z

p a p

∆

= ∆ ^{aCO =} ₁⁰_,^,₄₄^{76 = 0,52 aCW =} ₁⁰_,^,₄₄^{56 = 0,38}

Dobór zaworu oraz regulatora różnicy Dobór zaworu oraz regulatora różnicy

ciśnień i przepływu Z

ciśnień i przepływu Z

• Spadek ciśnienia do wykorzystania na zaworze regulatora różnicy ciśnień Z_RRC

Δp_ZRRC = Δp_1-4 – (Δp_RRC + Δp_1-2 + Δp_3-4 + Δp_m) = 3.0 – (1.44 + 0.1 + 0.11+ 0,2) = 1.15 bar

gdzie: Δp_m =0,2 bar – mierniczy spadek ciśnienia dla regulatora przepływu typu 46-7.

• Współczynnik przepływu zaworu Z_RRC h m

K_VRRC 9,32 / 15

, 1

10 ₃

=

=

Dobór zaworu oraz regulatora różnicy ciśnień i przepływu Dobór zaworu oraz regulatora różnicy ciśnień i przepływu

Z

Z_RRCRRC

• Zgodnie z zaleceniami producenta wybranego regulatora różnicy ciśnień firmy SAMSON

• Przyjęto z katalogu SAMSON zawór typu 46-7 o Kvs=12,5 m3/h i średnicy nominalnej DN 32 mm oraz zakresie nastaw regulowanej różnicy ciśnień Δp_RRC = 0,5÷2,0 bar

• Rzeczywisty spadek ciśnienia na całkowicie otwartym zaworze Z_RRC

h m

K

K_VS = _V ⋅1,25 = 9,32 ⋅1,25 = 11,65 ³ /

K bar p V

p

VS m

RZ

ZRRC 0,2 0.64 0,84

2 5 , 12 2 10

, 0 2

= +

=



 

 +

 =

  +

∆

=

∆

Sprawdzenie zagrożenia kawitacją Sprawdzenie zagrożenia kawitacją

• Zawory montowane w przewodzie powrotnym pracujące przy temperaturach poniżej 100°C nie są zagrożone kawitacją.

• W przypadku zaworów montowanych w przewodzie zasilającym sieci ciepłowniczej dla ekstremalnych warunków: ciśnienia zasilania p₁= 10 bar, temperatury zasilania T_1max=150°C, ciśnienia nasycenia p_s= 4,8 bar

•

• Δp_vmax ≤ Z (p₁ – p_s) = 0.5 (10 – 4.8) = 2.6 bar

• Rzeczywiste spadki ciśnienia na dobranych zaworach są niższe od 2.6 bar. Najwyższa różnica ciśnień to ∆^pRRC =1,44^bar

KONIEC KONIEC

do zobaczenia

J