Гидравлика систем отопления и охлаждения

Расходная характеристика клапана

Часть перепада давления регулируемого участка теряется на регу­лирующем клапане. Она изменяется в процессе регулирования при пе­ремещении затвора (за рубежом применяют термин «конус») клапана. В то же время изменяется и пропускная способность клапана. В конеч­ном счете изменение пропускной способности клапана зависит от пере­пада давления на клапане, расположения затвора клапана и соотноше­ния потерь давления в регулирующем отверстии полностью открытого клапана к потерям давления на регулируемом участке. Эту взаимосвязь называют пропускной характеристикой клапана.

Пропускная (расходная) характеристика клапана зависимость между относительной пропускной способностью и относительным пе­ремещением затвора клапана при изменении распределения давления между регулирующим отверстием и регулируемым участком. В том слу­чае, если на регулирующем отверстии теряется все давление регулируе­мого участка, пропускную характеристику клапана называют идеальной (внутренней) расходной характеристикой. При любых других соотно­шениях рабочей (эксплуатационной) расходной характеристикой клапана. Все эти характеристики представляют зависимость относи­тельного массового G/Gjqo либо объемного Г7П100 расхода, %, от отно­сительного подъема затвора клапана h/hl00, %.

Клапаны конструируют по законам идеальных расходных характе­ристик, каждому виду которых соответствует определенная форма по­верхности затвора клапана. Затвор клапана изготавливают сплошным с внешним искривлением, что показано на верхней части рис. 3.5, либо

ж

ж

Рис. 3.5. Профили затвора клапана для характеристик:

а - линейной; б - логарифмической; в - параболической; г - логарифмическо-линейной

полым с прорезями или отверстиями на поверхности, что показано внизу этого же рисунка.

Идеальные расходные характеристики клапанов с различным про­филем затвора пред­ставлены на рис. 3.6. Все они пересекают ось ординат несколь­ко выше нулевого

70 расхода. Это вызвано

бо-------------------------------------------------- как техническими,

так и гидравлически­ми причинами, ус­ложняющими регу-

зо-------------- ^—-і—-------------------------- лирование в области,

близкой к полному закрытию клапана: люфтом резьбы о ----------------- шпинделя, перепа-

10 20 30 40 50 60 70 80 90 h/hlm.% г

дом давления с раз­ных сторон затвора клапана, формой по­верхности затвора клапана и т. д. Для каждой конструкции
клапана эту область минимизируют, чтобы не допустить потери регулируемости.

Профили затворов на рис. 3.5,а в идеальных условиях создают ли­нейную зависимость между относительным ходом штока и относитель­ным расходом, изображенную линией 1 на рис. 3.6. В абсолютных коор­динатах линейная характеристика, создаваемая плоским затвором, от­личается от характеристики, создаваемой полым затвором с прямо­угольными отверстиями (окнами). Первая круче второй. Прямоуголь­ные отверстия полого затвора клапана, показанного на нижней части рис. 3.5,а, позволяют точнее регулировать расход теплоносителя.

Криволинейный профиль затвора либо криволинейные отверстия в поверхности полого цилиндрического затвора, изображенные на рис. 3.5,6, при идеальных условиях создают логарифмическую взаимо­связь между относительным ходом штока и относительным расходом. Этой взаимосвязи соответствует кривая 2 на рис. 3.6. При логарифми­ческой характеристике перемещение затвора клапана на одинаковую величину из любого начального положения обеспечивает постоянство доли изменения расхода теплоносителя относительно начального зна­чения. Если указанную долю выражают в процентах, то эту характерис­тику называют равнопроцентной.

Промежуточной между идеальной линейной и идеальной логариф­мической характеристикой является идеальная параболическая харак­теристика (кривая 3 на рис. 3.6). Ее получают при полом цилиндричес­ком затворе с криволинейной прорезью (рис. 3.5,в).

Сочетание различных профилей в затворе клапана дает совмещен­ные расходные характеристики, например, логарифмическо-линейную. Ей присущи черты логарифмической и линейной характеристик в зави­симости от высоты подъема затвора клапана, что отображено кривой 4 на рис. 3.6. Для такой характеристики изготавливают укороченный затвор с неполным логарифмическим профилем поверхности (рис. 3.5,г). Лога­рифмическая характеристика появляется под влиянием криволинейной поверхности затвора клапана, а линейная формируется его нижней час­тью, которая может быть либо плоской, либо несколько выпуклой.

На рис. 3.6 показаны идеальные расходные характеристики. Они могут быть получены только при идеальных условиях, когда все распо­лагаемое давление регулируемого участка теряется в регулирующем отверстии клапана либо терморегулятора. Для этого необходимо, что­бы данный клапан был не только единственным устройством регули­руемого участка, но и чтобы сопротивление корпуса клапана было ну­левым. В реальных условиях это встречается крайне редко. Некоторым приближением является водоразборный кран системы водоснабжения, установленный сразу после насоса. В системах обеспечения микрокли­мата зданий с замкнутой циркуляцией приближения к идеальным усло­виям достигают при схемах на рис. 3.4,6.

В инженерных системах зданий наибольшее распространение по­лучили клапаны с линейной и логарифмической (равнопроцентной) характеристикой. Шире начинают применять клапаны с совмещением этих характеристик. При этом нередко на одном регулируемом участке устанавливают различные клапаны без учета их расходных характе­ристик и возникающего несоответствия декларируемой производите­лем пропускной способности. Такой подход отражается на качестве ре­гулирования и может привести к нарушению оптимального управле­ния системой, а в некоторых случаях — к потере регулируемости. По­этому рассмотрим подробнее идеальные расходные характеристики клапанов и определим их деформации, возникающие при изготовле­нии клапанов и установке их в системе обеспечения микроклимата.

Форма затвора клапана определяется видом идеальной расходной характеристики.

Для практических расчетов применяют рабочую расходную характеристику клапана.