Гидравлика систем отопления и охлаждения

Равнопроиентная рабочая расходная характеристика клапана

Клапаны, показанные на рис. 3.10, имеют равнопроцентную (лога­рифмическую) расходную характеристику Клапаны серии VF 2 и VRB 2 выполнены двухходовыми. Третий проход у них заглушен. Все клапаны, за исключением MSV-C, являются седельными и предна­значены для совместной работы с электроприводами типа AMV.

авторитетов. Расход воды в этом клапане определяют по встроенной рас­ходомерной шайбе.

Клапаны с рав­нопроцентной рабо­чей характеристикой в идеальных услови­ях обеспечивают во всем диапазоне регу­лирования одинако­вое изменение рас­хода (относительно исходного расхода) при равном переме­щении затвора клапа­на. Так, на примере рабочей расходной характеристики (рис. 3.11) при дви­жении затвора с от­носительного поло­жения Мцдо = 0,2 до

h/hl00= 0,4 соотношение J7VU)0 изменится от 0,085 до 0,161, т. е. на 0,075, что составляет 87 % от исходного относительного расхода 0,085. При перемещении от 0,6 до 0,8 относительный расход изменится с 0,3 до 0,56, т. е. на 0,26, или те же 87 %. Математическое описание такой зави­симости имеет вид:

лг/гш

- = const = с.

A h/hmn-V/Vm

'400 г 7 М00

В реальности рабочая расходная характеристика обычно отличается от идеальной характеристики в зависимости от базового авторитета и точности заводского изготовления клапана. Допустимые отклонения регламентируются нормами, например, VDI/VDE 2173. Так, отклонение пропускной способности клапана при полном открытии не должно отли­чаться более, чем на ±10 % от параметра kvs; наклон отклонения рабочей характеристики от номинальной характеристики, совмещенных в систе­ме координат Iog(kv/kvs) =f(h/hmy), не должен превышать 30 % в области 0,1 ^ Мг10о - 1. Регламентируется также допустимое отклонение потока на начальном участке регулирования. Здесь регулирование не определя­ется общей зависимостью, т. к. кривая характеристики пересекает ось ординат выше нулевого расхода. Это означает, что происходит скачок
расхода, т. е. теряется управляемость клапана. Для улучшения регулиру­емости клапана на этом участке зависимость расхода от хода штока осу­ществляют по иному закону, например, линейному. При этом нижняя граница управляемости клапана kw/krs должна быть как можно меньшей. Приемлемую идеальную расходную характеристику клапана для систем обеспечения микроклимата получают при постоянной с > 3. Это дает возможность начинать регулирование с 1...3 % относительного расхода, что несколько хуже, чем у клапанов с линейной характеристикой, где регули­рование осуществляется почти с нуля. Одним из вариантов улучшения ре­гулируемости клапана является модификация вышеприведенной матема­тической зависимости таким образом, чтобы регулирование начиналось также с нулевого расхода [20]. Такие клапаны называют клапанами с моди­фицированной равнопроцентной рабочей характеристикой.

Равнопроцентная рабочая характеристика, как и линейная, зависит от полного внешнего авторитета клапана на регулируемом участке. Ее ис­кажение тем значительнее, чем меньше этот авторитет. Математическое описание искажения идеальной расходной равнопроцентной характерис­тики клапана в зависимости от авторитета представлено в работе [24]:

Определение настройки регулирующего клапана с резьбовым шпинделем осуществляют преобразованием уравнения (3.22), изложен­ным в п. 3.4.1. В результате уравнение настройки клапанов с равнопро­центной расходной характеристикой принимает вид:

In -

Либо, осуществляя замену внешнего авторитета а и расхода Vwo соответствующие отношения перепадов давлений (см. п. 3.4.1):

При балансировке системы клапанами с равнопроцентной расход­ной характеристикой расход теплоносителя определяют путем последо­вательного приближения к истинному значению. Для этого обеспечива­ют постоянство перепада давления на регулируемом участке. По на­стройке п и измеряемому перепаду давления ДPv на регулирующем кла­пане определяют расход и сравнивают его с номинальным значением. Расчеты производят по формуле:

(3.25)

В уравнениях (3.22)...(3.25) не учтена линейная составляющая рав­нопроцентной расходной характеристики вблизи положения штока "за­крыто". Этой области клапана присуща погрешность регулирования около 10...15 %. На практике следует избегать установки клапана в этой области не столько из-за погрешности, сколько из-за невозможности ма­нипулирования расходом регулируемого участка при наладке системы.

Для упрощения определения расхода теплоносителя при баланси­ровке системы регулирующие клапаны MSV-C изготавливают со встро­енной расходомерной шайбой (диафрагмой). По ее пропускной способ­ности и перепаду давления на ней рассчитывают расход теплоносителя (табл. 3.1). Устройство PFM-3000 (см. п. р. 10.6) это делает автоматически. Расход воды G, кг/ч, плотностью р = 1000 кг/м3 в расходомерных шайбах можно найти также по уравнению [18]:

(3.26)

где dd — диаметр отверстия диафрагмы, мм; ДР — потери давления на диафрагме, Па.

У регулирующего клапана с равнопроцентной расходной характе­ристикой можно получить примерно линейную рабочую характеристи­ку (см. диагональ на рис. 3.11) путем изменения внешнего авторитета. Это делает его более универсальным, чем клапан с линейной характери­стикой, у которого достичь логарифмической зависимости расхода от хода штока изменением внешнего авторитета невозможно. Логарифми­ческая характеристика преобразуется в идеальную линейную при полном внешнем авторитете регулирующего клапана а* = 0,1...0,3 (10...30 %). Таким образом, замена клапана с линейной на клапан с лога­рифмической характеристикой дает возможность значительно умень­шить потери давления на рабочем участке и, следовательно, снизить расходы на перекачку теплоносителя.

Пример 5. Регулирующий клапан MSV-C d = 15 мм имеет равнопро­центную расходную характеристику. Зависимость пропускной способ­ности клапана от настройки приведена в таблице, предоставляемой производителем.

Необходимо определить базовый авторитет клапана.

Решение. Базовый авторитет клапана рассчитывают из уравнения настройки (3.23), записанного в виде:

« 1_е2с(1

В данном примере следует принимать внешний авторитет а = 1, исходя из условий гидравлического испытания клапана. Для клапана MSV-C d = 15 мм принимают с = 4. Тогда, подставляя максимальные па­раметры из последней колонки, а промежуточные из любой другой колон­ки таблицы, например, для настройки 5, находят базовый авторитет:

_!-(!, 75/1,45)2 °б J _ g2x4(l-5/8) 0,024.

Для большей точности данного параметра рассчитывают его при каждой настройке и находят среднеарифметическое значение. Резуль­таты расчетов приведены в таблице.

Среднеарифметическое значение а6 = 0,023.

Незначительный разброс табличных значений базового авторитета вы­зван округлением пропускной способности клапана, погрешностью его гид­равлического испытания и округлением постоянной с. Предлагаемые ана­литические зависимости могут точнее определять пропускную способность клапана при известном значении постоянной с. Для этого необходимо лишь с достаточной достоверностью протестировать клапан по одной настройке.

Таким образом, из рассмотренного примера 5 видно, что регулирова­ние потока данным клапаном при внешнем авторитете а = 1 осуществля­ется не по идеальной, а по рабочей расходной характеристике с полным внешним авторитетом а+ = 0,023. Её дальнейшая деформация будет про­исходить при изменении внешнего авторитета. Существующая практика проектирования систем обеспечения микроклимата, как правило, не учитывает должным образом базовую деформацию. В примере 6 рассмо­трено влияние внешнего авторитета регулирующего клапана с равно­процентной расходной характеристикой на положение настройки.

Пример 6. Проектируют систему обеспечения микроклимата с от­ветвлением (стояком или горизонтальной веткой). Ближайшим и един­ственным автоматическим устройством стабилизации давления в систе­ме является регулятор перепада давления, установленный в индивидуаль­ном тепловом пункте по схеме на рис. 3.3,г. Поддерживаемый им перепад давления АР = 0,40 бар. Сопротивление регулируемого у частка без учета потерь давления на регулирующем клапане составляет ДР = 0,20 бар. Номинальный расход теплоносителя на регулируемом участке равен VN = 0,6 м3/ч.

Необходимо подобрать регулирующий клапан и определить настройку для увязки ответвления.

Решение. Гидравлическое увязывание ответвления обеспечивают определением настройки регулирующего клапана на перепад давления:

APV = АР - АР' = 0,40 - 0,20 = 0,20 бар.

По уравнению из табл. 3.1 находят расчетную пропускную способ-

носпгь клапана:

к - *N - -1 34 (м3/ч)/бар°'5.

Подбирают регулирующий клапан с большим значением макси­мальной пропускной способности. Таковым является клапан MSV-C d = 15 мм с равнопроцентной расходной характеристикой. Макси­мальная пропускная способность клапана kvs = 1,75 (м3/ч)/бар°'5. Зна­чение расчетной пропускной способности находится в середине регу­лируемого диапазона (см. kv в таблице примера 5). Это является луч­шим проектным решением, т. к. позволяет в дальнейшем осуществ­лять наладку системы в равной степени как закрыванием, так и от­крыванием клапана.

При выборе настройки, особенно в системах с переменным гидрав­лическим режимом, следует стремиться к тому, чтобы клапан был открыт не менее чем на 20 % от kvs и не более чем на 80 % от kvs. Необ­ходимо также, чтобы номинальный расход на клапане был не ниже ре­комендуемого производителем минимального расхода, определяемого

по допустимой точности измерения расходомерной шайбой. Мини­мально допустимый расход теплоносителя на выбранном клапане составляет 0,055 л/с.

Среднее значение базового авторитета клапана а6 = 0,023 (см. пример 5). Минимальные потери давления на клапане при номинальном расходе:

Внешний авторитет клапана:

а =------------------------------------- —= =0,371

APVS+AP~ 0,118+0,20

Полный внешний авторитет клапана:

а+ = аб а = 0,023 х 0,371 = 0,0085.

Настройку принимают с округлением до указанной на шкале дольной кратности. У данного типа клапана шкала настройки размечена через десятые доли, следовательно, устанавливают настройку п = 4,6.

Определить настройку регулирующего клапана можно также по диа­грамме, графику или таблице, которые предоставляет производитель. В данном примере — по таблице из примера 5. Настройку находят интер­полированием табличных значений. Для обеспечения расчетной пропуск­ной способности 1,34 (м3/ч)/бар0-5 необходимо установить клапан на настройку п = 4,6.

Как следует из примера 6, теоретический подход полностью соот­ветствует данным производителя, полученным экспериментальным путем. По обоим методам настройка клапана п = 4,6. В то же время, тео­ретический расчет на основании общего внешнего авторитета отобра­жает регулируемость участка системы любой конфигурации, предоста­вляет возможность получения требуемых регулировочных характери­стик объекта регулирования путем манипулирования внешними авто­ритетами как автоматических, так и ручных клапанов, выявляет чувствительную область хода штока клапана, создавая пропорциональ­ное регулирование объекта и предотвращая работу клапана в двух­позиционном режиме.

Следует также учитывать, что ручные балансировочные клапаны с любой расходной характеристикой, в том числе и логарифмической, це­лесообразно применять в системе с постоянным гидравлическим режи­мом, так как их внешние авторитеты практически не изменяются при ее работе. Если ручные балансировочные клапаны применены в системе с переменным гидравлическим режимом, к тому же с низкими внешними авторитетами, то изначально закладываются неблагоприятные условия работы системы вследствие изменчивости внешних авторитетов. Не - учет влияния внешних авторитетов при расчете такой системы приво­дит к усложнению пусконаладочных работ.

При балансировке системы положение настройки клапана MSV-C опре­деляют измерительным устройством PFM-3000. Наличие у клапана встро­енной расходомерной шайбы упрощает установку номинального расхода — вращением рукоятки клапана до совпадения с показаниями PFM-3000, при этом обеспечивают постоянный перепад давления на регулируемом участке. Расход на клапане можно определить и другими приборами (устройствами), измерив перепад давления на расходомерной шайбе. По нему и пропускной способности диафрагмы, которую предоставляет производитель в техничес­ком описании, рассчитывают расход из уравнения в табл. 3.1.

Пример 7. В действующей системе обеспечения микроклимата на ответвлении (стояке или горизонтальной ветке) установлен регулиру­ющий клапан MSV-C d = 15 мм. Пропускная способность его расходо­мер ной шайбы kvs = 1,799 (м3/ч)/бар°’5. Номинальный расход тепло­носителя на регулируемом у частке равен VN = 0,6 м3/ч.

Необходимо обеспечить номинальный расход теплоносителя на регулируемом участке.

Решение. Номинальный расход на клапане будет обеспечен при пере­паде давления на измерительных штуцерах клапана:

О

АР = —!—- = ОД 1 бар.

1,799 F

Логарифмическую (равнопроцентную) расходную характеристику клапана можно приблизить к линейной путем изменения внешнего авторитета.

Логарифмическая расходная характеристика клапана не претерпе­вает существенного изменения при внешнем авторитете 0,5... 1,0.

С уменьшением внешнего авторитета ниже 0,5 логарифмическая рабочая расходная характеристика клапана значительно искажа­ется, что следует учитывать при обеспечении регулируемости си­стемы и возможности ее наладки.

Для упрощения расчетов и наладки системы, а также уменьшения погрешности потокораспределения рекомендуется применять автоматические регуляторы перепада давления на стояках вер­тикальных или на приборных ветках горизонтальных систем, обес­печивая внешние авторитеты клапанов а > 0,5.