You are here

Регулирующие клапаны для воды. Практический расчет

В этой статье я расскажу об упрощенной методике подбора регулирующих клапанов для регуляторов давления воды или других жидких сред. В интернете можно найти достаточно много методик, однако, те, что мне попадались, либо слишком сложные, либо на нерусском языке.

Что нам нужно знать минимально для подбора клапана-регулятора?

  1. Размер DN трубопровода
  2. Расход среды (м3/ч)
  3. Температура среды (Т˚С)
  4. Давление перед клапаном (Бар)
  5. Давление после клапана (Бар)

Примечания:

По умолчанию будем считать, что указано абсолютное давление (БарА).

Какой результат нам нужно получить в итоге?

  1. Определить подходящий тип регулятора (шаровый клапан, сегментный кран, дисковый затвор),
  2. Определить необходимый размер регулирующего клапана (DN),
  3. Проверить потенциальный риск кавитации и принять меры по устранению, если потребуется.

Мы не будем останавливаться на конкретных производителях арматуры, по крайней мере, не сейчас.

Итак, нам нужны начальные данные по параметрам среды. Эти параметры меняются в определенных пределах, значит, для правильного подбора регулятора нам нужно знать диапазон изменений параметров среды - максимальный, минимальный и, желательно, номинальный режимы:

Таблица данных для расчета примера.

Очевидно, что   
Под номинальным режимом подразумеваются параметры среды, в которых регулятор будет работать большую часть времени.

 

Определим необходимую пропускную способность (Kv) клапана,

где:

  • Kv –определяется как объем среды, который пройдет через клапан за час при перепаде давления на регуляторе 1 бар и комнатной температуре среды (0-40˚С)
  • ρ – плотность среды (кг/дм3).

Для упрощения вычислений регуляторов для воды можно принять плотность за 1 кг/дм3. Погрешность начальных данных, как правило, сильно превышает погрешность от подобного округления.

Параметры среды у нас изменяются в определенном диапазоне, следовательно, нам нужно получить максимальное и минимальное значение Kv, которыми должен обладать клапан.

Подставим данные из примера:

Следует учесть что нормальный Рабочий диапазон регулирующих клапанов находится в диапазоне 10%-80% хода запорного элемента. Значит, при минимальном требуемом значении Kv клапан должен быть открыт не менее, чем на 10%, от полного хода. Кроме того, у клапана должен быть определенный запас хода, на случай погрешностей задания начальных параметров. К максимальному значению Kv необходимо добавить еще 25-30% - коэффициент безопасности (safety factor). Следовательно, максимальная пропускная способность клапана должна быть

  • где Kvsэто значение максимальной пропускной способности клапана при полностью открытом запорном элементе.

Иногда производители регулирующей арматуры, ориентированные на американский рынок, предоставляют данные по пропускной способности своей продукции не в Kv, а в Cv.

Не беда, значения пересчитываем по формуле:

 

Пропускную способность 747 м3/ч могут обеспечить регуляторы любых типов размером DN150-DN200. Основной трубопровод DN500, следовательно, клапан устанавливаются между коническими переходами.

При установке клапанов меньшего размера, чем трубопровод, необходимо учесть несколько моментов:

  1. Номинальный размер клапана (DN) не должен быть меньше, чем половина (DN) размера самого трубопровода. Это требование основывается на том факте, что любое сужение трубопровода является концентратором механических напряжений. При чрезмерном заужении диаметра механической прочности конических переходов и самого регулятора может быть недостаточно для противостояния механическим нагрузкам от остального трубопровода. Следовательно, минимальный размер DN регулятора - 250.
    Конические переходы места концентрации напряжений
  2. При максимально возможном расходе среды скорость потока не должна превышать определенных пределов. Значение скорости необходимо уточнить у производителя арматуры.  Типовые значения:
  • дисковые поворотные затворы 5 - 7 m/с.
  • шаровые клапаны 12 - 15 m/с.
  • остальные 6 - 10 m/с.

Это - максимальные значения. Изготовитель арматуры может иметь особое мнение относительно этих цифр.

Скорость потока находится в обратной зависимости от квадрата диаметра трубы:

В нашем примере максимальная скорость составит:

Primer 1 velocity formula

Это вполне допустимо для любого типа регулятора.

Продолжение, немного теории.

Vjacheslav Divonin

Russian