29 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Калькулятор коэффициента пропускной способности Cv

Калькулятор значений среды

Калькулятор значений среды позволяет надежно и просто рассчитать коэффициенты пропускной способности, расхода и падения давления.

При правильном выборе типа и размеров клапана решающим фактором могут стать различные расчетные значения. Так с помощью значений коэффициента пропускной способности, расхода и параметров потери давления можно определить правильный клапан, отвечающий нужным требованиям и исполнениям. Рассчитайте эти значения с помощью нашего онлайн-калькулятора значений среды.

Bürkert Fluidik Rechner — бесплатное онлайн-приложение для расчета коэффициента пропускной способности

Хотите рассчитать коэффициент пропускной способности, расход или потерю давления на клапане? Наше бесплатное онлайн-приложение Fluidik Rechner поможет вам в этом! Выбирайте нужный вариант рабочей среды из множества других или указывайте свой собственный.

Коэффициент пропускной способности

Что означает коэффициент пропускной способности Kv

С 50-х годов XX века коэффициент пропускной способности (Kv) означает существующий нормированный показатель достижимого расхода среды, проходящей через клапан. Расчет коэффициента пропускной способности выполняется в соответствии с DIN EN 60 534, при этом коэффициент определяется в соответствии с директивами VDE/VDI 2173 в результате измерения воды при потере давления ок. 1 бар и температуре 5–30 °C. Результат показывается в м3/ч.

Кроме того, этот коэффициент клапана соответствует только определенному ходу клапана, т. е. определенной степени открытия. Таким образом, количество коэффициентов пропускной способности клапана соответствует количеству установочных ступеней. Следовательно, открывающий/закрывающий клапан имеет только один коэффициент пропускной способности, а регулирующие клапаны имеют коэффициенты пропускной способности для каждого положения. Коэффициент для максимального хода 100 % является коэффициентом пропускной способности.

Разница значений Cv и Kv

Часто американская единица измерения значения пропускной способности (Cv) указывается в галлонах/мин (американский галлон в минуту), поэтому она не равна коэффициенту пропускной способности. Существуют следующие формулы пересчета.

Формулы для расчета коэффициентов пропускной способности для различных агрегатных состояний

Расчет Kv для жидкостей

Чтобы рассчитать коэффициент пропускной способности для жидкостей, требуется знать расход в л/мин или м3/ч, плотность рабочей среды перед клапаном и потерю давления при прохождении через клапан, т. е. разность давления на входе и обратного давления.

Q = объемный расход, в м3 3 /ч
Δp = потеря давления, в бар
ρ = плотность жидкости, в кг/м 3

Расчет Kv для газов

При расчете для газов следует различать докритический и надкритический режим потока. Докритический режим означает, что давление на входе и обратное давление клапана определяют расход. Чем выше обратное давление, т. е. давление за клапаном (p2), тем меньше объемный расход.

Надкритический режим означает, что расход зависит только от давления на входе, причем в данном случае возникает эффект расхода Chokings (запирания). При этом при большом перепаде давлений (Δp > p1/2) в самом узком поперечном сечении клапана теоретически возникает скорость звука. Ускоряющаяся при потере давления рабочая среда не может при этом протекать быстрее скорости звука (1 Мах) даже в случае дальнейшего понижения обратного давления. Для газов стандартный расчет выполняется при 1013 гПа и 0 °C с QN как номинальный расход и ρN как номинальная плотность. При этом следует учитывать температурное влияние.

Расчет при докритическом потоке (дозвуковая скорость)

Расчет при надкритическом потоке (звуковая скорость)

p1 = давление на входе, в бар
p2 = обратное давление, в бар
Δp = потеря давления, в бар
QN = объемный расход, станд., B M 3 /ч
ρN = плотность, станд., в кг/M 3
T = абсолютная температура перед клапаном, в К

Структура измерения для расчета коэффициента пропускной способности клапанов

Приведенное ниже изображение показывает структуру измерения для определения коэффициента пропускной способности при данной потере давления. При этом 1 — это образец для испытаний, т. е. проверяемый клапан, а 2 — расходомер. В опытной установке есть, кроме того, точки измерения для давления на входе (3) и обратного давления (4), а также клапан регулировки расхода (5). Наконец, для измерения газообразных сред подключен прибор для измерения температуры (6).

1 Образец для испытаний
2 Расходомер 3 Манометр: давление перед клапаном (давление на входе)
4 Манометр: давление за клапаном (обратное давление)
5 Клапан регулировки расхода
6 Прибор для измерения температуры

Интенсивность расхода

Что значит интенсивность расхода Q?

Другим коэффициентом технологии сред является расход, называемый также объемным расходом или объемным потоком. Он показывает объем среды, проходящей через клапан за определенную единицу времени.

Чтобы рассчитать расход жидкости, требуется знать коэффициент пропускной способности, плотность рабочей среды и перепад давлений между давлением на входе и обратным давлением. Указанные компанией Bürkert рабочие среды — это, например, кислород, углекислый газ или этан. Здесь уже заложена соответствующая плотность, а перепад давлений рассчитывается автоматически, поэтому требуется заполнить только поля коэффициента пропускной способности, а также давления на входе и обратного давления.

Формулы для расчета объемного потока для различных агрегатных состояний

Расчет расхода для жидкостей

Расход рассчитывается по следующей формуле.

Q = расход
Kv = коэффициент пропускной способности, в м 3 /ч
Δp = потеря давления, в бар
ρ = плотность, в кг/м 3

Расчет расхода для газов

Для стандартного расхода газа тоже требуется коэффициент пропускной способности, а также номинальная плотность, давление на входе, обратное давление и температура рабочей среды. Кроме того, здесь также следует различать докритический и надкритический режим потока.

Расчет при докритическом потоке

Расчет при надкритическом потоке

p1 = давление на входе, в бар
p2 = обратное давление, в бар
Δp = потеря давления, в бар
Kv = коэффициент пропускной способности, станд., в м 3 /ч
ρN = плотность, станд., в кг /M 3
T = температура перед клапаном, в К

Потеря давления при проходе через клапан

Как рассчитывается потеря давления при проходе через клапан

Потеря давления означает разность давления рабочей среды на входе перед клапаном и обратного давления за клапаном. Этот показатель измерения касается потери энергии среды при прохождении через клапан, результат показан в барах. Для расчета потери давления для жидкости требуется коэффициент пропускной способности, плотность жидкости и расход. Ниже приводится формула для расчета.

Формулы для расчета падения давления для различных агрегатных состояний

Расчет потери давления для жидкостей

ρ = плотность, в кг/м 3
Q = объемный расход, в м 3 /ч
Kv = коэффициент пропускной способности, в м 3 /ч

Расчет потери давления для газов

При расчете газообразной рабочей среды следует различать докритический и надкритический режим потока. При этом требуются следующие значения: коэффициент пропускной способности, номинальный расход при 1013 гПа и 0 °C, а также номинальная плотность, обратное давление и температура рабочей среды.

Расчет при докритическом потоке

Расчет при надкритическом потоке

p1 = давление на входе, в бар
p2 обратное давление, в бар
ρN = плотность, в кг/м 3
T = температура, в К
QN = объемный расход, станд., в м 3 /ч
Kv = коэффициент пропускной способности, в м 3 /ч

Выберите из множества существующих рабочих сред (бром или неон), которые уже заложены вместе с плотностью, или создайте другую рабочую среду. При этом требуется указать только плотность и агрегатное состояние среды. При введении необходимых данных для нужного значения в фоновом режиме уже работает онлайн-калькулятор значений среды, который наряду с результатом в верхнем правом окне автоматически показывает промежуточные результаты.

Начните расчет!

Хотите рассчитать другие материалы, например водяной пар или специальные условия расхода с очень ограниченным расходом или повышенной вязкостью? Или вы ищете клапан управления процессом, который идеально подходит для ваших требований? В этом случае воспользуйтесь нашим инструментом для конфигурации клапанов, разработанным специально для выбора клапанов управления процессом. Сконфигурируйте клапан сейчас!

Подбор регулятора давления.

Подбор регулятора давления следует производить из расчета расхода газа, для котельных при максимальной производительности установленных котлов с учетом входного и выходного давления.

1. задается типоразмер регулятора давления;

2. выясняется входное давление в регулятор, пренебрегая потерями в отключающих устройствах и в фильтре.

3. если давление на входе меньше 10 кПа, расчет ведется по п.4, в противном случае по п.5.

4. Определяется пропускная способность регулятора давления по формуле:

Qрег = 360 ∙ fc ∙ kv ∙ √2∆P/ρ, (м3/ч)(6.1)

где, fc – площадь седла клапана (см2), определяется по паспортным данным или по формуле:

fc = π ∙ dc2/4, (см2)(6.2)

dс – диаметр седла (см);

kv – коэффициент расхода, принимается по справочным данным в зависимости от конструкции клапана (0-1):

Для двухседельных клапанов: (0,4-0,5);

Для односедельных клапанов, при которых начальное давление давит на клапан: (0,6-0,65);

Для односедельных клапанов, при которых первоначальное давление давит под клапан: (0,7-0,75);

Для односедельного клапана, в котором клапан отключается от седла и газ проходит через седло почти без соприкосновения с клапаном: (0,75-0,8).

∆P – перепад давления, определяется по формуле:

∆P = Pвх – Pвых, МПа(6.3)

gг – плотность газа (кг/м3),

360 – приводит во взаимодействие.

5. Определяется пропускная способность регулятора давления:

Qрег = 1595 ∙ fc ∙ kv ∙ Pвх ∙ φ ∙ √1/ρ , (м3/ч)(6.4)

где, Pвх – применяется Рабс,

Рабс = Ризб + Ратм,

Ратм = 0, 10132 (МПа).

φ – коэффициент, зависящий от вида газа и входного и выходного давления:

φ = √(2∙γ)/(γ-1) ∙ [(Рвых/Рвх)2/γ – (Рвых/Рвх)(γ+1)/γ](6.5)

где, γ – 1,31 (для природного газа), γ – 1,44 (для СУГ).

6. Определяется отношение расхода регулятора и расчет расходного:

0,1 ≤ Qp/Qрег ≤ 0,8(6.6)

Если данное отношение получилось меньше 0,1 , то типоразмер регулятора давления нужно уменьшить и перейти к п.4 или п.5;

Если данное отношение больше 0,8 , то типоразмер регулятора давления нужно увеличить и перейти к п.4 или п.5;

Если данное отношение получилось удовлетворительным, то выбранный типоразмер регулятора давления принимается.

Подбор газовых фильтров.

Подбор газовых фильтров осуществляется по пропускной способности с учетом предельных потерь давления, которые не должны превышать для сетчатых фильтров 5000 Па, для волосяных – 10000 Па, а до начала эксплуатации или после очистки и промывки фильтра этот перепад должен составлять соответственно 200-2500 Па и 4000-5000 Па.

Определение пропускной способности фильтров:

Q = Qт ∙ √(gот ∙ ∆ρ ∙ ρ2)/(gо ∙ ∆ρт ∙ ρ2т), (м3/ч)(6.7)

где, Qт – пропускная способность фильтра при табличных условиях, м3/ч;

gот – плотность газа табличная, кг/м3;

gо – плотность газа при использовании другого газа, кг/м3;

∆ρт – перепад давлений на фильтре при табличных условиях, МПа;

∆ρ – перепад давлений на фильтре при работе в режиме, отличном от табличного, МПа;

ρ2 – давление газа после фильтра при работе в режиме, отличном от табличного, МПа;

ρ2т – давление газа после фильтра табличное, МПа.

Подбор предохранительно-запорного клапана (ПЗК).

1. Выбор типа ПЗК определяется исходя из параметров газа, проходящего через регулятор давления, а именно: максимального давления на входе регулятора; выходного давления газа из регулятора и подлежащего контролю; диаметр входного патрубка в регулятор.

2. Выбранный ПЗК должен обеспечивать герметичное закрытие подачи газа в регулятор в случае повышения или понижения давления, за ним сверху установленных пределах.

Согласно «Правилам безопасности в газовом хозяйстве» верхний предел срабатывания ПЗК не должен превышать максимальное рабочее давление газа после регулятора более чем на 25%.

Нижний предел настройки 1,1 от устойчивого горения пламени горелки или на 10% больше, чем значение настроенного (рабочего) давления на горелку.

Выбор предохранительно-сбросного клапана (ПСК).

ПСК, в том числе встроенные в регулятор давления, должны обеспечивать сброс газа при превышении максимального рабочего давления после регулятора не более чем на 15%.

При выборе ПСК определяется количество газа, подлежащего сбросу, и сравнивается с табличным значением л.13 т.7.15 и определяется по формуле:

Q ≥ 0,0005 ∙ Qрег, м3/ч(6.8)

где, Q – количество газа, подлежащее сбросу ПСК в течение часа при t=0°C, Рбар – 0,10132 МПа;

Qрег – расчетная способность регулятора давления при тех же условиях, м3/ч.

При отсутствии перед регулятором давления ПЗК количество газа, подлежащее сбросу, определяют по формуле:

Для регулятора давления с золотниковым клапаном:

Q ≥ 0,01 ∙ Qрег, м3/ч(6.9)

Для регулирующих заслонок:

Q ≥ 0,02 ∙ Qрег, м3/ч(6.10)

При необходимости параллельной установки в ГРП нескольких регуляторов давления суммарное количество газа, подлежащее сбросу ПСК в течение часа, должно удовлетворить:

Q, ≥ 0,01 ∙ Qn , (6.11)

где, Q – количество газа, подлежащее сбросу ПСК в течение часа для каждого регулятора, м3;

n – число регуляторов давления, шт.

Подбираем для ШРП оборудование:

При Q = 195,56 м3/ч, Рвых = 0,002 МПа, Рвх = 0,3 МПа, d0-1 = 159*4, тогда kv=0,6 (односедельный клапан);

Определяется расход регулятора давления по формуле:

Qрег = 1595 ∙ fc ∙ kv ∙ Pвх ∙ φ ∙ √1/ρ;

fc = π ∙ d2c/4 = (3,14 ∙ 1,52)/4 = 1,77 (см2);

Определяется абсолютное давление:

Рабс = Ратм + Ризб = 0,002 + 0,10132 = 0,10332 (МПа);

Определяется коэффициент, зависящий от вида газа и входного и выходного давления:

φ = √(2∙γ)/(γ-1) ∙ [(Рвых/Рвх)2/γ – (Рвых/Рвх)(γ+1)/γ] = √(2∙1,31)/(1,31-1) ∙ ∙[(0,002/0,3)2/1,31 – (0,002/0,3)(1,31+1)/1,31] = 0,58;

Из выше рассчитанного определяется расход газа давления:

Qрег = 1595 ∙ fc ∙ kv ∙ Pвх ∙ φ ∙ √1/ρ = 1595 ∙ 1,77 ∙ 0,6 ∙ 0,3 ∙ 0,58 ∙ √1/0,728 =

Определяется отношение расхода регулятора и расходный расчет: 0,1 ≤ Qр/Qрег ≤ 0,8; 195,56/459,9 = 0,4 – находится в пределах 0,1-0,8;

ФС-50 (рассчитывается по т.7.20 лит.2);

Предохранительно-запорный клапан (ПЗК)

ПКН-50 (рассчитывается по т.7.14 лит.2);

Определяется верхний предел 25%

0,002 + 0,0005 = 0,0025 (МПа),

Калькулятор коэффициента пропускной способности — это двухсторонний online инструмент, который поможет рассчитать коэффициент пропускной способности Cv исходя из заданных параметров, либо рассчитать значение пропускной способности, зная коэффициент Cv. Коэффициент пропускной способности Cv был введен в расчеты для облегчения работы проектировщиков гидравлических и пневматических систем. С его помощью можно без труда определить расход рабочей среды, проходящей через элемент трубопроводной арматуры.

Ниже приведены формулы, на которые мы опирались при составлении данного калькулятора.

1. Применительно к газовой среде
1.1. Расчёт расхода
Дано:

Если P2+1>0.5*(P1+1) тогда [норм. литр/мин]
Если P2+1 0.5*(P1+1) тогда
Если P2+1 0.08, следует учитывать сжимаемость газа.

где ∆Р – перепад давления в регуляторе на дроссельном органе (клапане);

Р 1 – давление перед клапаном регулятора, ата.

При условии ∆Р/Р 1 ≤ 0.08, пропускную способность (производитель-ность) регулятора давления определяют по следующей формуле:

V г = 0.00125*(1/√ξ)*d 2 *(√ ∆P/ρ г) (30)

где √ — символ корень квадратный; ξ – коэффициент гидравлического сопротивления клана регулятора давления, принимается в пределах 1.6 – 2. ρ г – плотность газа, кг/м 3 .

При отношении давлений ∆Р/Р 1 > 0.08, то в формулу (30) вводится коэффициент расширения, учитывающий расширение газа при снижении давления.

ε = 1 – (0.46*(∆Р/Р 1)) (31)

V г = 0.00125*ε*(1/√ξ)*d 2 *(√∆P/ρ г) (32)

При критическом или большем давлений, т.е. когда не соблюдается равенство.

Р 2 /Р 1 ≤ (Р 2 /Р 1) кр (33)

В этом случае пропускная способность регулятора давления определяется

По следующей формуле:

V г =20.3*(1/√ξ)*ε*d 2 *P 1 *(√ ((∆P/P 1) кр)/Т*ρ г (34)

Отношение давлений Р 2 /Р 1 , при котором расход газа становится максимальным и при дальнейшем понижении давления Р 2 почти не изменяется, называется критическим отношением давлений. Следовательно, при отношении давлений газа Р 2 /Р 1 , равном критическому, как показывает опыт, скорость достигает своего максимума – скорости звука в данной среде и остается постоянной при дальнейшем уменьшении отношений Р 2 /Р 1 .

Критическое отношение давлений определяется по уравнению.

(Р 2 /Р 1) кр = 0.91*(2/К+1) κ/κ-1 , (35)

где К = С р /С v – показатель адиабаты (отношение теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме)

Например, для двухатомных газов, имеющих κ = 1,4 критическое отно-шение давлений будет равно:

(Р 2 /Р 1) кр =0.91*(2/1.4+1) 1,4/1,4-1 = 0.482

Это значит, что для двухатомных газов, имеющих к=1,4, критическая скорость будет при отношении давлений газа Р 2 /Р 1 =0.482 и что дальнейшее уменьшение отношения Р 2 /Р 1 не приведет к увеличению скорости.

Р е ш е н и е. Определим критическое отношение давлений для исходного газа.

Фактическое отношение давлений для первого случая. Расчет выполнен в единицах измерения – ата. Р 1 = 1 + 1 = 6 ата; Р 2 = 0.03 + 1 = 1.03 ата.

Следовательно, в данном случае применима формула (34).

Таким образом, для первого случая будем иметь значение φ = 0,486 (приложение 5), а плотность газа (удельный вес) при давлении Р 1 и температуре Т 1 , будет равен:

Пропускная способность для принятого регулятора давления

Принятый в расчете регулятор давления с диаметром клапана 50 мм обеспечивает при Р1=1 кг/см2 (0.10 МПа) и Р2 = 0.03 кг/см2 (0.003 МПа) производительность 1990 м3/час. Запас по производительности составляет:

δ =100*(1990 – 1968)/1968= 1.12%

Запас производительности регулятора давления отнесенный к расчетному расходу газа поселка составляет:

δ =100*(1990 – 1640)/1640 =22%, что находится в пределах допустимых значений.

11 Гидравлический расчет газоснабжения жилых домов

Газоснабжению подлежат два одноэтажных жилых дома расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. План и аксонометрическая схема газовой сети представлены на рис. . При этом, в жилых домах установлены газовые приборы (ПГ-4; ВПГ-29 и АОГВ-23). Все расчеты выполняются в табличной форме (табл.) в определенной последовательности:

а) на аксонометрической схеме наносят (фиксируют) номера участков;

б) определяют расчетные расходы газа по участкам;

в) принимают диаметры газопроводов по участкам;

г) определяют сумму коэффициентов местных сопротивлений (для каждого участка значения коэффициентов ζ выбирают по табл. , приложение);

Рис. а) План газоснабжения жилых домов; б) Аксонометрическая схема

газовой сети. 1 – 2; 2 – 3 и т.д. участки газопроводов.

д) по графикам (рис.) находят удельные потери на трение и эквивалентные длины ζ = 1;

е) определяют расчетные длины участков и потери давления на них;

ж) рассчитывают дополнительное избыточное давление газа в трубе по формуле:

где: ∆Р–дополнительное избыточное давление газа в трубе, Па; Н – разность геометрических отметок конца и начала участка, считая по ходу потока газа, м.

з) определяют потери давления на участках с учетом дополнительного гидростатического давления газа;

и) определяют суммарные потери в газопроводах с учетом потерь в трубе и арматуре прибора (например ВПГ-29) до газовых горелок. Примерные значения потерь давления в трубах и арматуре газовых приборов составляют: в газовых плитах 40 – 50 Па; в газовых водонагревателях 80 – 100 Па.

к) полученные суммарные потери сравнивают с расчетным перепадом давления газа. Если возникает необходимость, то проводят перерасчет, путем изменения диаметров газопроводов на участках. Невязка не должна превышать 5 %.

Р е ш е н и е. участок 1 -2 – 3 – 4 в частном одноэтажном жилом доме в котором установлены газовые приборы: ПГ-4; ВПГ-29; АОГВ-23.

Калькулятор коэффициента пропускной способности Cv

Для обеспечения гидравлической устойчивости работы кольцевой системы газораспределения и газопотребления (рис.3) в расчете принята максимально допустимая невязка колец 5%. Из расчетной табл. 11, видно что максимальная невязка составляет 3,7% (кольцо IV). В остальных трех кольцах невязка не превышает 1,5%, что является хорошим достижением в инженерных расчетах.

10 Расчет регулятора давления газорегуляторного пункта

10.1 Теоретичсекие основы расчета регуляторов давления

Управление гидравлическим режимом работы системы газораспределе-ния и газопотребления осуществляют с помощью регуляторов давления, которые автоматически поддерживают постоянное давление в точке отбора импульса независимо от интенсивности потребления газа. При регулировании давления происходит снижение начального, более высокого давления, на конечное (более низкое).

Конструкция регулятора давления включает в себя регулирующий и реагирующий органы, которые обеспечивают устойчивую производитель-ность газа, а при прекращении потребления газа перекрывается поток через основной клапан. Основной частью регулирующего устройства является чувствительный элемент (мембрана), а основной частью регулирующего устройства – регулирующий орган (у регулятора давления дроссельный орган). Чувствительный элемент и регулирующий орган соединяются между собой исполнительной связью.

Активная сила привода – это усилие, которое воспринимает мембрана от давления газа Р2, передаваемое по импульсом (по трубке). Далее усилие мембраны передается на шток клапана. Эту силу принято называть перестановочной N пер, она определяется по следующей формуле (25):

N пер = Р 2 *F акт, (25)

где: F акт – активная поверхность мембраны, м 2 .

Активную силу уравновешивает пружина N пр. На клапан также действует масса подвижных частей N п.ч и односторонняя нагрузка N кл, которую, пренебрегая поперечным сечением штока, определяют по формуле (26):

N кл = f с *(P 1 – P 2) , (26)

где: f с – площадь седла клапана, м 2 ;

Р 1 и Р 2 – давления газа до и после клапана, МПа.

Баланс сил действующих на клапан регулятора давления имеет следующий вид:

N пер. – N пруж – N п.ч + N кл. = 0 , (27)

От величины регулируемого давления зависит перестановочная сила. Если величина Р 2 станет больше или меньше величины, на которую настроен регулятор давления, тогда баланс сил нарушится и регулятор придет в действие. Произойдет процесс регулирования давления, т.е. регулирование пропускной способности регулятора давления.

Пропускная способность регулятора давления зависит от площади клапанных отверстий (седла), разности давлений до и после клапанов и физических свойств газа. В практических расчетах разность давлений до и после клапана обычно принимают как разность давления до регулятора и после него. В общем случае количество газа, проходящего через клапанные отверстия, определяются по формуле (28):

где: V – пропускная способность клапана, м 3 /сек;

α – коэффициент, учитывающий потерю энергии и сужение струи в

F – площадь клапанных отверстий, м 2 ;

ω – скорость прохода газа через клапанные отверстия, м/сек.

В зависимости от величины отношения давления газа после регулятора к давлению до регулятора скорость (ω) имеет различные выражения. Для отношений давлений, близких к единице (при перепаде давления в преде5лах до 10 кПа), газ рассматривают, как несжимающуюся жидкость. В этом случае для определения пропускной способности регулятора пользуются следующей формулой [Учебное пособие Чеботарев и др. ]:

V г = 0.0125*(1/√ξ)*d 2 *√∆P/ρ г (29)

где: V г – производительность регулятора давления, м 3 /час;

ξ – коэффициент гидравлического сопротивления регулятора давления;

d – диаметр проходного сечения седла клапана, мм;

∆P – перепад давлений до и после регулятора, кг/м 2 ;

ρ г – плотность газа (удельный вес), кг/м 3 , при давлении Р 1 и Т 1 .

10.2 Методика расчета регулятора давления газа

Регуляторы давления независимо от принципа действия должны обеспечивать высокую устойчивость регулирования, под которой понимается такая работа регулятора, при которой конечное давление совершает затухание или гармоничное незатухание колебаний с постоянной амплитудой малой величины. Если колебания конечного давления протекает с возрастанием амплитуды, то процесс регулирования давления является неустойчивым.

В зависимости от величины отношения после регулятора к давлению ло регулятора, скорость газа при выходе из дроссельного органа имеет различные значения, При малых перепадах давления в регуляторах газ рассматривают как не сжимаемый, т.е. можно пренебречь сжимаемостью газа.

Например: Если ∆Р/Р 1 ≤ 0.08, то ошибка не превышает 2.50%

При ∆Р/Р 1 > 0.08, следует учитывать сжимаемость газа.

где ∆Р – перепад давления в регуляторе на дроссельном органе (клапане);

Р 1 – давление перед клапаном регулятора, ата.

При условии ∆Р/Р 1 ≤ 0.08, пропускную способность (производитель-ность) регулятора давления определяют по следующей формуле:

V г = 0.00125*(1/√ξ)*d 2 *(√ ∆P/ρ г) (30)

где √ — символ корень квадратный; ξ – коэффициент гидравлического сопротивления клана регулятора давления, принимается в пределах 1.6 – 2. ρ г – плотность газа, кг/м 3 .

При отношении давлений ∆Р/Р 1 > 0.08, то в формулу (30) вводится коэффициент расширения, учитывающий расширение газа при снижении давления.

ε = 1 – (0.46*(∆Р/Р 1)) (31)

V г = 0.00125*ε*(1/√ξ)*d 2 *(√∆P/ρ г) (32)

При критическом или большем давлений, т.е. когда не соблюдается равенство.

Р 2 /Р 1 ≤ (Р 2 /Р 1) кр (33)

В этом случае пропускная способность регулятора давления определяется

По следующей формуле:

V г =20.3*(1/√ξ)*ε*d 2 *P 1 *(√ ((∆P/P 1) кр)/Т*ρ г (34)

Отношение давлений Р 2 /Р 1 , при котором расход газа становится максимальным и при дальнейшем понижении давления Р 2 почти не изменяется, называется критическим отношением давлений. Следовательно, при отношении давлений газа Р 2 /Р 1 , равном критическому, как показывает опыт, скорость достигает своего максимума – скорости звука в данной среде и остается постоянной при дальнейшем уменьшении отношений Р 2 /Р 1 .

Критическое отношение давлений определяется по уравнению.

(Р 2 /Р 1) кр = 0.91*(2/К+1) κ/κ-1 , (35)

где К = С р /С v – показатель адиабаты (отношение теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме)

Например, для двухатомных газов, имеющих κ = 1,4 критическое отно-шение давлений будет равно:

(Р 2 /Р 1) кр =0.91*(2/1.4+1) 1,4/1,4-1 = 0.482

Это значит, что для двухатомных газов, имеющих к=1,4, критическая скорость будет при отношении давлений газа Р 2 /Р 1 =0.482 и что дальнейшее уменьшение отношения Р 2 /Р 1 не приведет к увеличению скорости.

Р е ш е н и е. Определим критическое отношение давлений для исходного газа.

Фактическое отношение давлений для первого случая. Расчет выполнен в единицах измерения – ата. Р 1 = 1 + 1 = 6 ата; Р 2 = 0.03 + 1 = 1.03 ата.

Следовательно, в данном случае применима формула (34).

Таким образом, для первого случая будем иметь значение φ = 0,486 (приложение 5), а плотность газа (удельный вес) при давлении Р 1 и температуре Т 1 , будет равен:

Пропускная способность для принятого регулятора давления

Принятый в расчете регулятор давления с диаметром клапана 50 мм обеспечивает при Р1=1 кг/см2 (0.10 МПа) и Р2 = 0.03 кг/см2 (0.003 МПа) производительность 1990 м3/час. Запас по производительности составляет:

δ =100*(1990 – 1968)/1968= 1.12%

Запас производительности регулятора давления отнесенный к расчетному расходу газа поселка составляет:

δ =100*(1990 – 1640)/1640 =22%, что находится в пределах допустимых значений.

11 Гидравлический расчет газоснабжения жилых домов

Газоснабжению подлежат два одноэтажных жилых дома расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. План и аксонометрическая схема газовой сети представлены на рис. . При этом, в жилых домах установлены газовые приборы (ПГ-4; ВПГ-29 и АОГВ-23). Все расчеты выполняются в табличной форме (табл.) в определенной последовательности:

а) на аксонометрической схеме наносят (фиксируют) номера участков;

б) определяют расчетные расходы газа по участкам;

в) принимают диаметры газопроводов по участкам;

г) определяют сумму коэффициентов местных сопротивлений (для каждого участка значения коэффициентов ζ выбирают по табл. , приложение);

Рис. а) План газоснабжения жилых домов; б) Аксонометрическая схема

газовой сети. 1 – 2; 2 – 3 и т.д. участки газопроводов.

д) по графикам (рис.) находят удельные потери на трение и эквивалентные длины ζ = 1;

е) определяют расчетные длины участков и потери давления на них;

ж) рассчитывают дополнительное избыточное давление газа в трубе по формуле:

где: ∆Р–дополнительное избыточное давление газа в трубе, Па; Н – разность геометрических отметок конца и начала участка, считая по ходу потока газа, м.

з) определяют потери давления на участках с учетом дополнительного гидростатического давления газа;

и) определяют суммарные потери в газопроводах с учетом потерь в трубе и арматуре прибора (например ВПГ-29) до газовых горелок. Примерные значения потерь давления в трубах и арматуре газовых приборов составляют: в газовых плитах 40 – 50 Па; в газовых водонагревателях 80 – 100 Па.

к) полученные суммарные потери сравнивают с расчетным перепадом давления газа. Если возникает необходимость, то проводят перерасчет, путем изменения диаметров газопроводов на участках. Невязка не должна превышать 5 %.

Р е ш е н и е. участок 1 -2 – 3 – 4 в частном одноэтажном жилом доме в котором установлены газовые приборы: ПГ-4; ВПГ-29; АОГВ-23.

Правила подбора регулирующих клапанов

16 Ноября 2018

Регулирующая арматура в настоящее время является неотъемлемой составляющей систем водоснабжения, отопления и вентиляции, а также различных технологических линий. И правильный подбор регулирующего клапана для данных систем является важной задачей, так как позволяет получить следующие преимущества:

  1. Повысить эффективность работы предприятий за счет более точного регулирования технологических процессов.
  2. Решить проблемы, связанные с высоким уровнем шума и кавитацией, и, как следствие, — с эрозионным износом клапанов и трубопроводов.
  3. Сократить расходы на техническое обслуживание предприятий.
  4. Повысить безопасность технологических процессов.

Независимо от поставленной задачи, расчет регулирующего клапана сводится к определению его пропускной способности, при которой на заданном расходе будет дросселирован заданный избыток напора.

Пропускная способность регулирующей арматуры численно характеризуется коэффициентом пропускной способности Kv. Коэффициент Kv равен расходу рабочей среды с плотностью 1000 кг/м 3 через клапан при перепаде давления на нем 0,1 МПа.

В зависимости от типа среды применяются различные расчетные формулы для определения значения Kv, но исходные данные остаются неизменными:

  • P1 — давление на входе клапана, бар;
  • P2 — давление на выходе клапана, бар;
  • ∆P — перепад давления на клапане, бар;
  • t1 — температура среды на входе, o C;
  • Q — расход для жидкости, м 3 /ч;
  • QN — расход для газов при Н.У., нм 3 /ч;
  • G — расход для водяного пара, кг/ч;
  • ρ — плотность жидкости, кг/м 3 ;
  • pN — плотность газов при Н.У., кг/нм 3 .

Поскольку при расчете пропускной способности не учитывается ряд факторов, влияющих на работу клапана, для выбора клапана используется коэффициент Kvs, учитывающий запас в 30%.

По рассчитанному значению Kvs подбирается регулирующий клапан с максимально близким бóльшим значением Kvs c учетом рекомендуемого диаметра.

Клапан необходимо выбирать так, чтобы расчетная величина Kvs находилась в интервале между Kvs min и Kvs max клапана. Для клапанов различных производителей значения Kvs min различны. Указанные параметры приведены в технических описаниях оборудования.

Кроме соответствия по пропускной способности, существует ряд параметров, на которые следует обратить внимание при подборе регулирующих клапанов, а именно:

  • условный диаметр;
  • условное давление;
  • вероятность возникновения кавитации;
  • уровень шума;
  • отношение входного давления к выходному или допустимый перепад давления на клапане.

1. Условный диаметр

Регулирующая арматура никогда не подбирается по диаметру трубопровода. Однако диаметр трубопровода до и после клапана необходимо рассчитывать для подбора обвязки регулирующих клапанов. Так как регулирующий клапан подбирается по величине Kvs, часто условный диаметр клапана оказывается меньше условного диаметра трубопровода, на котором он установлен, особенно при большом перепаде на клапане. В этом случае допускается выбирать клапан с условным диаметром меньше условного диаметра трубопровода на одну-две ступени. При большей разнице рекомендуется использовать клапаны с пониженной пропускной способностью Kvs. Данное решение позволяет снизить стоимость оборудования, а также при таком подборе оборудование оказывается более компактным по габаритам и массе.

  • w — рекомендуемая скорость потока среды, м/c;
  • Q — рабочий объемный расход среды м 3 /ч;
  • d — диаметр трубопровода, м.

2. Условное давление

Условное давление Ру является единственным параметром для изготовляемой арматуры, гарантирующим ее прочность и учитывающим как рабочее давление, так и рабочую температуру. Условное давление соответствует допустимому рабочему давлению для данного вида арматуры при нормальной температуре (20 о С). При повышении температуры механические свойства конструкционных материалов ухудшаются, поэтому для арматуры с высокой рабочей температурой допустимые рабочие давления ниже, чем условные. Это снижение зависит от материала деталей арматуры и температурной зависимости прочностных свойств этого материала. Чем выше рабочая температура, тем ниже максимальное рабочее давление при одном и том же значении условного давления.

Ниже приведены таблицы зависимости максимального рабочего давления в зависимости от температуры для различных материалов исполнения:

3. Вероятность возникновения кавитации

Одной из серьезных проблем, возникающих при применении запорной и регулирующей арматуры, является возникновение кавитации. Особенно сильно этот эффект проявляется при использовании регуляторов, понижающих давление «после себя» — редукционных клапанов.

Кавитация — процесс образования и последующего схлопывания пузырьков вакуума в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, что в свою очередь приводит к преждевременному износу элементов регулирующей арматуры.

Для проверки возможности появлении кавитации при больших перепадах давления на клапане применяется следующая формула:

  • P1 – давление на входе клапана, бар;
  • ∆P – перепад давления на клапане, бар.

4. Уровень шума

При выборе регулятора давления необходимо учитывать явления, связанные с шумом работающего регулятора. Возникновение шумов вызвано газодинамическими колебательными процессами у регулирующих органов и стенок регуляторов. При совпадении частоты колебаний амплитуда колебаний клапана может резко возрасти, что приведет к износу и разрушению клапана, а также к сильной вибрации регулятора.

Главной причиной повышенного шума является повышенная скорость среды в выбранном трубопроводе относительно рекомендуемой. Фактическая скорость среды может быть рассчитана по формуле:

  • w – скорость потока среды, м/c;
  • Q – рабочий объемный расход среды м 3 /ч;
  • d – диаметр трубопровода, м.

Ниже приведены рекомендуемые скорости сред для снижения риска появления критического уровня шума:

Одним из способов снижения уровня шума в системах, помимо использования клапанов специальной конструкции, является применение гибких вставок (виброкомпенсаторов) на участках до и после клапана.

5. Отношение входного давления к выходному или допустимый перепад давления на клапане

Для некоторых редукционных клапанов ограничено отношение входного давления к выходному. Входное давление, воздействуя на плунжер редукционного клапана, стремится его открыть. Выходное давление воздействует на мембрану (или другой управляющий элемент) клапана, стремясь закрыть клапан. При превышении ограничения по отношению входного и выходного давления клапан не сможет закрыться — и выходное давление будет больше давления настройки. Ограничения по указанному параметру также исключают кавитацию в седле регулирующего клапана.

Выполнение данных указаний при подборе регуляторов позволит значительно улучшить показатели технологических процессов и увеличить срок службы регулирующей арматуры. Примеры расчетов приведены в статье. По вопросам подбора оборудования просьба обращаться к инженерам отдела регулирующей арматуры компании АДЛ.

Калькулятор коэффициента пропускной способности Cv

Пропускная способность Kvs. Что это такое?

Kvs и пропускная способность синонимы.

Kvs = Пропускная способность.

Выражаясь так…: У некоторого клапана Kvs = 1,5 м3/час равносильно тому, как если бы Вы выразились, что у клапана пропускная способность равна 1,5 м3/час. В некоторых таблицах и паспортах любых гидравлических элементов(клапанов) могут указывать так:

Пропускная способность (Kvs) показывает значение гидравлического сопротивления. Отсюда и его определение.

Kvs – это форма выражения гидравлического сопротивления, которая характеризует пропускную способность. Значение пропускной способности присваивается практически всем элементам, которые участвуют в протекании в них жидкости или газа.

На стадии проектирования, проектанту обязательно необходимо знать пропускную способность любого гидравлического оборудования или клапана. От этого будет зависеть все необходимые расчеты для всей системы цепи, например системы отопления.

В чем измеряется пропускная способность?

Так договорились и присвоили единицу измерения: м3/час. (метр кубический в час). Это значение показывает расход. Например, расход клапана. Но это не просто расход, а расход, при котором на клапане возникает потеря напора равная 1 Bar.

Расход – это протекание определенного объема жидкости или газа в единицу времени. В данном случае расход м3/час. Означает, что будет протекать 1 кубометр жидкости или газа в 1 час времени. То есть за два часа пройдет 2 кубометра жидкости или газа. За половину часа пройдет 0,5 метров кубических = 500 литров.

Например, рассмотрим термостатический клапан Kvs которого равен 1,2 м3/час.

То есть, если мы через клапан пропустим 1,2 м3/час, то потеря составит 1 Bar.

Насос выдает расход ровно 1,2 м3/час

Манометр 1, показывает 1,4 Bar

Манометр 2, показывает 0,4 Bar

Тогда потеря напора будет равна: 1,4 — 0,4 = 1 Bar.

Конечно, это не означает, что расход в клапане должен быть таким всегда. В большинстве случаев расход очень маленький. И возникают другие задачи:

Как найти потерю напора при малых расходах?

Существует формула перерасчета

Где P – потеря напора, Bar

Q – фактический, другой расход, м3/час

Kvs – пропускная способность, м3/час при котором потеря напора 1 Bar.

Имеется термостатический клапана пропускной способностью 1,2 м3/час.

Найти потерю напора при расходе 0.18 м3/час.

Ответ: Потеря напора составляет 0,0225 Bar.

В некоторых случаях можно найти аббревиатуры типа Kv. Такой аббревиатурой могут обозначать дополнительные функции пропускных способностей.

Например, некоторые клапаны имеют различные регулировки.

Отдельную регулировку могут обозначить как: Kv

Обычно Kvs показывает значение пропускной способности полностью открытого клапана. А Kv для определенного изменения положения клапана.

К сожалению, эта аббревиатура иностранного происхождения и не известна ее история зарождения.

Предположительно: Kvs — kinematic viscosity или кинематическая вязкость.

Пропускная способность Kvs с точки зрения точной математики присваивается в основном тем элементам, у которых гидравлическое сопротивление образовано только местными сопротивлениями. Подробнее здесь.

Но на практике и в целом в мире это не так, потому что пропускную способность можно присвоить даже котловому оборудованию имеющее в себе участки различных труб. Поэтому перерасчет расходов может быть только приблизительным. Потому что с точки зрения гидравлических расчетов формулы разные для трубопровода и клапанов. Но в целом сопротивления примерно одинаково пропорциональны. Если нужны более точные гидравлические расчеты, то изучайте гидравлику.

Расчёт и Подбор Регулирующего клапана

Заполните ниже приведенную форму и в результате расчёта будет подобран список регулирующих клапанов соответствующих заданным исходным данным.

Давление перед регулирующим клапаном

Максимальная температура воды в месте установки

Температурный график Т1 — Т2

Перепад давлений на регулируемом участке

Это может быть перепад поддерживаемый регулятором давления, а при его отсутствии, перепад на вводе тепловой сети или напор насоса в рабочей точке

Потери давления на регулируемом участке, при расчётном расходе, без учёта потерь на клапане

Допустимые потери давления на регулирующем клапане

Устройство и конструкция

Расчёт и подбор

Установка и монтаж

Обслуживание и ремонт

Методика расчёта регулирующего клапана

Двухходовые регулирующие клапаны в инженерных системах имеют массу применений, самым распространённым из них стало использование в комплекте с контроллером и датчиками температуры, в качестве регулятора теплопотребления систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Независимо от поставленной задачи, расчёт регулирующего клапана сводится к определению его пропускной способности, при которой на заданном расходе будет дросселирован заданный избыток напора. Кроме соответствия по пропускной способности, подобранный регулирующий клапан должен быть проверен на возможность возникновения кавитации и шумообразование из-за высокой скорости течения воды через него.

Регулирующий клапан необходим, прежде всего, — для регулирования, поэтому подбираться он должен таким образом, чтобы максимально приблизить зависимость регулируемой величины от хода штока к линейной, при этом следует учесть важность таких параметров как расходная характеристика клапана и авторитет регулирующего клапана.

Расчёт пропускной способности Регулирующего клапана

Зависимость потерь напора от расхода через регулирующий клапан называется пропускной способностью — Kvs.

Kvs — пропускная способность численно равная расходу в м³/ч, через полностью открытый регулирующий клапан, при котором потери напора на нём равны 1бар.

Kv – то же, при частичном открытии затвора клапана.

Зная, что при изменении расхода в «n» раз потери напора на клапане изменяются в «n²» раз не сложно определить требуемый Kv регулирующего клапана подставив в уравнение расчётный расход и избыток напора.

Некоторые производители рекомендуют выбирать регулирующий клапан с ближайшим большим значением Kvs от полученного значения Kv. Такой подход выбора позволяет с большей точностью регулировать расходы ниже заданного при расчёте, но не даёт возможности увеличить расход выше заданного значения, которое довольно часто приходится превышать. Мы не критикуем вышеописанный метод, но рекомендуем подбирать двухходовой регулирующий клапан таким образом, чтобы требуемое значение пропускной способности находилось в диапазоне от 50 до 80% хода штока. Регулирующий клапан, рассчитанный таким образом, сможет с достаточной точностью как уменьшить расход относительно заданного, так и несколько увеличить его.

Выше приведенный алгоритм расчёта выводит список регулирующих клапанов, для которых требуемое значение Kv попадает в диапазон хода штока от 50 до 80%.

В результатах подбора приведен процент открытия затвора регулирующего клапана, при котором дросселируется заданный избыток напора на заданном расходе. Приведенные значения процента открытия учитывают кривизну расходной характеристики регулирующего клапана и её искажение за счёт отклонения авторитета от 1.

Подбор расходной характеристики регулирующего клапана

Расходная характеристика регулирующего клапана отображает зависимость изменения относительного расхода через клапан от изменения относительного хода штока регулирующего клапана при постоянном перепаде давления на нём.

Регулирующие клапаны с линейной расходной характеристикой рекомендуется применять для регулирования процессов в которых изменение регулируемой величины линейно зависит от расхода, они могут применяться в качестве исполнительных клапанов регуляторов расхода и для регулирования температуры смеси в с тепловых пунктах систем отопления с зависимым присоединением к тепловой сети.

Регулирующие клапаны с логарифмической (равнопроцентной) расходной характеристикой рекомендуется применять в системах изменение регулируемой величины в которых нелинейно зависит от расхода и в системах с низким авторитетом регулирующего клапана. Регуляторы с равнопроцентной расходной характеристикой отлично подходят для регулирования теплоотдачи теплообменников независимых систем отопления и систем горячего водоснабжения со скоростными теплообменными аппаратами. При авторитете регулирующего клапана 0,1 — 0,3 логарифмическая характеристика искажается на столько, что регулирование происходит практически по линейному закону (линейная характеристика).

Основной задачей подбора регулирующего клапана, является создание линейной зависимости между регулирующим воздействием и изменением регулируемой величины, поэтому при выборе расходной характеристики следует учитывать её искажение за счёт отличия авторитета клапана от единицы.

Подбор привода регулирующего клапана

Электропривод подбирается под ранее выбранный регулирующий клапан. Электрические приводы рекомендуется выбирать из списка совместимых устройств, указанных в характеристиках клапана.

  • Узлы стыковки привода и клапана должны быть совместимы.
  • Ход штока электропривода должен быть не менее хода штока клапана.
  • В зависимости от инерционности регулируемой системы следует применять приводы с различной скоростью действия.
  • От усилия закрытия привода зависит максимальный перепад давления на клапане при котором привод сможет его закрыть.
  • Напряжение питания и управляющий сигнал привода должны соответствовать напряжению питания и управляющему сигналу контроллера.

Расчёт регулирующего клапана на возможность возникновения кавитации

Кавитация – образование пузырьков пара в потоке воды проявляющееся при снижении давления в нём ниже давления насыщения водяного пара. Уравнением Бернулли описан эффект увеличения скорости потока и снижения давления в нём, возникающий при сужении проходного сечения. Проходное сечение между затвором и седлом регулирующего клапана является тем самым сужением, давление в котором может опуститься до давления насыщения, и местом наиболее вероятного образования кавитации. Пузырьки пара нестабильны, они резко появляются и также резко схлопываются, это приводит к выеданию частиц метала из затвора клапана, что неизбежно станет причиной его преждевременного износа. Кроме износа кавитация приводит к повышению шума при работе клапана.

Основные факторы, влияющие на возникновение кавитации:

  • Температура воды – чем она выше, тем большие вероятность возникновения кавитации.
  • Давление воды – перед регулирующим клапаном, чем оно выше, тем меньше вероятность возникновения кавитации.
  • Допустимые потери давления – чем они выше, тем выше вероятность возникновения кавитации. Здесь следует отметить, что в положении затвора близком к закрытию дросселируемое давление на клапане стремиться к располагаемому давлению на регулируемом участке.
  • Кавитационная характеристика регулирующего клапана – определяется особенностями дросселирующего элемента клапана. Коэффициент кавитации различен для различных типов регулирующих клапанов и должен указываться в их технических характеристиках, но так, как большинство производителей не указывают данную величину, в алгоритм расчёта заложен диапазон наиболее вероятных коэффициентов кавитации.

В результате проверки на кавитацию может быть выдан следующий результат:

  • «Нет» — кавитации точно не будет.
  • «Возможна» – на клапанах некоторых конструкций возникновение кавитации возможно, рекомендуется изменить один из вышеописанных факторов влияния.
  • «Есть» – кавитация точно будет, измените один из факторов влияющих на возникновение кавитации.

Расчёт регулирующего клапана на возникновение шума

Высокая скорость потока во входном патрубке регулирующего клапана может стать причиной высокого уровня шума. Для большинства помещений в которых устанавливаются регулирующие клапаны допустимый уровень шума составляет 35-40 dB(A) который соответствует скорости во входном патрубке клапана примерно 3м/c. Поэтому, при подборе регулирующего клапана рекомендуется не превышать выше указанной скорости.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector
×
×