РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ

РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ

Кафедра автоматизации процессов хим индустрии

Н. А. Сягаев, М. В. Соколов, В.Г.Харазов

Расчет и проектирование технических средств автоматизации.

Расчет регулирующего органа

Методические указания

Санкт-Петербург


УДК 681.3

Сягаев Н.А. Расчет и проектирование технических средств автоматизации. Расчет регулирующего органа.: способ. указания .-Н.А. Сягаев, М.В. Соколов, В.Г. Харазов .-СПб.: СпбГТИ(ТУ), 2007.- 19 с.

В РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ методических указаниях приводится подробная методика расчета профиля сплошного и пустотелого плунжера регулирующего клапана, используемого для регулирования расходов водянистых либо газообразных сред способом дросселирования либо байпасирования.

Методические указания созданы для выполнения курсового проекта студентами 4-ого курса по специальности 21.03 «Автоматизация химико-технологических процессов» и соответствуют рабочей программке по дисциплине «Специализированнные средства и РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ системы автоматизации».

Ил. 5 , таб. 7 , библ. 5 .

Рецензент: Р.И.Белова , канд. техн. наук, доцент

кафедры САПР и У СПбГТИ (ТУ)

Утверждены на заседании учебно-методической комиссией факультета информатики и управления 26. 11. 2007 г.

Рекомендовано к изданию РИСо СПбГТИ(ТУ).

ВВЕДЕНИЕ

Для транспортировки жидкостей и газов в технологических процессах используют, обычно, напорные трубопроводы. В их РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ поток двигается за счет давления, создаваемого насосами (для жидкостей) либо компрессорами (для газов). Выбор нужного насоса либо компрессора делается по двум характеристикам: наибольшей производительности и необходимому давлению.

Наибольшая производительность определяется требованиями технологического регламента. Давление, нужное для обеспечения наибольшего расхода, рассчитывается по законам гидравлики, исходя из длины трассы РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ, количества и величины местных гидравлических сопротивлений и допустимой наибольшей скорости продукта в трубопроводе (для жидкостей 2-3 м/с, для газов-20-30 м/c).

Изменение расхода в технологическом трубопроводе может быть произведено 2-мя методами:

дросселированием - конфигурацией гидравлического сопротивления дросселя, установленного в трубопроводе (набросок 1а );

байпасированием - конфигурацией гидравлического сопротивления дросселя, установленного на трубопроводе РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ, соединяющем нагнетательную линию с поглощающей (набросок 1б ).


а

б

а) Регулирование расхода способом дросселирования.

б) Регулирование расхода способом байпасирования.

Набросок 1 – Схемы регулирования расхода

Выбор метода конфигурации расхода определяется типом применяемого насоса либо компрессора.Для более всераспространенных в индустрии центробежных насосов и компрессоров может быть применение обоих методов управления потоком.

Для больших насосов РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ, к примеру, поршневых, допустимо только байпасирование воды. Дросселирование потока для таких насосов неприемлимо, потому что оно может привести к выходу из строя насоса либо трубопровода. Для поршневых компрессоров используют оба метода управления.

Изменение расхода воды либо газа за счет дросселирования потока является главным управляющим воздействием в системах автоматического регулирования, используемых РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ в хим индустрии. Дроссель, применяемый для регулирования технологических характеристик, именуется регулирующим органом.

1 Свойства регулирующих органов

Основной статической чертой регулирующего органа является зависимость расхода через него от степени открытия:

q = f (h) , ( 1 )

где: q = Q / Qmax -относительный расход;

Q - расход, м3 /ч;

Qmax -максимальный расход, м3 /ч;

h = H / Hmax РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ - относительный ход затвора регулирующего органа;

H - ход затвора регулирующего органа, мм ;

Hmax -максимальный ход затвора регулирующего органа, мм.

Эта зависимость именуется расходной чертой регулирующего органа. Так как регулирующий орган является частью трубопроводной сети, включающей в себя участки трубопровода, вентили, повороты и извивы труб, восходящие и нисходящие участки, его расходная черта РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ отражает практически поведение гидравлической системы “регулирующий орган плюс трубопроводная сеть”. Потому расходные свойства 2-ух схожих регулирующих органов, установленных на трубопроводах разной длины, будут значительно различаться меж собой.

Чертой регулирующего органа, не зависящей от его наружных соединений, является пропускная черта. Пропускная черта - это зависимость относительной пропускной возможности регулирующего органа s от РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ относительного его открытия h :

s = f ( h ) , ( 2)

где: s = Kv / Kvу- относительная пропускная способность;

Kv -пропускная способность, м3 /ч;

Kvу - условная пропускная способность , м3 /ч.

За условную пропускную способность регулирующего органа Кvу принимают величину, численно равную расходу в м3 /ч через него вещества с плотностью 1.0*103 кг/м3 (к примеру РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ, вода при температуре 20оС) при перепаде давления 0,098 МПа. Условная пропускная способность регулирующего органа Kvу является одной из главных его технических черт.

Другими показателями, служащими основанием для выбора регулирующего органа, являются : поперечник его присоединительных фланцев Ду , очень допустимое давление Ру, температура Т и характеристики вещества. Индекс “у” показывает на условное значение РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ характеристик, что разъясняется невыполнимостью обеспечить их четкое соблюдение для серийных регулирующих органов. (Потому, к примеру, для величины Кvу допускается разброс значений в границах ± 8%).

Так как расходная черта дроссельного регулирующего органа находится в зависимости от гидравлического сопротивления трубопроводной сети, в какой он установлен, нужно иметь возможность корректировать эту характеристику. Регулирующие органы, допускающие РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ возможность таковой корректировки, именуются регулирующими клапанами. Они имеют сплошные (набросок 2) либо пустотелые (набросок 3) цилиндрические плунжеры, допускающие изменение профиля для получения требуемой расходной свойства. У первых изменяют профиль внешней поверхности плунжера, у вторых - профиль окон пустотелого плунжера.

y


М

Y

В В

Х

А N А

X


Дc


Набросок 2 - Схема регулирующего клапана со сплошным плунжером

О

А В

Хi

Набросок 3 - Схема регулирующего РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ клапана с пустотелым плунжером

Для облегчения корректировки расходной свойства выпускают регулирующие клапана с разными видами пропускной свойства: линейной и равнопроцентной.

У клапанов с линейной чертой повышение пропускной возможности пропорционально ходу плунжера:

ds = a dh , (3)

где а - коэффициент пропорциональности.

У клапанов с равнопроцентной чертой повышение пропускной возможности пропорционально ходу плунжера РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ и текущему значению пропускной возможности:

ds =a Kv dh . ( 4 )

Различие меж пропускной и расходной чертами регулирующего клапана тем больше, чем больше гидравлическое сопротивление трубопроводной сети. Отношение пропускной возможности клапана Kvр к пропускной возможности трубопровода Kvт именуется гидравлическим модулем системы n:

. ( 5 )

Чем меньше гидравлическое сопротивление трубопровода, тем больше его РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ пропускная способность. В пределе, когда трубопровода нет вообщем, расходная и пропускная свойства совпадают. Таким макаром, свойства регулирующих клапанов соответствуют условию: Kvт = ¥ и n =0. При значениях n > 1,5 регулирующие клапана с линейной пропускной чертой становятся неприменимыми для использования в системах автоматического регулирования из-за непостоянства коэффициента пропорциональности а в протяжении всего РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ хода. Для регулирующих клапанов с равнопроцентной пропускной чертой расходная черта близка к линейной при значениях nот 1,5 до 6. Так как поперечник технологического трубопровода Дт обычно выбирается с припасом, возможно окажется, что регулирующий клапан с таким же либо близким поперечником условного прохода Ду имеет сверхизбыточную пропускную способность и, соответственно, гидравлический модуль РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ. Для уменьшения пропускной возможности клапана без конфигурации его присоединительных размеров заводы-изготовители выпускают клапаны, отличающиеся только поперечником седла Дс.

Для выбора клапана (по таблице 1) нужно управляться его пропускной способностью Kvу и Ду . Коэффициент К указывает степень уменьшения площади проходного сечения седла клапана относительно площади проходного сечения фланцев.

Таким макаром, для односедельного РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ клапана:

, ( 6 )

а для двухседельного:

. ( 7 )

Таблица 1 - Значения коэффициентов условных пропускных возможностей

регулирующих клапанов Kvу , м3 / ч.

Kvу
К Ду, мм 1.0 0.6 0.4 0.25
6,3 2,5 1,6
6,3

РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ

Расчет регулирующего клапана нужен для обоснованного его выбора по каталогу серийных изделий.

Расчет начинают с определения числа Рейнольдса при наивысшем расходе потока Qmax:

, ( 8 )

где Vmax- скорость потока при наивысшем расходе , м РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ/с;

Дт -диаметр трубопровода , м ;

r -плотность ,кг /м3 (смотри Таблицу 2) ;

m - динамический коэффициент вязкости , Па с (смотри Таблицу 3 ).

Таблица 2 - Плотность воды и воздуха при разных температурах ,r кг /м3

Температура , оС Вода Воздух
998,15 1,310
998,23 1,205
995,67 1,180
992,24 1,175
988,07 1,170
971,83 1,160

Таблица 3 - Вязкость воды и воздуха при разных температурах, m *10-6, Па с

Температура, оС Вода РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ Воздух, Р=0,1МПа Воздух , Р=2,0 МПа
0 1797 17,2 17,5
20 1004 18,1 18,6
30 803 18,9 19,7
40 655 20,3 20,9
50 551 21,8 22,0
80 357 26,2 26,3

Определяют утрату давления в трубопроводной сети ΔРт max в Па при наибольшей скорости потока Vmax:

, ( 9 )

где xт =åx м + l Lт / Дт -общий коэффициент гидравлического сопротивления

трубопровода;

åxм -сумма коэффициентов местных сопротивлений частей

трубопровода (смотри Таблицу 4 );

- коэффициент трения при Re max > 2300 (турбулентный

режим движения );

- коэффициент трения при РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ Re max < 2300 (ламинарный

режим движения);

Lт - суммарная длина прямых участков трубопровода, м .

Таблица 4 - Коэффициент местного сопротивления x

Поперечник ,мм
Вентиль обычный 10.8 4.9 4.1 4.4 4.7 5.1 5.5
Колено (угольник) 90о 2.2 1.6 1.1 1.1 1.05 1.05 1.0 1.0

Определяют перепад давлений на регулирующем клапане DPk в Па при наибольшей скорости потока:

DP k =P н - P к - DP т max + Ноr g , (10)

где РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ Рн-давление сначала трубопровода ( напорный коллектор ) , Па;

P к-давление в конце трубопровода (приемный коллектор) , Па ;

Hо- разность высот меж исходной и конечной точками трубопровода, м.

Определяют расчетное значение пропускной возможности регулирующего клапана K V р в м3 / ч :

а) для турбулентного режима движения

, (11)

где Qmax -максимальный расход , м3 / ч ;

r - плотность , кг РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ/ м3 ;

DP k -перепад давлений на клапане ,Па.

h-коэффициент припаса, h=1,25.

б) для ламинарного режима движения

, м3 / ч (12)

где y - поправочный коэффициент на вязкость воды, определяемый по

графику на рисунке 4.

y

1-для двухседельных клапанов; 2- для односедельных клапанов

Набросок 4- График зависимости поправочного коэффициента y на воздействие

вязкости среды от числа Re

По приобретенному значению KVр для РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ поперечника трубопровода Ду по справочным материалам [ 4, Приложение А ] выбирают регулирующий клапан с наиблежайшим огромным значением условной пропускной возможности KVу.

Определяют пропускную способность трубопроводной сети в м3/ч:

. (13)

Определяют гидравлический модуль системы по формуле (5).

По приведенным выше советам выбирают форму пропускной свойства регулирующего клапана и профилируют его плунжер РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ.


raschet-prochnosti-po-secheniyu-b-b.html
raschet-prodolzhitelnosti-proizvodstvennogo-cikla-slozhnogo-processa.html
raschet-proektnoj-ceni-sozdaniya-i-realizacii-izdeliya-mehatronnij-modul-transportnogo-sredstva-analiz-bezubitochnosti.html