Расчет регулирующего клапана

Регулирующим органом называется звено исполнительного устройства, предназначенное для изменения расхода вещества или энергии в объект регулирования. Различают дозирующие и дроссельные РО. К дозирующим относятся такие устройства, которые изменяют расход вещества за счет изменения производительности агрегатов (дозаторы, питатели, насосы, компрессоры, плужковые сбрасыватели и др.). Дроссельный РО представляет собой переменное гидравлическое сопротивление, изменяющее расход вещества за счет изменения своего проходного сечения; к ним относятся регулирующие клапаны, поворотные заслонки, шиберы и краны. Регулирующие органы характеризуются многими параметрами, основными из которых являются: пропускная и условная пропускная способности, условное давление и условный проход.

Пропускной способностью К_v называется расход жидкости с плотностью 1000 кг/м³, пропускаемой РО при перепаде давления на нем 10⁵ Па. Пропускная способность измеряется в кубических метрах в час (м³/час).

Условной пропускной способностью К_{v у}называется номинальное значение пропускной способности РО при максимальном (условном) ходе затвора, выраженное в кубических метрах в час м³/час). Условная пропускная способность зависит от типа РОи размера его условного прохода D _y.

Условным давлением Р _у называется наибольшее допустимое давление среды на РОпри нормальной температуре.

 

 

Диаметр условного прохода, D у, мм	Значение Kv y исполнительных устройств [м3/час]
	клапанных		заслоночных
	односедельных	двухседельных
20	4,0	10	—
25	8	16	—
32	12	25	—
40	20	32	—
50	32	40	60
65	50	63	100
80	80	100	160
100	125	160	250
25	200	250	400
150	320	400	600
200	500	630	1000

 

 

    Поверхность, по которой соприкасаются плунжер (золотник) и седло, называется опорной поверхностью, площадь щели между ними - проходным сечением F, внутренний диаметр поперечного сечения в месте присоединения клапана к трубопроводу (по фланцу) - условным диаметром прохода клапана D _y значения которого определяются ГОСТ 356-67.

 

Физические основы выбора регулирующего органа (РО)

Максималь-ный расход	Регулирующая среда и ее теплофизические характеристики								P 0 , МПа	P к, МПа	D P л, МПа
	Регулирующая среда	Температура T 1 , K		Температура T 2 , K	Плотность r,	Динамическая вязкость	Абсолютное давление насыщенных паров P нп, МПа
Qmax,
40	Вода	363		363	965	320	0,07		1,8	0,2	0,01
1000	Воздух	293	293		4,81	-		-	0,4	0,25	0,002
8	Мазут	323	323		960	566400		0,00001	0,5	0,2	0,02

Теплофизические условия непосредственно перед РО принимаются равными условиям в начале трубопровода, соответственно условия после РО аналогичны условиям в конце трубопровода. Определение потери давления в РО при максимальном расчетном расходе производится по уравнению.

 

 

Пит.вода.

D P _{РО max} = D P _сети - D P _л =1,6 – 0,01 = 1,59 МПа,

где D P _сети ^— общий перепад давлений в сети, МПа;

D P _л - потери давления в линии, а также в технологических аппаратах, МПа.

D P _сети = P ₀ - P _к = 1,8 - 0,2 =1,6 МПа,

здесь P ₀ – давление в начале трубопровода, МПа;

P _к – давление в конце трубопровода, МПа;

Высокое качество регулирования можно получить только в том случае, если перепад давления на РО больше максимальных потерь давления в трубопроводах и технологических аппаратах, т.е.

D P _{РО max} > D P _л: 1,59 МПа > 0,01 МПа.

Уравнение для потока жидкости:

                              

Из перечня типоразмеров РО или по данным, приведенным в справочниках и каталогах, выбираем РО с условной пропускной способностью К_vу = 12м³/час, ближайшей большей расчетного значения K_{v max} на 20%:

Односедельный клапан К_vу = 12 м³/час, D_у = 32 мм.

Влияние вязкости жидкости на пропускную способность РО. Проверка влияния вязкости жидкости на пропускную способность РО производится после его выбора, так как увеличение вязкости протекающей через РО среды выше некоторого предела вызывает, как правило, уменьшение пропускной способности. Поправочный коэффициент на влияние вязкости зависит от вида РО и числа Рейнольдса протекающего потока.

 

Число Рейнольдса Re _y, отнесенное к условному проходу предварительно выбранного РО, определяем по формуле:

используя объемный расход

                                         

где m - коэффициент динамической вязкости среды, Па×с;

D _у – условный диаметр РО, м.

Re _y > 2000, выбираем РО с ранее определенной пропускной способностью К_{v у}.

 

Оценка возникновения кавитации при течении жидкости через РО. При дросселировании жидких потоков возможно явление кавитации, которое приводит к износу седла, клапана и плунжера РО. Для проверки РО на возможность возникновения кавитации определяем:

а) коэффициент местного сопротивления выбранного РО

,                                                  

где — площадь сечения входного патрубкаРО, см²;

б) коэффициент кавитации К _кав определяем при подаче среды под затвор; К _кав=0,89

в) перепад давления, при котором возникает кавитация,

D P _кав = K _кав(P ₁- P _нп)=0,89(1,8-0,07)=1,5397                                               

где P ₁ — абсолютное давление перед РО, МПа;

Р _нп — абсолютное давление насыщенных паров жидкости при температуре перед РО, МПа.

Перепад давления на РО D P _{Ро max} £ D P _кав, выбираем РО с ранее найденной условной пропускной способностью K_{v у}.

 

Рис. 8. Зависимость коэффициента кавитации K _кав и K _{кав max} от z_у:

1 - K _кав для односедельных и двухседельных регулирующих органов при подаче среды на затвор, 2 — K _кав и K _{кав max} для односедельных регулирующих органов при подаче среды под затвор; 3 — K _{кав max} для односедельных и двухседельных регулирующих органов при подаче среды на затвор

 

Мазут.

D P _{РО max} = D P _сети - D P _л =0,3 – 0,002 = 0,298 МПа,

D P _сети = P ₀ - P _к = 0,5 - 0,2 =0,3 МПа,

 

 

Односедельный клапан К_vу = 8 м³/час, D_у = 25 мм

 

 

 см²

б) коэффициент кавитации К _кав определяем при подаче среды под затвор; К _кав=0,87

в) перепад давления, при котором возникает кавитация,

D P _кав = K _кав(P ₁- P _нп)=0,87(0,5-0,00001)=0,49 МПа.

Воздух

D P _{РО max} = D P _сети - D P _л =0,15 – 0,002 = 0,0,148 МПа,

D P _сети = P ₀ - P _к = 0,4 - 0,25 =0,15 МПа,

 

 

Односедельный клапан К_vу = 50 м³/час, D_у = 65 мм

 

 

 см²

б) коэффициент кавитации К _кав определяем при подаче среды под затвор; К _кав=0,88

в) перепад давления, при котором возникает кавитация,

D P _кав = K _кав(P ₁- P _нп)=0,352 МПа.

                 8. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ УРОВНЯ АВТОМАТИЗАЦИИ.

 

 

Исходные данные
Способ реализации контроля технологических параметров
Контроль приборами по месту	0
Щитовая система контроля с сигнализацией отклонения пара-метров	0
Контроль, сигнализация отклонения параметров и вызов на цифровые приборы с применением средств централизованного контроля и управления (Старт, Режим, Каскад, Микродат и т. п.)	11
Контроль, сигнализация отклонения параметров, вызов на дис-плей, печать параметров с применением ЭВМ и микропроцес-сорной техники	11
Способ реализации контроля параметров качества
Химические и физико-механические методы лабораторного контроля	0
Инструментальные методы полуавтоматического лабораторного контроля	0
Контроль на автоматизированном оборудовании с обработкой результатов анализа	0
Автоматические анализаторы на потоке или (и) расчет параметров контроля с помощью ЭВМ и МП техники	1
Способ реализации регистрации параметров
Ручная регистрация	0
На диаграммах вторичных приборов	0
Средствами централизованного контроля и управления	10
Печать параметров, режимных листов, сводок, графика или таблицы, с применением ЭВМ и МП техники	10
Способ реализации контроля состояния основного оборудования
Контроль по месту	0
Контроль и сигнализация с помощью щитовой системы	0
Контроль и сигнализация на центральном пульте управления, мнемосхеме и щите в операторной или (и) на мнемосхеме дисплея и печати с применением средств централизованного контроля и управления, ЭВМ и микропроцессорной техники	1
Контроль и сигнализация состояния и диагностика оборудования (Под диагностикой оборудования понимают информацию о вибрации оборудования, осевом сдвиге, состоянии змеевиков печей, температурах подшипников и т. п.)	1
Способ реализации контроля работоспособности КТС
Ручная фиксация моментов сбоя и выхода из строя частей КТС и устранение неисправностей вмешательством оперативного персонала	0
Контроль, сигнализация, вызов на цифровые приборы данных о работоспособности КТС путем проверки информации на достоверность средствами централизованного контроля и управления	0
Контроль, сигнализация, вызов на дисплей, печать данных о работоспособности КТС с применением алгоритмов и программ тестового и диагностического контроля средствами ЭВМ и микропроцессорной техники	1
Автоматический переход на горячий резерв как системы в целом, так и отдельных каналов при обнаружении отказов	0
Способ реализации функции расчета ТЭП
ТЭП, рассчитанные по показаниям приборов вручную	1
ТЭП, рассчитанные с помощью средств централизованного контроля и управления, ЭВМ и микропроцессорной техники	1
Способ реализации функции анализа технологических ситуаций
По показанию приборов по месту	0
По диаграммам приборов и сигнализации отклонений параметров на щите в операторной	0
По сигнализации отклонений параметров на центральном пульте управления, мнемосхеме и щите в операторной или (и) па мнемосхеме дисплея и печати с применением устройств централизованного контроля ЭВМ и микропроцессорной техники	10
По специальным алгоритмам анализа ситуаций с выдачей рекомендаций по управлению	0
Способ реализации функции пуска и остановки
С использованием ручного привода и приборов по месту	0
С использованием дистанционного управления и контроля	1
С использованием отдельных программных устройств или алгоритмов	1
Полностью автоматически	1
Способ реализации функции управления
Стабилизация параметров процесса в щитовом варианте	0
Стабилизация параметров процесса в щитовом варианте с применением анализаторов качества	0
Стабилизация параметров процесса с применением средств централизованного контроля и управления и (или) микропроцессорных контроллеров	3
Супервизорное и непосредственное цифровое управление	3
Способ реализации функции оптимизации
Оптимизация технологического процесса в режиме совета оператору	0
Автоматическое оптимальное управление	3
Способ реализации оценки качества ведения процесса
Оценка качества ведения технологического процесса производится неавтоматически	0
Оценка качества ведения процесса с использованием комплексных показателей, рассчитываемых автоматически	0
Оценка качества проводится полностью, с использованием ЭВМ рассчитываемых показателей	3
Функции управления
При помощи курьера	0
С помощью телефонной связи	0
С помощью телеграфной и факсимильной связи	0
С помощью терминальных устройств и ЭВМ	10
Автоматический межмашинный обмен информацией	10
Результат
Способ реализации контроля технологических параметров	0,925
Способ реализации контроля параметров качества	1,000
Способ реализации регистрации параметров	0,925
Способ реализации контроля состояния основного оборудования	0,925
Способ реализации контроля работоспособности КТС	0,850
Способ реализации функции расчета ТЭП	0,600
Способ реализации функции анализа технологических ситуаций	0,900
Способ реализации функции пуска и остановки	0,800
Способ реализации функции управления	0,950
Способ реализации функции оптимизации	1,000
Способ реализации оценки качества ведения процесса	0,600
Функции управления	0,950
Итоговый результат	0,87450