Регулирующий клапан кавитация расчет

2.8. Кавитация

Кавитацией называют такое явление, при котором в жидкости наблюдается образование и разрушение большого количества пузырьков, наполненных парами жидкости, происходящее в результате местного понижения давления. Это состояние существенно снижает долговечность деталей, подверженных действию кавитации, и сопровождается повышенным шумом и вибрациями, причем кавитация у клапанов возникает тогда, когда статическое давление среды при протекании через клапан будет ниже значения парциального давления насыщенных паров среды. Обычно явление кавитации возникает в области самого узкого прохода, где скорость течения самая высокая. Подробно о возникновении и действии кавитации говорится в главе 6. Здесь ограничимся контролем возникновения кавитации, который в сомнительных случаях должен быть составной частью расчета каждой регулирующей арматуры.

У регулирующих клапанов с одноступенчатой редукцией (практически каждый случай в коммерческой области отопления и охлаждения) кавитация может развиться в случае, если выполнено условие

p2 — давление за вентилем [МПа]

ps — давление насыщенных паров среды при конкретной температуре [МПа]

В случае вероятности возникновения развернутой кавитацииследует выбрать для регулирующих клапанов дроссельную систему с повышенной кавитационной стойкостью, т. е. использовать перфорированный конус или конус и седло с наплавкой уплотнительных поверхностей слоем твердого сплава (стеллит). Можно применить многоступенчатую редукцию, тем не менее, использование таких клапанов относится, скорее, к области теплофикации и энергетики.

Для быстрого определения возникновения кавитации в регулирующем клапане с одноступенчатой редукцией, может быть использована диаграмма на рисунке ниже, где delta Pmax есть максимально допустимый перепад давления, с точки зрения кавитации, при данных условиях.

График зависимости возникновения кавитации.

Источник

Расчёт и Подбор Регулятора перепада давления

Заполните ниже приведенную форму и в результате расчёта будет подобран список регуляторов перепада давления соответствующих заданным исходным данным.

Методика расчёта

Расчёт регулятора перепада давления заключается в определении пропускной способности, требуемого диапазона настройки, проверке на возникновения шума и кавитации.

Расчёт пропускной способности Kvs

Зависимость потерь напора от расхода через регулятор перепада давления называется пропускной способностью — Kvs.

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

Kv – то же, при частичном открытии затвора регулятора.

Зная, что при изменении расхода в «n» раз потери напора на регуляторе изменяются в «n» в квадрате раз не сложно определить требуемый Kv регулятора перепада давления подставив в уравнение расчётный расход и избыток напора.

Некоторые производители рекомендуют выбирать регулятор перепада давления 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 регуляторы перепада давления таким образом, чтобы требуемое значение пропускной способности находилось в диапазоне от 40 до 70% хода штока. Регулятор перепада давления, рассчитанный таким образом, сможет с достаточной точностью как уменьшить расход относительно заданного, так и несколько увеличить его.

Выше приведенный алгоритм расчёта выводит список регуляторов перепада давления, для которых требуемое значение Kv попадает в диапазон хода штока от 40 до 70%.

В результатах подбора приведен процент открытия затвора регулятора перепада давления, при котором дросселируется заданный избыток напора на заданном расходе.

Подбор диапазона настройки

Диапазон настройки регулятора перепада давления зависит от силы сжатия пружины. Некоторые регуляторы перепада серийно комплектуются одной пружиной и имеют всего лишь один диапазон настройки по перепаду давлений, а некоторые могут быть укомплектованы пружинами различной жёсткости и иметь несколько диапазонов настройки. Перепад давлений который будет поддерживать регулятор, должен находиться, примерно, в средней трети диапазона регулирования.

Выше приведенный алгоритм подбора регуляторов перепада выводит список регуляторов у которых заданный перепад попадет в диапазон от 20 до 80% диапазона поддерживаемых перепадов давлений.

Расчёт регулятора на возникновение 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 регулятора перепада давления 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 регулятора, что неизбежно станет причиной его преждевременного износа. Кроме износа кавитация приводит к повышению шума при работе регулятора.

Основные факторы, влияющие на возникновение кавитации:

• Температура воды – чем она выше, тем большие вероятность возникновения кавитации.
• Давление воды – перед регулятором перепада, чем оно выше, тем меньше вероятность возникновения кавитации.
• Дросселируемое давление – чем оно выше, тем выше вероятность возникновения кавитации.
• Кавитационная характеристика регулятора – определяется особенностями дросселирующего элемента регулятора. Коэффициент кавитации различен для различных типов регуляторов давления 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 на возникновение шума

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

Источник

Регулирующий клапан кавитация расчет

Регулирующий клапан — это вид трубопроводной арматуры наиболее часто применяемый для регулирования расхода и давления.

Правильный подбор регулирующего клапана является необходимым условием для обеспечения нормальной работы трубопроводной системы. Подбор регулирующего клапана сводится к определению его пропускной способности, при которой на заданном расходе будет дросселирован заданный избыток напора. Пропускная способность регулирующего клапана 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.

Формулы для определения коэффициента Kv различаются для различных типов среды и величин давления, формулы для расчета Kv представлены в таблице 1.

• P1 — давление на входе клапана, бар;
• P2 — давление на выходе клапана, бар;
• dP=Р1 – Р2 — перепад давления на клапане, бар;
• t1 — температура среды на входе, 0 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 кг/м 3 (для газов плотность при Н.У. кг/нм 3 )

Величина Kv умножается на коэффициент запаса k1 (который обычно принимается в диапазоне 1,2-1,3): Kvs=k1*Kv. И получаем величину Kvs – условная пропускная способность клапана.

По рассчитанному значению Kvs, по каталогам производителей, подбирается регулирующий клапан с максимально близким большим значением Kvs c учетом рекомендуемого диаметра.

При подборе регулирующего клапана так же рекомендуется определять условный диаметр клапана и проводить проверку на возникновение кавитации.

Условный диаметр регулирующего клапана

Регулирующая арматура никогда не подбирается по диаметру трубопровода. Однако диаметр необходимо определять 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. В этом случае допускается выбирать клапан с условным диаметром меньше условного диаметра трубопровода на одну-две ступени.

Определение расчетного диаметра клапана ведется по формуле:

• d — расчетный диаметр клапана в, мм;
• Q — расход среды, м 3 /час;
• V – рекомендуемая скорость потока м/с.

Рекомендуемая скорость потока:

• жидкость – 3 м/с;
• пар насыщенный – 40 м/с;
• газ (при давлении &#60 0,001 МПа) – 2 м/с;
• газ (0,001 – 0,01 МПа) – 4 м/с;
• газ (0,01 – 0,1 МПа) – 10 м/с;
• газ (0,1 – 1,0 МПа) – 20 м/с;
• газ ( &#62 1,0 МПа) – 40 м/с;

По расчетному значению диаметра (d) выбирается ближайший больший условный диаметр клапан Ду.

Проверка клапана на кавитацию

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 определения возможности возникновения кавитации на клапане проверяется условие: dP >= 0,6P1.

Инструкция

1) Выберите тип транспортируемой по трубопроводу среды (жидкость / газ / пар).

2) Введите величину давления на входе в клапан (Р1) и на выходе клапана (Р2).

Важно! Величину давления необходимо задавать в бар.

3) Введите расход вещества м 3 /час и плотность вещества, кг/м 3 (Для газа и пара плотность газа указать при нормальных условиях).

4) Введите коэффициент запаса для пересчета kv в kvs (рекомендуется коэффициент запаса принимать в пределах 1,2-1,3).

5) Для проведения расчета нажмите кнопку «Расчет».

Важно! Перед выполнением нового расчета нажмите кнопку «Сбросить».

Источник

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;
• Q_N — расход для газов при Н.У., нм 3 /ч;
• G — расход для водяного пара, кг/ч;
• ρ — плотность жидкости, кг/м 3 ;
• p_N — 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 Р_у 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.

Источник