Automatyka w Inżynierii Środowiska
Automatyka w Inżynierii Środowiska
Wykład 5
Wykład 5
Przelotowe zawory regulacyjne
Przelotowe zawory regulacyjne
ProwadzÄ…cy:
Jan Syposz
Element wykonawczy  zawory regulacyjne
Element wykonawczy  zawory regulacyjne
Zawór regulacyjny w układzie regulacji
z
e u y
w
obiekt regulacji
urzÄ…dzenie
_ regulator obiekt
wykonawcze
regulacji
ym
y
element
pomiarowy
Konstrukcje zaworów przelotowych
Konstrukcje zaworów przelotowych
Zaworyjednogniazdowei dwugniazdowe
Współczynnik przepływu zaworu
Współczynnik przepływu zaworu
Strumień przepływu wyrażony w m3/h, wyznaczony przy
ustalonymskoku grzyba zaworu oraz przy spadku ciśnienia
na zaworze "po równym 1 bar i gęstości przepływającego
czynnika Áo = 1000 kg/m3 nazywany jest współczynnikiem
przepływuKv.
1
Kv = V Å" Å"
m3/h
"p
Nominalny współczynnik przepływu
Nominalny współczynnik przepływu
zaworu Kvs
zaworu Kvs
" Obliczając wymiary zaworu określa się
nominalny współczynnik przepływu Kvs przez
zawór całkowicieotwarty.
" Wartość ta charakteryzuje minimalny opór
hydrauliczny zaworu.
" Obliczenie Kvs umożliwia dobranie średnicy
zaworuz katalogu.
" Dla tej samej średnicy w katalogu może być
podane kilka współczynników przepływu Kvs
zaworu.
Zależności do obliczenia wymaganych
Zależności do obliczenia wymaganych
współczynników przepływu dla cieczy, par i
współczynników przepływu dla cieczy, par i
gazów wg. PN-83/74201
gazów wg. PN-83/74201
Zależności do obliczenia wymaganych
Zależności do obliczenia wymaganych
współczynników przepływu dla cieczy, par i
współczynników przepływu dla cieczy, par i
gazów wg. PN-83/74201
gazów wg. PN-83/74201
" V - objętościowe natężenie przepływu, m3/h,
" Vn - objętościowe natężenie przepływu w warunkach normalnych (Tn=
273,15 K, pn = 101325 Pa), m3/h,
" m - masowe natężenie przepływu, kg/h,
" p1 - ciśnienie dopływu, Pa,
" p2 - ciśnienie odpływu, Pa,
" "p - dyspozycyjny spadek ciśnienia, Pa,
" Á1 - gÄ™stość czynnika na dopÅ‚ywie, kg/m3 ,
" Án - gÄ™stość czynnika w warunkach normalnych ( Tn= 273,15 K, pn =
101325 Pa), kg/m3,
" T1 - temperatura czynnika przed zaworem, K,
" v2 - objętość właściwa pary dla parametrów p2 i T1, m3/kg,
" v2* - objętość właściwa pary dla parametrów p1/2 i T1, m3/kg,
" x - stopień nasycenia pary (0 < x d" 1).
Zasada doboru zaworów regulacyjnych
Zasada doboru zaworów regulacyjnych
- minimalizacja wahań współczynnika wzmocnienia
- minimalizacja wahań współczynnika wzmocnienia
obiektu regulacji ks
obiektu regulacji ks
Charakterystyka statyczna obiektu regulacji: zawór reg. + wymiennik ciepła
a  zaworu regulacyjnego (stałoprocentowa),
b  wymiennika ciepła,
c  wymiennika ciepła wraz z zaworem regulacyjnym (obiekt regulacji)
a b
Q/Qs
Q h
h
m m m
Q/Qs
m/ms Q/Qs
"Q
ks =
"h
h/hs
h/hs m/ms
Charakterystyki zaworów
Charakterystyki zaworów
regulacyjnych
regulacyjnych
W inżynierii środowiska stosowane są zawory o
następującychcharakterystykach wewnętrznych kv=f(h):
" liniowej (proporcjonalnej),
" stałoprocentowej (logarytmicznej),
" dwustawnej (zawory szybko otwierajÄ…ce).
Charakterystyki zaworów regulacyjnych
Charakterystyki zaworów regulacyjnych
1  liniowa
2  stałoprocentowa
3  stałoprocentowa
4 - dwustawna
Charakterystyka otwarcia zaworu
Charakterystyka otwarcia zaworu
W odniesieniu do jakości zaworu regulacyjnego decydujące znaczenia ma
W odniesieniu do jakości zaworu regulacyjnego decydujące znaczenia ma
tzw. dokładność regulacji "A/"h. Im mniejsza zależność "A/"h, tym
tzw. dokładność regulacji "A/"h. Im mniejsza zależność "A/"h, tym
precyzyjniej i dokładniej można wyregulować zawór
precyzyjniej i dokładniej można wyregulować zawór
1
2
A = bÅ"h = Ä„ d2 / 4.
Ä„Å"d2
h =
4Å" b
Charakterystyka otwarcia zaworu
Charakterystyka otwarcia zaworu
Grzyb z jarzmem o progresywnej
charakterystyce otwarcia
Grzyb paraboliczny
Liniowa charakterystyka zaworu
Liniowa charakterystyka zaworu
(wewnętrzna - przepływu)
(wewnętrzna - przepływu)
"V
= const
"h
"kv
= const
"h
kv h
=
kvs hs
Liniowa charakterystyka zaworu
Liniowa charakterystyka zaworu
" Z równania charakterystyki wynika, że w
dolnym zakresie skoku zmiana ma większe
skutki i w pewnych okolicznościach może
być przyczyną niestabilnej pracy instalacji.
Oznacza to, że wadą liniowej charakterystyki
przepływowej zaworu jest zbyt duża reakcja
w dolnym i zbyt duża czułość w górnym
zakresie skoku, co może być przyczyną zbyt
wolnej zmiany położeniagrzyba zaworu.
Stałoprocentowa charakterystyka zaworu
Stałoprocentowa charakterystyka zaworu
(wewnętrzna przepływu)
(wewnętrzna przepływu)
" Wcharakterystyce stałoprocentowej, w całymzakresie
skoku uzyskiwana jest stała zależność procentowej
zmianystrumieniaobjętości,
" to znaczy, że ingerencja w położenie regulacyjne
zaworu, zawsze powoduje takÄ… samÄ… zmianÄ™
procentowej strumienia objętości niezależnie od tego,
przyjakimskokuma miejscetakaingerencja
V / Vs
= const
"h / hs Å" "V / Vs
Stałoprocentowa charakterystyka zaworu
Stałoprocentowa charakterystyka zaworu
V / Vs
= const
"h / hs Å" "V / Vs
kv / kvs = enÅ"(h / hs -1)
kvo/kvs= 0,3679 przy n = 1
= 0,1353 n = 2
= 0,0498 n = 3
= 0,0183 n = 4
Stałoprocentowa charakterystyka zaworu
Stałoprocentowa charakterystyka zaworu
" Zaskakujące jest, że także przy zamkniętym zaworze
przepływa przez niego strumień masy wymagany przy
obciążeniu podstawowym. Zjawisko to jest jednak
nieprzydatne do wykorzystania w instalacjach
ogrzewania. Z tego względu w najniższym zakresie
skoku, przerywany jest przebieg stałoprocentowej
charakterystyki zaworu opisany wzoremi zastępowany
niezdefiniowanymodcinkiemkrzywej.
" Wpraktyce przyjęło się stosować wartość stosunku
kvo/kvs =0,04,
" coodpowiadastałej
n=3,22.
Parametry zaworów regulacyjnych (rzeczywiste
Parametry zaworów regulacyjnych (rzeczywiste
charakterystyki produkowanych zaworów)
charakterystyki produkowanych zaworów)
Wytyczne VDI/VDE 2173
30%
Parametry zaworów regulacyjnych
Parametry zaworów regulacyjnych
" Odchyłka wartości współczynnika kvs (współczynnik kv
przy skoku zaworu 100%) danego zaworu nie może być,
większaniż ą10%wartości współczynnikakvs.
" Nachylenie charakterystyki rzeczywistej nie może
odbiegać w zakresie h/hs = 0,1 do 1,0 od nachylenia
charakterystyki nominalnej niewięcej niż 30%.
" Najmniejszy współczynnik przepływu kvs, przy którym
zachowane są jeszcze granice tolerancji określany jest
jakowspółczynnikkvr
" Wielkość kvs/kvr określana jest mianem stosunku
regulacji (nastawy), a wielkość kvs/kvo mianem
teoretycznegostosunkuregulacji.
Parametry zaworów regulacyjnych
Parametry zaworów regulacyjnych
" Stosunek regulacji jest ważną wielkością
świadczącą o możliwościach
regulacyjnych zaworu.
" Teoretyczny stosunekregulacji kvs/kvo
powinienwynosić e" 25
" Wzaworach o wysokiej jakości regulacji
stosunekregulacji kvs/kvo = 50
Rozkład ciśnienia w odcinku rurociągu
Rozkład ciśnienia w odcinku rurociągu
będącym obiektem regulacji
będącym obiektem regulacji
Charakterystyka eksploatacyjna
Charakterystyka eksploatacyjna
" Charakterystyka uwzględniająca warunki
zamontowania zaworu nazywana jest
charakterystykÄ… eksploatacyjnÄ… (charakterystykÄ…
roboczą przepływu).
" W celu określenia ilościowego przebiegu
charakterystyki eksploatacyjnej wprowadzone
zostałopojęcietzw. autorytetuzaworu a
Autorytet zaworu
Autorytet zaworu
Autorytet zaworu oznacza udział oporu stawianego
przez zawór całkowicie otwarty w odniesieniu do
całkowitegooporusieci wraz z zaworem
"pz100
a =
"pcalk
"pcalk = "pZ100 + "pS
Charakterystyki eksploatacyjne
Charakterystyki eksploatacyjne
zaworu o charakterystyce liniowej
zaworu o charakterystyce liniowej
1
V / V100 =
a
1- a +
(h / h100)2
Charakterystyki eksploatacyjne zaworu o
Charakterystyki eksploatacyjne zaworu o
charakterystyce stałoprocentowej
charakterystyce stałoprocentowej
1
V / V100 =
a
1- a +
[en(h / h100 -1) ]2
Przykładowa charakterystyka
Przykładowa charakterystyka
statyczna obiektu regulacji
statyczna obiektu regulacji
a b
Q/Qs
Q h
h
m m m
Q/Qs
Q/Qs
h/hs m/ms h/hs
Metody doboru zaworów
Metody doboru zaworów
regulacyjnych
regulacyjnych
Przy danej charakterystyce zaworu całkowita
charakterystyka instalacji przedstawiona na
rysunkach zależy nie tylko od autorytetu zaworu,
ale także od parametru obliczeniowego wymiennika
Åš.
Dla każdej wartości parametru Ś można, zgodnie z
rysunkami, dobrać optymalny autorytet zaworu,
który pozwoli na uzyskanie liniowego przebiegu
całkowitej charakterystyki statycznej obiektu
regulacji (zawór+wymiennik)  charakterystyki o
zminimalizowanych wahaniach współczynnika
wzmocnienia.
Metody doboru zaworów
Metody doboru zaworów
regulacyjnych
regulacyjnych
" Optymalizacja doboru charakterystyki zaworu
regulacyjnego została wykorzystana do
opracowania metody doboru zaworu poprzez
minimalizację wahań współczynnika wzmocnienia
obiekturegulacji.
" Zastosowanie tej metody jest możliwe jedynie w
przypadku znajomości dokładnej charakterystyki
statycznej wymiennika ciepła, charakterystyki
wewnętrznej zaworu (w postaci równań) oraz
możliwości swobodnego doboru współczynnika
autorytetuzaworu.
Metody doboru zaworów
Metody doboru zaworów
regulacyjnych
regulacyjnych
" W wyniku obliczeń charakterystyka robocza
dobranego zaworu powinna być tak ukształtowana
aby po złożeniu jej z charakterystyką wymiennika
powstała liniowa charakterystyka obiektu regulacji
(zawór+wymiennik).
" Jednak w praktyce nakład pracy na obliczenia
byłby zbyt duży i zamiast tego stosowana jest
metoda oparta na orientacyjnej wartości
współczynnikadławienia a.
Wskazówki do doboru zaworów
Wskazówki do doboru zaworów
" Wybór autorytetu zaworu
" Przy liniowej charakterystyce zaworu jako wielkość
orientacyjnÄ… przyjmuje siÄ™ autorytet zaworu
a = 0,5 do 1.0
" Przy stałoprocentowej charakterystyce zaworu jako
wielkość orientacyjną przyjmuje się autorytet zaworu
a = 0,3 do 0,5
(koszt zaworu, koszty pompowania !)
Wprzypadku węzłówciepłowniczych o dużymciśnieniu
dyspozycyjnym (węzły położone blisko z
ródła ciepła)
korzystne jest przyjęcie górnej wartości współczynnika
autorytetu
a H" 0.5
Obliczenie współczynnika
Obliczenie współczynnika
przepływu Kvs
przepływu Kvs
VS
KVS =
"pZ100
"pZ100 = a Å" ("pZ100 + "pS )
a
"pZ100 = Å" "pS
1- a
Rozkład ciśnienia w odcinku rurociągu
Rozkład ciśnienia w odcinku rurociągu
będącym obiektem regulacji
będącym obiektem regulacji
Spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym
Spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym
" Minimalny spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym
jako "p e" 0.1bar.
" W instalacjach parowych przy w obliczeniach Kv
zaworówregulacyjnych należyprzyjmować
"
"pZ100 =
0.4÷0.5(P1-1) bar
Kawitacja, dopuszczalny spadek
Kawitacja, dopuszczalny spadek
ciśnienia na zaworze
ciśnienia na zaworze
Dopuszczalny spadek ciśnienia na zaworze
nie może przekraczać dopuszczalnych
wartości określonychzależnością:
"pv100 =Z(p1  ps)
gdzie:
" p1 - ciśnienie przed zaworem,
" ps - ciśnienie nasycenia dla danej
temperatury,
" Z - współczynnik o wartoÅ›ciach Z = 0,5÷0,8.
Rodzaj materiału, z jakiego musi być
Rodzaj materiału, z jakiego musi być
wykonany korpus zaworu
wykonany korpus zaworu
Rodzaj materiału, z jakiego musi być wykonany
korpus zaworu zależy od temperatury i ciśnienia
przepływającego czynnikagrzejnego.
Aktualniena rynku znajdujÄ… siÄ™ zawory wykonane z
" brÄ…zu,
" żeliwa szaregooznaczonesymbolemGG,
" z żeliwa sferoidalnegooznaczonesymbolemGGG
" oraz ze staliwa oznaczone symbolem GS
(oznaczenianiemieckie).
Dziękuję za uwagę !
Dziękuję za uwagę !
Automatyka w Inżynierii Środowiska
Automatyka w Inżynierii Środowiska
Wykład 6
Wykład 6
Trójdrogowe zawory regulacyjne
Trójdrogowe zawory regulacyjne
ProwadzÄ…cy:
Jan Syposz
Element wykonawczy  zawory regulacyjne
Element wykonawczy  zawory regulacyjne
Zawór regulacyjny w układzie regulacji
z
e u y
w
obiekt regulacji
urzÄ…dzenie
_ regulator obiekt
wykonawcze
regulacji
ym
y
element
pomiarowy
Rodzaje wykonań armatury
Rodzaje wykonań armatury
trójdrogowej
trójdrogowej
Zawór trójdrogowy: a) mieszający, b) rozdzielający
Rodzaje wykonań armatury
Rodzaje wykonań armatury
trójdrogowej
trójdrogowej
Cechą charakterystyczną zaworów
trójdrogowych jest to, że powierzchnia
przekroju jest zmieniana wdwóch gniazdach
wprzeciwnych kierunkach.
Sposoby montażu zaworów
Sposoby montażu zaworów
trójdrogowych
trójdrogowych
" Wukładzie z zaworemtrójdrogowymmożna
wyróżnić część, w której strumień
przepływającego czynnika jest stały (jest to
tzw. obieg stałego przepływu) oraz obieg
zmiennego przepływu zależny od stopnia
otwarciazaworu.
Sposoby montażu zaworów
Sposoby montażu zaworów
trójdrogowych
trójdrogowych
a) zawór mieszający,
b) zawór mieszający pełniący
funkcjÄ™ zaworu rozdzielajÄ…cego,
c) zawór rozdzielający
Charakterystyki wewnętrzne
Charakterystyki wewnętrzne
zaworów trójdrogowych
zaworów trójdrogowych
Charakterystyki zaworów
Charakterystyki zaworów
trójdrogowych
trójdrogowych
" Wymagania:
" strumień objętości w obwodzie odbiornika
(przyłącze AB) jest stały,
" charakterystyka przyłącza A umożliwia
zmianÄ™ mocy cieplnej instalacji
proporcjonalnie do skoku zaworu.
Charakterystyki eksploatacyjne zaworów
Charakterystyki eksploatacyjne zaworów
trójdrogowych wg. W. Chmielnickiego
trójdrogowych wg. W. Chmielnickiego
" Charakterystyka eksploatacyjna zaworu
trójdrogowego zależy od wartości spadków
ciśnieniawposzczególnychobwodach układureg.
"por = "pzp + "pZ100 + "psp
"por = "pk100 +"pZ100 +"pG100
Z
G
K
PM
SP
ZP
Charakterystyki eksploatacyjne zaworów
Charakterystyki eksploatacyjne zaworów
trójdrogowych
trójdrogowych
" W przypadku, gdy opory przepływu w
przewodzie mieszającym są równe oporom
przepływu wobiegu o zmiennymprzepływie,
co jest korzystne dla zapewnienia
odpowiedniego przepływu w tej gałęzi, to
charakterystyka przepływowa zaworu zależy
wyłącznie od udziału spadku ciśnienia w
obiegu o zmiennym przepływie "pk i oporu
występującego na zaworze.
Charakterystyki eksploatacyjne
Charakterystyki eksploatacyjne
zaworów trójdrogowych
zaworów trójdrogowych
Stopień rozdziału A
"pzp
"pk100
A = =
"por "por
Autorytet zaworutrójdrogowego- a
"pZ100
"pcalk = "pk100 + "pZ100
a =
"pcalk
"pcalk = "pzp + "pZ100
Charakterystyki eksploatacyjne
Charakterystyki eksploatacyjne
zaworów trójdrogowych
zaworów trójdrogowych
Charakterystyki
eksploatacyjne
zaworu trójdrogowego
dla stopnia rozdziału ciśnienia
A = 0,21
oraz współczynnikach autorytetu
a = 0,125 (xxxxx),
0,3 (-----) i
0,7 (.....),
Charakterystyki eksploatacyjne
Charakterystyki eksploatacyjne
zaworów trójdrogowych
zaworów trójdrogowych
Charakterystyki eksploatacyjne
(robocze) zaworu trójdrogowego
przy stałym współczynniku
autorytetu a = 0,3
oraz różnych stopniach
rozdziału ciśnienia:
A = 0,07 (xxxxx),
0,21 (-----)
0,49 (.....),
Charakterystyki eksploatacyjne
Charakterystyki eksploatacyjne
zaworów trójdrogowych
zaworów trójdrogowych
" Z przedstawionej analizy wynika,
"pzp
"pk100
że aby zapewnić minimalne
A = =
"por "por
zmiany przepływów w króćcu AB,
opory obiegu o zmiennym
A = 0,07 (xxxxx),
przepływie "pzp powinny być małe
wporównaniu do oporówobiegu o
stałym przepływie "psp i spadku
ciśnienia na zaworze
regulacyjnym "pZ100.
Dobór zaworów trójdrogowych
Dobór zaworów trójdrogowych
" Deformacja charakterystyki przepływowej na
wypływie z zaworu trójdrogowego (wylot AB) zależy
od stosunku oporu odcinka sieci o zmiennej
wartości strumieniaobjętości dooporu całej sieci.
" Kierowanie się przy doborze średnicy zaworu
trójdrogowego jedynie kryterium wartości
współczynnika autorytetu zaworu (np. a =0.5) nie
jest uzasadnione, ponieważ nie uwzględnia on
wpływu tłumienia przez opór odcinka sieci o
niezmiennym strumieniu objętości. W praktyce
konieczne jest ilościowe określenie wpływu
tłumienia.
Charakterystyki eksploatacyjne
Charakterystyki eksploatacyjne
zaworów trójdrogowych wg. H. Rosa
zaworów trójdrogowych wg. H. Rosa
" W wypadku stosowania zaworów przelotowych deformacja
charakterystyki zależy przede wszystkim od jednego parametru, a
mianowicie autorytetu zaworu a, który zależy z kolei od doboru średnicy
zaworu. W wypadku zaworów trójdrogowych taki wpływ wg. H. Rosa
majÄ… trzy parametry, amianowicie:
a'= "pZ / "pzp
b = "psp / "pzp
c = "ppm / "pzp
Charakterystyki eksploatacyjne
Charakterystyki eksploatacyjne
zaworów trójdrogowych wg. H. Rosa
zaworów trójdrogowych wg. H. Rosa
Wnioski dot. doboru zaworów
Wnioski dot. doboru zaworów
trójdrogowych
trójdrogowych
" Zprzebiegu krzywych można wyciągnąć następujące wnioski:
" zrównoważenie połączonych równolegle odcinków o zmiennym
strumieniu objętości (parametr c=1) jest celowe tylko przy wartościach
parametru b <3,
" współczynnik autorytetu a ma istotny wpływ przy doborze zaworu dla
b < 3. Jeżeli za punkt wyjścia przyjęto dopuszczalne zwiększenie
sumarycznego strumienia objętości (V/V100 = 1,1) to przy b < 3
współczynnik autorytetu należy przyjmować a=0.5,
" przy wartościach parametru b e" 3 zmiana sumarycznego strumienia
objętości jest tak niewielka i wtak małymstopniu zależna od parametru
doboru a, że deformacja podstawowych charakterystyk zaworu nie
może być miarodajna przy doborze zaworu. Wtakich sytuacjach, które
występują w większości instalacji, trzeba przyjąć inne kryterium, np.
kryterium współczynnika wzmocnienia kz H" 1 dla wymiennika ciepła i
wówczas wystarczy a=0.3÷0.5.
Dziękuję za uwagę !
Dziękuję za uwagę !