Bài viết này mô tả ngắn gọn cách sử dụng hệ số lưu lượng để kích thước van cho hệ thống nước, sự khác biệt giữa việc sử dụng van hai cổng và van ba cổng và ảnh hưởng của các van này đến giảm áp suất, lưu lượng và các đặc tính của hệ thống nước. Cũng được giải thích là tầm quan trọng của cơ quan van, và nguyên nhân và tác động của sự xâm thực và nhấp nháy trong những điều kiện nhất định.
Để định cỡ van cho một ứng dụng nước, bạn phải biết những điều sau:
- Lưu lượng thể tích qua van
- Sự chênh lệch áp suất qua van.
Van điều khiển có thể được định cỡ để hoạt động ở một áp suất chênh lệch nhất định bằng cách sử dụng đồ thị liên quan đến lưu lượng, độ giảm áp suất và hệ số lưu lượng của van.
Ngoài ra, hệ số dòng chảy có thể được tính bằng công thức. Sau khi xác định, hệ số lưu lượng được sử dụng để chọn van có kích thước chính xác từ dữ liệu kỹ thuật của nhà sản xuất.
Trong lịch sử, công thức cho hệ số lưu lượng được suy ra bằng cách sử dụng đơn vị Imperial, cung cấp phép đo theo đơn vị gallon / phút với áp suất chênh lệch là một pound trên inch vuông. Có hai phiên bản của hệ số Imperial, phiên bản của Anh và phiên bản của Mỹ, và phải cẩn thận khi sử dụng chúng vì mỗi phiên bản đều khác nhau, mặc dù ký hiệu được sử dụng cho cả hai phiên bản là ‘C v‘. Phiên bản Anh sử dụng gallon Imperial, trong khi phiên bản Mỹ sử dụng. Gallon Mỹ, là 0,833 thể tích của một gallon Đế quốc. Ký hiệu được thông qua cho cả hai phiên bản là C v.
Phiên bản hệ mét của hệ số lưu lượng ban đầu được tính theo mét khối một giờ (m³ / h) lưu lượng đối với áp suất chênh lệch được đo bằng lực kilôgam trên mét vuông (kgf / m²). Định nghĩa này đã được đưa ra trước khi có một tiêu chuẩn châu Âu được thống nhất xác định K v theo đơn vị SI (bar). Tuy nhiên, một tiêu chuẩn SI đã tồn tại từ năm 1987 dưới dạng IEC 534 -1 (Bây giờ là EN 60534 -1). Định nghĩa tiêu chuẩn bây giờ liên quan đến lưu lượng theo m³ / h cho áp suất chênh lệch 1 bar. Cả hai phiên bản hệ mét vẫn được sử dụng với ký hiệu K v được thông qua và mặc dù sự khác biệt giữa chúng là khá nhỏ, nhưng điều quan trọng là phải chắc chắn hoặc làm rõ cái nào đang được sử dụng. Một số nhà sản xuất báo giá nhầm K v giá trị chuyển đổi mà không định tính đơn vị chênh lệch áp suất.
Bảng 6.3.1 quy đổi các loại hệ số dòng chảy khác nhau được đề cập ở trên:
Ví dụ, nhân K v (bar) với 1,16 để chuyển đổi thành C v (US). Phiên bản
K v được trích dẫn trong các Mô-đun này luôn được đo bằng K v (bar), đó là đơn vị của thanh m³ / h, trừ khi có quy định khác.
Đối với dòng chất lỏng nói chung, công thức của K v được trình bày trong Công thức 6.3.1.
Đôi khi, lưu lượng thể tích cần được xác định, sử dụng hệ số lưu lượng van và áp suất chênh lệch.
Đối với nước, G = 1, do đó, phương trình của nước có thể được đơn giản hóa thành phương trình trong Công thức 6.3.2.
Ví dụ 6.3.1
10 m³ / h nước được bơm quanh một mạch; xác định độ giảm áp suất qua van có K v là 16 bằng cách sử dụng Công thức 6.3.2:
Ngoài ra , đối với ví dụ này, có thể sử dụng biểu đồ trong Hình 6.3.1. (Lưu ý: biểu đồ K v nước toàn diện hơn được thể hiện trong Hình 6.3.2):
- Nhập biểu đồ bên tay trái với tốc độ 10 m³ / h.
- Chiếu một đường theo chiều ngang sang phải cho đến khi nó giao với K v = 16 (ước tính).
- Chiếu một đường thẳng đứng xuống dưới và đọc độ giảm áp suất từ trục ‘X’ (khoảng 40 kPa hoặc 0,4 bar).
Lưu ý: Trước khi định cỡ van cho hệ thống chất lỏng, cần phải biết các đặc tính của hệ thống và các thiết bị cấu thành của nó như máy bơm.
Máy bơm
Không giống như hệ thống hơi nước, hệ thống chất lỏng yêu cầu một máy bơm để lưu thông chất lỏng. Máy bơm ly tâm thường được sử dụng, có đường đặc tính tương tự như hình 6.3.3. Lưu ý rằng khi lưu lượng tăng, áp suất xả của máy bơm giảm.
Đặc điểm hệ thống tuần hoàn
Điều quan trọng không chỉ là xem xét kích thước của van điều khiển nước, mà còn là hệ thống nước lưu thông; điều này có thể có ổ đỡ về loại và kích thước của van được sử dụng, và vị trí của nó trong mạch.
Khi nước được lưu thông qua một hệ thống, nó sẽ chịu tổn thất do ma sát. Những tổn thất do ma sát này có thể được biểu thị bằng tổn thất áp suất, và sẽ tăng theo tỷ lệ với bình phương vận tốc. Lưu lượng có thể được tính toán thông qua một đường ống có lỗ khoan không đổi ở bất kỳ tổn thất áp suất nào khác bằng cách sử dụng Công thức 6.3.3, trong đó v̇ 1 và v̇ 2 phải có cùng đơn vị và P 1 và P 2 phải có cùng đơn vị. được định nghĩa dưới đây.
Ví dụ 6.3.2
Quan sát thấy lưu lượng v̇ 1 qua một đường ống có kích thước nhất định là 2500 m³ / h khi tổn thất áp suất (P 1 ) là 4 bar. Xác định tổn thất áp suất qua đường ống có cùng kích thước (P2) nếu tốc độ dòng chảy v̇ 2 là 3 500 m³ / h, sử dụng Công thức 6.3.3.
Có thể thấy rằng khi càng bơm nhiều chất lỏng qua đường ống có cùng kích thước thì tốc độ dòng chảy sẽ tăng lên. Trên cơ sở này, một đường đặc tính của hệ thống, giống như trong Hình 6.3.4, có thể được tạo ra bằng cách sử dụng Công thức 6.3.3, trong đó lưu lượng tăng theo luật bình phương.
Hiệu suất thực sự
Có thể quan sát thấy từ đặc điểm của máy bơm và hệ thống, rằng khi tốc độ dòng chảy và ma sát tăng lên, máy bơm cung cấp ít áp suất hơn. Cuối cùng đạt đến một tình huống mà ở đó áp suất bơm bằng với lực ma sát xung quanh mạch và tốc độ dòng chảy không thể tăng thêm nữa.
Nếu đường cong bơm và đường đặc tính hệ thống được vẽ trên cùng một biểu đồ – Hình 6.3.5, thì điểm mà đường cong bơm và đường đặc tính hệ thống giao nhau sẽ là hiệu suất thực tế của tổ hợp bơm / mạch.
Van ba cổng
Van ba cổng có thể được coi là van lưu lượng không đổi, bởi vì, cho dù nó được sử dụng để trộn hay chuyển hướng thì tổng lưu lượng qua van vẫn không đổi. Trong các ứng dụng sử dụng van như vậy, mạch nước sẽ tự nhiên chia thành hai vòng riêng biệt, lưu lượng không đổi và lưu lượng thay đổi.
Hệ thống đơn giản trong Hình 6.3.6 mô tả một van trộn duy trì lưu lượng nước không đổi qua mạch ‘tải’. Trong hệ thống sưởi, mạch tải đề cập đến mạch chứa các bộ phát nhiệt, chẳng hạn như bộ tản nhiệt trong một tòa nhà.
Lượng nhiệt tỏa ra từ các bộ tản nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ của nước chảy qua mạch tải, do đó, phụ thuộc vào lượng nước chảy vào van trộn từ lò hơi và bao nhiêu được trả về van trộn thông qua đường cân bằng.
Nó là cần thiết để lắp một van cân bằng trong đường cân bằng. Van cân bằng được thiết lập để duy trì cùng một lực cản dòng chảy trong phần lưu lượng thay đổi của mạng đường ống, như được minh họa trong Hình 6.3.6 và 6.3.7. Điều này giúp duy trì sự điều tiết trơn tru của van khi nó thay đổi vị trí.
Trong thực tế, đôi khi van trộn được thiết kế không đóng cổng A hoàn toàn; điều này đảm bảo rằng lưu lượng tối thiểu sẽ đi qua lò hơi mọi lúc dưới tác động của bơm.
Ngoài ra, lò hơi có thể sử dụng mạch sơ cấp, mạch này cũng được bơm để cho phép dòng nước chảy liên tục qua lò hơi, ngăn lò hơi quá nóng.
Hệ thống đơn giản thể hiện trong Hình 6.3.7 cho thấy một van chuyển hướng duy trì lưu lượng nước không đổi qua vòng lưu lượng không đổi. Trong hệ thống này, mạch tải nhận được lưu lượng nước thay đổi tùy thuộc vào vị trí van.
Nhiệt độ của nước trong mạch tải sẽ không đổi, vì nó nhận nước từ mạch nồi hơi ở bất kỳ vị trí van nào. Lượng nhiệt có sẵn cho các bộ tản nhiệt phụ thuộc vào lượng nước chảy qua mạch tải, do đó, phụ thuộc vào mức độ mở của van chuyển hướng.
Ảnh hưởng của việc không lắp và đặt van cân bằng có thể thấy trong Hình 6.3.8. Điều này cho thấy đường cong máy bơm và đường cong hệ thống thay đổi theo vị trí van. Hai đường cong hệ thống minh họa sự khác biệt về áp suất bơm cần thiết giữa mạch tải P1 và mạch phụ P2, do điện trở thấp hơn do mạch cân bằng cung cấp, nếu không có van cân bằng được lắp. Nếu mạch điện không được cân bằng chính xác thì có thể gây ra hiện tượng đoản mạch và làm chết bất kỳ mạch phụ nào khác (không được hiển thị) và mạch tải có thể bị thiếu nước.
Van hai cổng
Khi sử dụng van hai cổng trên hệ thống nước, khi van đóng, lưu lượng sẽ giảm và áp suất ngược dòng của van sẽ tăng lên. Những thay đổi ở đầu bơm sẽ xảy ra khi van điều khiển chuyển hướng về vị trí đóng. Các hiệu ứng được minh họa trong Hình 6.3.9.
Lưu lượng giảm không chỉ làm tăng áp suất máy bơm mà còn có thể làm tăng điện năng tiêu thụ của máy bơm. Sự thay đổi áp suất máy bơm có thể được sử dụng như một tín hiệu để vận hành hai hoặc nhiều máy bơm với các nhiệm vụ khác nhau, hoặc để cung cấp tín hiệu cho (các) bộ truyền động bơm tốc độ thay đổi. Điều này cho phép tỷ lệ bơm phù hợp với nhu cầu, tiết kiệm chi phí điện năng bơm.
Hai van điều khiển cổng được sử dụng để kiểm soát lưu lượng nước đến một quy trình, ví dụ, để kiểm soát mức nồi hơi hoặc để duy trì mức nước trong khay cấp liệu.
Chúng cũng có thể được sử dụng trong các quá trình trao đổi nhiệt, tuy nhiên, khi van hai cổng được đóng lại, dòng nước trong đoạn ống trước van điều khiển bị chặn lại, tạo ra ‘chân chết’. Nước ở chân cụt có thể mất nhiệt độ ra môi trường. Khi van điều khiển được mở trở lại, nước mát hơn sẽ đi vào các cuộn dây trao đổi nhiệt và làm xáo trộn nhiệt độ của quá trình. Để tránh tình trạng này, hệ thống điều khiển có thể bao gồm sự bố trí để duy trì dòng chảy tối thiểu thông qua một đường ống khoan nhỏ và van cầu có thể điều chỉnh, bỏ qua van điều khiển và mạch tải.
Van hai cổng được sử dụng thành công trên các mạch gia nhiệt lớn, nơi có vô số van được kết hợp vào hệ thống tổng thể. Trên các hệ thống lớn, rất ít khi tất cả các van hai cổng được đóng cùng một lúc, dẫn đến đặc tính ‘tự cân bằng’ vốn có. Các loại hệ thống này cũng có xu hướng sử dụng các máy bơm tốc độ thay đổi làm thay đổi đặc tính lưu lượng của chúng so với yêu cầu tải của hệ thống; điều này hỗ trợ hoạt động tự cân bằng.
Khi chọn van điều khiển hai cổng cho một ứng dụng:
- Nếu một van điều khiển hai cổng cực kỳ nhỏ được lắp đặt trong một hệ thống, máy bơm sẽ sử dụng một lượng lớn năng lượng đơn giản để đưa đủ nước qua van.
Giả sử có thể buộc đủ nước qua van, thì việc kiểm soát sẽ chính xác vì ngay cả những bước chuyển động nhỏ của van cũng sẽ dẫn đến thay đổi lưu lượng. Điều này có nghĩa là toàn bộ hành trình của van có thể được sử dụng để đạt được sự kiểm soát.
- Nếu một van điều khiển hai cổng cực kỳ quá khổ được lắp đặt trong cùng một hệ thống, năng lượng yêu cầu từ máy bơm sẽ được giảm xuống, với sự sụt giảm áp suất qua van ở vị trí mở hoàn toàn.
Tuy nhiên, hành trình van ban đầu từ mở hoàn toàn về vị trí đóng sẽ có ít ảnh hưởng đến lưu lượng của quá trình. Khi đạt đến điểm mà sự kiểm soát đạt được, lỗ van lớn sẽ có nghĩa là các bước di chuyển van rất nhỏ sẽ có ảnh hưởng lớn đến lưu lượng. Điều này có thể dẫn đến điều khiển thất thường với độ ổn định và độ chính xác kém.
Cần có một sự thỏa hiệp, cân bằng giữa việc kiểm soát tốt đạt được với một van nhỏ so với việc giảm tổn thất năng lượng từ một van lớn. Việc lựa chọn van sẽ ảnh hưởng đến kích thước của máy bơm, vốn và chi phí vận hành. Nên xem xét các thông số này, vì chúng sẽ ảnh hưởng đến chi phí tuổi thọ tổng thể của hệ thống.
Những cân bằng này có thể được thực hiện bằng cách tính toán ‘quyền hạn của van’ liên quan đến hệ thống mà nó được lắp đặt.
Cơ quan van
Cơ quan van có thể được xác định bằng cách sử dụng Công thức 6.3.4.
Giá trị của N phải gần 0,5 (nhưng không lớn hơn) và chắc chắn không thấp hơn 0,2.
Điều này sẽ đảm bảo rằng mỗi lần tăng chuyển động của van sẽ có ảnh hưởng đến lưu lượng mà không làm tăng quá mức chi phí công suất bơm.quyền lực.
Ví dụ 6.3.3
Một mạch có tổng áp suất giảm ΔP1 + ΔP2 là 125 kPa, bao gồm cả van điều khiển.
a) Nếu van điều khiển phải có quyền hạn của van (N) là 0,4 thì người ta dùng độ giảm áp nào để kích thước van?
b) Nếu lưu lượng của mạch / hệ thống ( %20-%20body%20text.jpg)
) là 3,61 l / s thì van yêu cầu K v là bao nhiêu?
Phần a) Xác định ΔP
Do đó, Δ P là 50 kPa được sử dụng để kích thước van, để lại 75 kPa (125 kPa – 50 kPa) cho phần còn lại của mạch.
Phần b) Xác định K v
Ngoài ra, có thể sử dụng biểu đồ K v nước (Hình 6.3.2).
Van điều khiển ba cổng và cơ quan van
Van điều khiển ba cổng được sử dụng trong các ứng dụng trộn hoặc chuyển hướng, như đã giải thích trước đây trong Mô-đun này. Khi chọn van cho ứng dụng chuyển hướng:
- Một van điều khiển ba cổng có kích thước quá lớn sẽ phải chịu chi phí bơm cao và sự gia tăng chuyển động nhỏ sẽ ảnh hưởng đến lượng chất lỏng được dẫn qua mỗi cổng xả.
- Một van quá khổ sẽ làm giảm chi phí bơm, nhưng chuyển động của van ở đầu và cuối của hành trình van sẽ có ảnh hưởng tối thiểu đến việc phân phối chất lỏng. Điều này có thể dẫn đến việc kiểm soát không chính xác với tải trọng thay đổi đột ngột. Một van quá khổ không cần thiết cũng sẽ đắt hơn một van có kích thước phù hợp.
Logic tương tự có thể được áp dụng cho các ứng dụng trộn.
Một lần nữa, cơ quan quản lý van sẽ đưa ra sự thỏa hiệp giữa hai thái cực này.
Với van ba cổng, cơ quan van luôn được tính toán bằng cách sử dụng P2 liên quan đến mạch có lưu lượng thay đổi. Hình 6.3.10 cho thấy điều này theo sơ đồ.
Lưu ý: Bởi vì các ứng dụng trộn và chuyển hướng sử dụng van ba cổng trong một mạch ‘cân bằng’, giảm áp suất dự kiến trên van ba cổng thường ít hơn đáng kể so với van hai cổng.
Như một hướng dẫn sơ bộ:
- Van ba cổng sẽ có ‘kích thước dòng’ khi dựa trên nước di chuyển với vận tốc khuyến nghị (Thường dao động từ 1 m / s ở DN25 đến 2 m / s ở DN150).
- 10 kPa có thể được coi là sụt áp điển hình qua van điều khiển ba cổng.
- Đặt cơ quan van (N) nằm trong khoảng từ 0,2 đến 0,5, càng gần 0,5 càng tốt.
Khoang và nhấp nháy
Các triệu chứng khác đôi khi liên quan đến nước chảy qua van hai cổng là do ‘xâm thực’ và ‘nhấp nháy’.
Tạo khoang trong chất lỏng
Sự tạo khoang có thể xảy ra trong các van điều khiển dòng chất lỏng nếu áp suất giảm và do đó vận tốc của dòng chảy đủ để làm cho áp suất cục bộ sau chân van giảm xuống dưới áp suất hơi của chất lỏng. Điều này làm hình thành các bong bóng hơi. Sau đó, áp suất có thể phục hồi thêm ở hạ lưu khiến các bong bóng hơi nhanh chóng xẹp xuống. Khi bong bóng xẹp, áp suất cục bộ rất cao được tạo ra, nếu tiếp giáp với các bề mặt kim loại có thể gây ra hư hỏng cho phần van, thân van hoặc đường ống hạ lưu. Tổn thương này thường có bề ngoài rất thô ráp, xốp hoặc giống như bọt biển rất dễ nhận ra. Các tác động khác có thể nhận thấy bao gồm tiếng ồn, độ rung và tăng tốc ăn mòn do việc loại bỏ nhiều lần các lớp oxit bảo vệ.
Sự tạo khoang sẽ có xu hướng xảy ra trong các van điều khiển:
• Trong các ứng dụng giảm áp suất cao, do vận tốc lớn trong khu vực chân van gây ra giảm áp suất cục bộ.
• Trường hợp áp suất hạ lưu không lớn hơn nhiều so với áp suất hơi của chất lỏng. Điều này có nghĩa là hiện tượng xâm thực xảy ra nhiều hơn với chất lỏng nóng và / hoặc áp suất hạ lưu thấp.
Hư hỏng khoang có thể nghiêm trọng hơn với các kích thước van lớn hơn do công suất dòng chảy tăng lên.
Nhấp nháy trong chất lỏng
Nhấp nháy là một triệu chứng tương tự như hiện tượng xâm thực, nhưng xảy ra khi áp suất đầu ra của van thấp hơn điều kiện áp suất hơi. Trong điều kiện này, áp suất không hồi phục trong thân van, và hơi sẽ tiếp tục chảy vào đường ống nối. Áp suất hơi cuối cùng sẽ phục hồi trong đường ống và hơi xẹp lại sẽ gây ra tiếng ồn tương tự như khi bị xâm thực. Nhấp nháy sẽ làm giảm công suất của van do tác dụng tiết lưu của hơi có thể tích lớn hơn nước. Hình 6.3.11 minh họa các biên dạng áp suất điển hình qua van do hiện tượng tạo bọt và nhấp nháy.
Tránh xâm thực
Không phải lúc nào cũng có thể đảm bảo rằng áp suất giảm qua van và nhiệt độ của nước sao cho không xảy ra hiện tượng xâm thực. Trong những trường hợp này, một giải pháp khả thi là lắp đặt van có nút và bệ van được thiết kế đặc biệt để khắc phục sự cố. Một tập hợp các bộ phận bên trong như vậy sẽ được phân loại là trang trí ‘chống xâm thực’.
Bộ phận chống xâm thực bao gồm phích cắm van tỷ lệ phần trăm bằng nhau tiêu chuẩn hoạt động bên trong chân van được trang bị lồng đục lỗ. Hướng dòng chảy bình thường được sử dụng. Sự giảm áp suất được phân chia giữa phích cắm đặc trưng và lồng để hạn chế sự giảm áp suất trong từng giai đoạn và do đó áp suất thấp nhất xảy ra. Nhiều đường dẫn dòng chảy trong lồng đục lỗ cũng làm tăng sự hỗn loạn và giảm sự phục hồi áp suất trong van. Những tác động này đều có tác dụng ngăn cản sự xâm thực xảy ra trong trường hợp xâm thực nhỏ hoặc giảm cường độ xâm thực trong những điều kiện khắc nghiệt hơn một chút. Phích cắm và lồng có đặc điểm điển hình được thể hiện trong Hình 6.3.12.
Sự sụt giảm áp suất được phân chia giữa khu vực lỗ thoát và lồng. Trong nhiều ứng dụng, áp suất không giảm xuống dưới áp suất hơi của chất lỏng và tránh được hiện tượng xâm thực. Hình 6.3.12 cho thấy tình hình được cải thiện như thế nào.
