Van điều khiển tuyến tính

Có nhiều loại đặc tính lưu lượng, môi chất khác nhau. Hướng dẫn này thảo luận về ba loại van tuyến tính chính được sử dụng trong các ứng dụng chất lỏng và hơi nước: loại mở nhanh,đóng mở tuyến tính và đóng mở dòng theo tỷ lệ phần trăm cân bằng; chúng so sánh như thế nào, và làm thế nào (và tại sao) chúng phải được đối sánh với ứng dụng mà chúng được sử dụng.

Các Đặc Tính Về Lưu Lượng

Tất cả các loại van tuyến tính đều có đường một đường đặc tuyến ( thường gọi là giản đồ đặc tuyến) thể hiện mối liên hệ giửa phần trăm nâng của trục van so với lưu lượng của môi chất đi qua van, phần trăm nâng của trục van nghĩa là vị trị tương đối của nút van so với chân van.

Trong cùng một kích thước, thể tích và chênh lệch áp suất thì lỗ mở của van sẽ như nhau, tuy nhiên nếu các đặc tính tiếp xúc giửa chân van và nút van khác nhau thì dẩn đến ” Độ mở van khác nhau”.Ví dụ với van loại tuyến tính ( Linear) và van cân bằng phần trăm ( equal percentage valves) Với một điều kiện chênh áp, lưu lượng thì van tuyến tính có độ mở khoảng 25% trong khi van cân bằng phần trăm có độ mở lên tới 65%,
Hình dạng và việc lắp đặt trục van, nút van và chân van, đôi khi được gọi là ‘Trim’ của van, gây ra sự khác biệt về độ mở van giữa các van này. Các hình dạng cắt điển hình cho van cầu vận hành trục chính được so sánh như hình dưới.

Thuật ngữ ‘Valve Lift’ được sử dụng để định nghĩa độ mở của van, cho dù van đó là van cầu (chuyển động lên và xuống của trục van so với chân van ) hay van quay (chuyển động ngang của đĩa van so với seat).

Mỗi van quay (ví dụ: bi và bướm) đều có một đường đặc tính cơ bản, nhưng việc thay đổi các chi tiết của bi hoặc đĩa bướm có thể làm thay đổi điều này. Các đặc tính lưu lượng vốn có của van cầu và van xoay điển hình được so sánh trong Hình 6.5.2.

Van cầu có thể được lắp với các nút (plugs) van có hình dạng khác nhau, mỗi nút có đặc tính dòng chảy / độ mở vốn có của riêng nó. Ba loại chính có sẵn thường được chỉ định:

• Mở nhanh.
• Tuyến tính.
• Tỷ lệ phần trăm bằng nhau.

Ví dụ về những điều này và các đặc tính cơ bản của chúng được thể hiện trên Hình 6.5.1 và 6.5.2.

Van điều khiển đóng mở nhanh (Fast opening control Valve).

Van điều khiển đóng mở nhanh đôi khi được xem như van loại ON/OFF, với một độ nâng nhỏ sẽ mở lưu lượng gần như hoàn toàn,ví dụ với độ nâng khoản 50% sẽ khiến lưu lượng đi qua đến 90%.

Không giống như đặc tính của hai loại van kia, đường đặc tuyến chính xác của đường cong van mở nhanh không được xác định trong tiêu chuẩn. Do đó, hai van, một van cho lưu lượng 80% đối với lực nâng 50%, van còn lại cho lưu lượng 90% đối với lực nâng 60%, có thể được coi là có đặc tính van mở nhanh

Van mở nhanh thường được lắp actuator bằng điện hoặc khí nén và được sử dụng để điều khiển ON/OFF


VAN CẦU TUYẾN TÍNH

Nút van của van cầu tuyến tính được thiết kế sao cho lưu lượng tỷ lệ thuận với lực nâng của van (H), ở áp suất chênh lệch không đổi. Một van tuyến tính đạt được điều này bằng cách có mối quan hệ tuyến tính giữa lực nâng của van và diện tích lỗ thoát (xem Hình 6.5.3).

Ví dụ, ở mức nâng van 40%, kích thước lỗ 40% cho phép 40% toàn bộ dòng chảy đi qua.

VAN CÂN BẰNG PHẦN TRĂM

Các van này có hình dạng một nút bịt van để mỗi lần tăng lực nâng của van sẽ làm tăng lưu lượng lên một tỷ lệ phần trăm nhất định so với lưu lượng trước đó. Mối quan hệ giữa lực nâng của van và kích thước lỗ (và do đó lưu lượng) không phải là tuyến tính mà là logarit, và được biểu thị bằng toán học trong Công thức 6.5.1:

Ví dụ 6.5.1

Lưu lượng tối đa qua van điều khiển có đặc tính phần trăm bằng nhau là 10 m³ / h. Nếu van có tốc độ quay ngược là 50: 1 và chịu một áp suất chênh lệch không đổi, bằng cách sử dụng Công thức 6.5.1 thì lượng nào sẽ đi qua van với độ nâng tương ứng là 40%, 50% và 60%?

Sự gia tăng lưu lượng thể tích qua loại van điều khiển này tăng theo tỷ lệ phần trăm bằng nhau trên mỗi bước chuyển động của van bằng nhau:

• Khi van mở 50%, nó sẽ vượt qua 1.414 m³ / h, tăng 48% so với lưu lượng 0.956 m³ / h khi van mở 40%.
• Khi van mở 60%, nó sẽ vượt qua tốc độ 2.091 m³ / h, tăng 48% so với lưu lượng 1.414 m³ / h khi van mở 50%.

Có thể thấy rằng (với áp suất chênh lệch không đổi) đối với bất kỳ sự gia tăng nào 10% của lực nâng van, thì lưu lượng dòng chảy qua van điều khiển tăng 48%. Điều này sẽ luôn xảy ra đối với van tỷ lệ phần trăm bằng nhau có khả năng rung là 50. Đối với lãi suất, nếu van có khả năng rung là 100, thì tốc độ gia tăng lưu lượng đối với mức thay đổi 10% trong độ nâng của van là 58%.

Bảng 6.5.1 cho thấy sự thay đổi lưu lượng thay đổi như thế nào trong phạm vi độ nâng của van đối với van phần trăm bằng nhau trong Ví dụ 6.5.1 với khả năng rung là 50 và với áp suất chênh lệch không đổi.

Một vài đặc điểm cố hữu khác của van đôi khi được sử dụng, chẳng hạn như parabol, tuyến tính sửa đổi hoặc hypebol, nhưng các loại phổ biến nhất trong sản xuất là mở nhanh, tuyến tính và tỷ lệ phần trăm bằng nhau.

CÁC ỨNG DỤNG CỦA TỪNG LOẠI VAN ĐIỀU KHIỂN

Tùy theo mỗi ứng dụng khác nhau mà ta có các đường đặc tuyến khác nhau và dùng các van khác nhau cho phù hợp được đặc tuyến được thiết kế.

• Trong hệ thống nước, đường đặc tuyến của máy bơm thường khi lưu lượng giảm, áp suất van ngược dòng tăng lên (tham khảo Ví dụ 6.5.2 và Mô-đun 6.3).
• Trong hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi, áp suất giảm trên van điều khiển được thay đổi một cách có chủ ý để đáp ứng tải nhiệt yêu cầu.

Đặc tính của van điều khiển được chọn cho bất kỳ ứng dùng nào thì phải liên quan trực tiếp giửa lưu lượng và độ mở van, hành trình đóng mở của van, càng liên quan trực tiếp thì điều khiển càng chính xác.

1. Hệ thống đun nóng tuần hoàn nước với van ba cổng

Trong các hệ thống nước nơi lưu lượng nước không đổi được trộn lẫn hoặc chuyển hướng bởi van ba cổng thành một mạch cân bằng, tổn thất áp suất qua van được giữ ổn định nhất có thể để duy trì sự cân bằng trong hệ thống .

Kết luận 
– Sự lựa chọn tốt nhất trong các ứng dụng này thường là van có đặc tính tuyến tính. Do đó, các đặc tính được cài đặt và cố hữu luôn tương tự và tuyến tính, và sẽ có giới hạn độ lợi trong vòng điều khiển.

2. Hệ thống kiểm soát mực nước lò hơi – hệ thống nước có van hai cổng

Trong các hệ thống kiểu này (ví dụ được thể hiện trong Hình 6.5.6), trong đó van điều khiển nước cấp hai cổng thay đổi lưu lượng nước, áp suất giảm qua van điều khiển sẽ thay đổi theo lưu lượng. Biến thể này là do:

• Các đặc tính của máy bơm. Khi tốc độ dòng chảy giảm, áp suất chênh lệch giữa máy bơm và nồi hơi tăng lên (hiện tượng này được thảo luận chi tiết hơn trong Mô-đun 6.3).
• Lực cản ma sát của đường ống thay đổi theo lưu lượng. Đầu bị mất ma sát tỉ lệ với bình phương vận tốc. (Hiện tượng này được thảo luận chi tiết hơn trong Mô-đun 6.3).
• Áp suất bên trong nồi hơi sẽ thay đổi tùy theo chức năng của tải hơi, loại hệ thống điều khiển đầu đốt và phương thức điều khiển của nó.

Ví dụ 6.5.2 Chọn và kích thước van nước cấp trong Hình 6.5.6

Trong một ví dụ đơn giản (giả sử áp suất lò hơi không đổi và tổn thất ma sát không đổi trong đường ống), một lò hơi được đánh giá là sản xuất 10 tấn hơi mỗi giờ. Đặc tính hiệu suất bơm cấp của lò hơi được lập bảng trong Bảng 6.5.2, cùng với chênh lệch áp suất (ΔP) thu được qua van nước cấp ở các lưu lượng khác nhau ở và thấp hơn, yêu cầu lưu lượng tối đa 10 m³ / h của nước cấp.

Lưu ý: Van ΔP là hiệu số giữa áp suất xả của bơm và áp suất không đổi của lò hơi là 10 bar g. Lưu ý rằng áp suất xả của bơm sẽ giảm khi lưu lượng nước cấp tăng lên. Điều này có nghĩa là áp suất nước trước van cấp nước cũng giảm khi lưu lượng dòng chảy tăng lên, điều này sẽ ảnh hưởng đến mối quan hệ giữa giảm áp suất và lưu lượng dòng chảy qua van.

Có thể xác định từ Bảng 6.5.2 rằng sự sụt giảm áp suất xả của máy bơm là khoảng 26% từ khi không tải đến khi đầy tải, nhưng sự sụt giảm áp suất chênh lệch qua van nước cấp lớn hơn rất nhiều ở mức 72%. Nếu áp suất chênh lệch giảm xuống qua van không được xem xét khi định cỡ van, thì van có thể bị giảm kích thước.

Như đã thảo luận trong Mô-đun 6.2 và 6.3, công suất van thường được đo bằng Kv. Cụ thể hơn, Kv liên quan đến khu vực vượt qua của van khi mở hoàn toàn, trong khi Kvr liên quan đến khu vực vượt qua của van theo yêu cầu của ứng dụng. 

Xem xét nếu diện tích thông qua của một van mở hoàn toàn với Kv 10 là 100%. Nếu van đóng để diện tích vượt qua là 60% của diện tích mở hoàn toàn, thì Kvr cũng là 60% của 10 = 6. Điều này áp dụng bất kể đặc tính vốn có của van. Lưu lượng qua van tại mỗi lần mở sẽ phụ thuộc vào chênh lệch áp suất tại thời điểm đó. 

Sử dụng dữ liệu trong Bảng 6.5.2, công suất van yêu cầu, Kvr, có thể được tính toán cho mỗi lưu lượng gia tăng và chênh lệch áp suất của van, bằng cách sử dụng Công thức 6.5.2, suy ra từ Công thức 6.3.2. là công suất van thực tế được yêu cầu bởi việc lắp đặt và, nếu được vẽ dựa trên lưu lượng yêu cầu, biểu đồ kết quả có thể được gọi là ‘đường cong cài đặt’.

Ở điều kiện đầy tải, từ Bảng 6.5.2:

Lưu lượng cần thiết qua van = 10 m³ / h

ΔP qua van = 1,54 bar

Từ phương trình 6.5.2:

∆P qua van = 1,54 bar

Từ phương trình 6.5.2: bar

Lấy lưu lượng van và van ΔP từ Bảng 6.5.2, có thể xác định Kvr cho mỗi bước tăng từ Công thức 6.5.2; và chúng được lập bảng trong Bảng 6.5.3.

Xây dựng đường cong đặc tuyến

Kvr là 8,06 thỏa mãn điều kiện dòng chảy tối đa là 10 m3 / h cho ví dụ này.

Đường cong cài đặt có thể được xây dựng bằng cách so sánh lưu lượng với Kvr, nhưng thường thuận tiện hơn khi xem đường cong cài đặt theo tỷ lệ phần trăm. Điều này đơn giản có nghĩa là phần trăm Kvr trên Kv, hay nói cách khác, phần trăm diện tích trong hệ thống thực tế so với van khi mở hoàn toàn

Đối với ví dụ này: Đường cong cài đặt được xây dựng, bằng cách lấy tỷ số Kvr tại bất kỳ tải nào liên quan đến Kv là 8,06. Van có Kvs là 8,06 sẽ có ‘kích thước chuẩn’, và sẽ mô tả đường cong lắp đặt, như được lập bảng trong Bảng 6.5.4 và được vẽ trong Hình 6.5.7. Đường cong lắp đặt này có thể được coi là công suất van của một van có kích thước hoàn hảo cho ví dụ này.

Có thể thấy rằng, vì van có ‘kích thước chuẩn ‘ cho việc lắp đặt này, lưu lượng dòng chảy tối đa đạt được khi van mở hoàn toàn.

Tuy nhiên, việc chọn một van có kích thước chuẩn là điều khó xảy ra và không mong muốn. Trong thực tế, van được chọn thường sẽ lớn hơn ít nhất một size, và do đó có Kv lớn hơn Kvr lắp đặt.

Vì van có Kvs là 8,06 không được bán trên thị trường, nên van tiêu chuẩn lớn hơn tiếp theo sẽ có Kvs là 10 với các kết nối DN25
Thật thú vị khi so sánh các van phần trăm tuyến tính và bằng nhau có Kvs là 10 so với đường cong lắp đặt cho ví dụ này.

Hãy xem xét một van có đặc tính tuyến tính cố định

Van có đặc tính tuyến tính có nghĩa là mối quan hệ giữa lực nâng của van và diện tích lỗ mở là tuyến tính. Do đó, cả diện tích lỗ mở và lực nâng của van ở bất kỳ điều kiện dòng chảy nào chỉ đơn giản là Kvr được biểu thị bằng tỷ lệ của Kv của van. Ví dụ:

Có thể thấy từ Bảng 6.5.4, ở tốc độ dòng chảy lớn nhất là 10 m³ / h, Kvr là 8,06. Nếu van tuyến tính có Kvs là 10, để van đáp ứng lưu lượng tối đa yêu cầu, van sẽ nâng:

Sử dụng cùng một quy trình, kích thước lỗ và độ nâng của van cần thiết ở các lưu lượng khác nhau có thể được xác định cho van tuyến tính, như thể hiện trong Bảng 6.5.5.

Một van tỷ lệ phần trăm bằng nhau sẽ yêu cầu chính xác cùng một diện tích vượt qua để đáp ứng cùng một lưu lượng dòng chảy tối đa, nhưng lực nâng của nó sẽ khác với van tuyến tính.

Hãy xem xét một van có đặc tính cố định bằng tỷ lệ phần trăm
Với khả năng thay đổi của van là 50: 1, τ  = 50, lực nâng (H) có thể được xác định bằng cách sử dụng Công thức 6.5.1:

Phần trăm độ nâng của van được ký hiệu bằng phương trình 6.5.3.

Vì lưu lượng thể tích qua bất kỳ van nào tỷ lệ với diện tích lỗ thông, Công thức 6.5.3 có thể được sửa đổi để cung cấp phần trăm độ nâng của van bằng nhau về diện tích thông qua và do đó Kv.

Điều này được thể hiện bằng phương trình 6.5.4.

Như đã được tính toán, Kvr ở tốc độ dòng chảy tối đa 10 m³ / h là 8,06 và Kv của van DN25 là 10. Bằng cách sử dụng Công thức 6.5.4, lực nâng van cần thiết khi đầy tải là:do đó:

Sử dụng cùng một quy trình, độ nâng van cần thiết ở các lưu lượng khác nhau có thể được xác định từ Công thức 6.5.4 và được thể hiện trong Bảng 6.5.6.

So sánh các van phần trăm tuyến tính và bằng nhau cho ứng dụng này

Đường cong ứng dụng thu được và đường cong van cho ứng dụng trong Ví dụ 6.5.2 cho cả đặc tính van tuyến tính và tỷ lệ phần trăm bằng nhau được thể hiện trong Hình 6.5.8.

Lưu ý rằng van phần trăm bằng nhau có lực nâng cao hơn đáng kể so với van tuyến tính để đạt được cùng lưu lượng. Cũng rất thú vị khi thấy rằng, mặc dù mỗi van này có Kvs lớn hơn ‘van có kích thước chuẩn’ (sẽ tạo ra đường cong cài đặt), nhưng van tỷ lệ phần trăm bằng nhau cho lực nâng cao hơn đáng kể so với đường cong lắp đặt. Để so sánh, van tuyến tính luôn có lực nâng thấp hơn đường cong lắp đặt.

Bản chất làm tròn của đường cong đối với van tuyến tính là do chênh lệch áp suất giảm qua van khi lưu lượng tăng. Nếu áp suất máy bơm không đổi trong toàn bộ phạm vi lưu lượng, thì đường cong lắp đặt và đường cong của van tuyến tính đều là đường thẳng.

Bằng cách quan sát đường cong của van tỷ lệ phần trăm bằng nhau, có thể thấy rằng, mặc dù mối quan hệ tuyến tính không đạt được trong toàn bộ hành trình của nó, nhưng nó nằm trên 50% lưu lượng.

Van phần trăm bằng nhau mang lại lợi thế hơn so với van tuyến tính ở lưu lượng thấp. Hãy xem xét, ở tốc độ dòng chảy 10% là 1 m³ / h, van tuyến tính chỉ nâng khoảng 4%, trong khi van phần trăm tương đương nâng khoảng 20%. Mặc dù diện tích lỗ thoát của cả hai van sẽ hoàn toàn giống nhau, nhưng hình dạng của nút van tỷ lệ phần trăm bằng nhau có nghĩa là nó hoạt động xa ổ đệm van hơn, giảm nguy cơ hư hỏng do va đập giữa nút và bệ van do giảm tải nhanh chóng. ở lưu lượng thấp.

Một van tỷ lệ phần trăm bằng nhau size lớn hơn size cần thiết sẽ vẫn kiểm soát tốt toàn bộ phạm vi của nó, trong khi một van tuyến tính quá khổ có thể hoạt động kém hiệu quả hơn bằng cách gây ra những thay đổi nhanh về lưu lượng đối với những thay đổi nhỏ trong lực nâng.

Kết luận – Trong hầu hết các ứng dụng, một van tỷ lệ phần trăm bằng nhau sẽ mang lại kết quả tốt và rất chịu được việc quá kích thước. Nó sẽ cung cấp mức tăng liên tục hơn khi tải thay đổi, giúp cung cấp vòng điều khiển ổn định hơn mọi lúc. Tuy nhiên, có thể nhận thấy từ Hình 6.5.8, rằng nếu van tuyến tính có kích thước phù hợp, nó sẽ hoạt động hoàn toàn tốt trong loại ứng dụng nước này.

3. Kiểm soát nhiệt độ của ứng dụng hơi nước với van hai cổng

Trong các bộ trao đổi nhiệt, sử dụng hơi nước làm tác nhân gia nhiệt chính, việc kiểm soát nhiệt độ đạt được bằng cách thay đổi dòng hơi qua van điều khiển hai cổng để phù hợp với tốc độ hơi nước ngưng tụ trên bề mặt gia nhiệt. Dòng hơi thay đổi này làm thay đổi áp suất (và thay đổi nhiệt độ) của hơi trong thiết bị trao đổi nhiệt và do đó ảnh hưởng tốc độ truyền nhiệt.

Ví dụ 6.5.3

Trong một quy trình trao đổi nhiệt hơi nước cụ thể, người ta đề xuất rằng:

• Nước được làm nóng từ 10 ° C đến 60 ° C không đổi.
• Lưu lượng nước thay đổi trong khoảng từ 0 đến 10 L / s (kg / s).
• Khi đầy tải, cần có hơi nước ở 4 bar a trong các cuộn dây của bộ trao đổi nhiệt.
• Hệ số truyền nhiệt tổng thể (U) là 1 500 W / m2 ° C khi đầy tải và giảm 4% cho mỗi lần giảm 10% lưu lượng nước thứ cấp.

Sử dụng dữ liệu này và bằng cách áp dụng các phương trình đúng, các thuộc tính sau có thể được xác định:

• Diện tích truyền nhiệt để thỏa mãn tải trọng lớn nhất. Không phải cho đến khi điều này được thiết lập, bạn có thể tìm thấy những điều sau:
• Nhiệt độ hơi ở các tải nhiệt khác nhau.
• Áp suất hơi ở các tải nhiệt khác nhau.

Ở tải tối đa:

• Tìm nhiệt tải.

Tải nhiệt được xác định từ Công thức 2.6.5:

• Tìm diện tích truyền nhiệt cần thiết để tải lớn nhất.

Diện tích truyền nhiệt (A) có thể được xác định từ Công thức 2.5.3:

 Ở giai đoạn này, ΔTLM chưa được biết, nhưng có thể được tính toán từ nhiệt độ hơi nước sơ cấp và nước thứ cấp, sử dụng Công thức 2.5.5.

• Tìm sự chênh lệch nhiệt độ trung bình của nhật ký.

ΔTLM có thể được xác định từ Công thức 2.5.5:

Tìm các điều kiện ở các chất tải nhiệt khác để lưu lượng nước giảm 10%:

• Tìm nhiệt tải.

Nếu lưu lượng nước giảm 10% xuống 9 kg / s thì nhiệt tải giảm xuống:

Q̇ = 9 kg / sx (60 – 10 ° C) x 4,19 kJ / kg ° C = 1 885,5 kW

Giá trị ‘U’ ban đầu 1 500 W / m2 ° C giảm 4%, do đó nhiệt độ yêu cầu trong không gian hơi nước có thể được tính từ Công thức 2.5.3:

• Tìm nhiệt độ hơi khi tải giảm này.

Nếu ΔTLM = 100 ° C và T1, T2 đã được biết trước, thì Ts có thể được xác định từ Công thức 2.5.5:

• Tìm lưu lượng hơi nước.

Áp suất hơi bão hòa ở 137 ° C là 3,32 bar a (theo bảng hơi Spirax Sarco).

Tại 3,32 bar a, hfg = 2 153,5 kJ / kg, do đó từ Công thức 2.8.1:

Sử dụng quy trình này, một bộ giá trị có thể được xác định trên phạm vi hoạt động của thiết bị trao đổi nhiệt, như thể hiện trong Bảng 6.5.7.

Nếu áp suất hơi cung cấp cho van điều khiển là 5,0 bar a, và sử dụng thông tin về áp suất hơi và lưu lượng hơi từ Bảng 6.5.7; Kvr có thể được tính từ Công thức 6.5.6, được suy ra từ công thức dòng hơi, Công thức 3.21.2.

Sử dụng quy trình này, có thể xác định Kvr cho mỗi mức tăng của dòng chảy, như được chỉ ra trong Bảng 6.5.8.

Đường cong lắp đặt cũng có thể được xác định bằng cách xem xét Kvr ở tất cả các tải so với Kv ‘có kích thước hoàn hảo’ là 69,2.

Kvr là 69,2 thỏa mãn lưu lượng thứ cấp lớn nhất là 10 kg / s.

Tương tự như trong Ví dụ 6.5.2, đường cong lắp đặt được mô tả bằng cách lấy tỷ số Kvr tại bất kỳ tải nào liên quan đến Kv là 69,2.

Ví dụ, một van như vậy sẽ có ‘kích thước hoàn hảo’ và sẽ mô tả đường cong lắp đặt, như được lập bảng trong Bảng 6.5.8 và được vẽ trong Hình 6.5.9.

Đường cong cài đặt có thể được coi là công suất van của van có kích thước hoàn hảo để phù hợp với yêu cầu ứng dụng.

Có thể thấy rằng, vì van có Kvs 69,2 là ‘kích thước hoàn hảo’ cho ứng dụng này, lưu lượng dòng chảy tối đa đạt được khi van mở hoàn toàn.

Tuy nhiên, như trong định cỡ van nước Ví dụ 6.5.2, không nên chọn một van có kích thước hoàn hảo. Trong thực tế, luôn có trường hợp van được chọn sẽ lớn hơn ít nhất một kích thước so với yêu cầu, và do đó có Kvs lớn hơn Kvr của ứng dụng.

Van có Kvs là 69,2 không được bán trên thị trường và van tiêu chuẩn lớn hơn tiếp theo có Kvs là 100 với các kết nối DN80 danh nghĩa.

Thật thú vị khi so sánh các van phần trăm tuyến tính và bằng nhau có Kvs là 100 so với đường cong lắp đặt cho ví dụ này.

Xem xét một van có đặc tính tuyến tính cố hữu

Van có đặc tính tuyến tính có nghĩa là mối quan hệ giữa lực nâng của van và diện tích lỗ thoát là tuyến tính. Do đó, cả diện tích vượt qua và lực nâng của van ở bất kỳ điều kiện dòng chảy nào chỉ đơn giản là Kvr được biểu thị bằng tỷ lệ của Kv của van. Ví dụ.

Ở lưu lượng nước lớn nhất là 10 kg / s, Kvr của van hơi là 69,2. Kv của van đã chọn là 100, do đó lực nâng là:

Sử dụng quy trình tương tự, độ nâng van tuyến tính có thể được xác định cho một loạt các dòng chảy và được lập bảng trong Bảng 6.5.9.

Hãy xem xét một van có một phần trăm đặc tính vốn có bằng nhau

Một van tỷ lệ phần trăm bằng nhau sẽ yêu cầu chính xác cùng một diện tích vượt qua để đáp ứng cùng một lưu lượng dòng chảy tối đa, nhưng lực nâng của nó sẽ khác với van tuyến tính.

Cho rằng tỷ số quay vòng của van, τ = 50, lực nâng (H) có thể được xác định bằng cách sử dụng Công thức 6.5.4.

Sử dụng quy trình tương tự, phần trăm độ nâng của van có thể được xác định từ Công thức 6.5.4 cho một loạt các dòng chảy cho việc lắp đặt này.

Thang máy tương ứng cho các van phần trăm tuyến tính và bằng nhau được thể hiện trong Bảng 6.5.9 cùng với đường cong lắp đặt.

Như trong Ví dụ 6.5.2, van phần trăm bằng nhau yêu cầu lực nâng cao hơn nhiều so với van tuyến tính để đạt được cùng lưu lượng. Kết quả được vẽ trên hình 6.5.10.

Có một sự thay đổi đột ngột về hình dạng của đồ thị ở khoảng 90% tải; điều này là do ảnh hưởng của giảm áp suất tới hạn qua van điều khiển xảy ra tại điểm này.

Trên 86% tải trong ví dụ này, có thể chỉ ra rằng áp suất hơi trong bộ trao đổi nhiệt là trên 2,9 bar a, với 5 bar cấp cho van điều khiển, là giá trị áp suất tới hạn. (Để biết thêm thông tin về áp suất tới hạn, hãy tham khảo Mô-đun 6.4, Định cỡ van điều khiển cho hơi).

Người ta thường đồng ý rằng van điều khiển khó kiểm soát dưới 10% phạm vi của chúng, và trong thực tế, thông thường chúng phải hoạt động từ 20% đến 80% phạm vi của chúng.

Các đồ thị trong Hình 6.5.10 đề cập đến các van tuyến tính và phần trăm bằng nhau có Kv là 100, là van tiêu chuẩn lớn hơn tiếp theo có công suất phù hợp trên đường cong ứng dụng (Kvr yêu cầu là 69,2) và thường sẽ được chọn cho cụ thể này thí dụ.

Tác dụng của van điều khiển lớn hơn mức cần thiết

Nó là giá trị khi xem xét hiệu ứng lớn hơn tiếp theo của các van phần trăm tuyến tính hoặc bằng nhau sẽ có nếu được chọn. Để chứa các tải hơi giống nhau, mỗi van này sẽ có lực nâng thấp hơn so với các van được quan sát trong Hình 6.5.10.

Các van tiêu chuẩn lớn hơn tiếp theo có Kvs là 160. Điều đáng chú ý là các van này sẽ hoạt động như thế nào nếu chúng được chọn, và như thể hiện trong Bảng 6.5.10 và Hình 6.5.11.

Có thể thấy từ Hình 6.5.11 rằng cả hai đường cong của van đã di chuyển sang trái khi so sánh với các van nhỏ hơn (có kích thước phù hợp) trong Hình 6.5.10, trong khi đường cong lắp đặt vẫn tĩnh.

Sự thay đổi đối với van tuyến tính là khá ấn tượng; có thể thấy rằng, ở mức 30% tải, van chỉ mở 10%. Ngay cả ở mức tải 85%, van chỉ mở 30%. Cũng có thể quan sát thấy rằng sự thay đổi trong lưu lượng là lớn đối với một sự thay đổi tương đối nhỏ trong thang máy. Điều này hiệu quả có nghĩa là van đang hoạt động như một van hoạt động nhanh đến 90% phạm vi của nó. Đây không phải là kiểu đặc tính cố hữu tốt nhất cho kiểu lắp đặt hơi nước này, vì nó thường tốt hơn nếu sự thay đổi của dòng hơi diễn ra khá chậm.

Mặc dù đường cong van tỷ lệ phần trăm bằng nhau đã di chuyển vị trí, nó vẫn ở bên phải đường cong lắp đặt và có thể cung cấp khả năng kiểm soát tốt. Phần dưới của đường cong tương đối nông, mở chậm hơn trong quá trình di chuyển ban đầu và tốt hơn để kiểm soát dòng hơi so với van tuyến tính trong trường hợp này.

Các trường hợp có thể dẫn đến quá kích thước bao gồm:

• Dữ liệu ứng dụng là gần đúng, do đó, một ‘hệ số an toàn’ bổ sung được bao gồm.
• Quy trình định cỡ bao gồm các ‘yếu tố’ vận hành chẳng hạn như mức cho phép quá nhiệt tình đối với việc bám bẩn.
• Kvr được tính toán chỉ cao hơn một chút so với Kv của van tiêu chuẩn, và kích thước lớn hơn tiếp theo phải được chọn.

Cũng có những tình huống:

• Sự sụt giảm áp suất khả dụng trên van điều khiển khi đầy tải là thấp.

Ví dụ, nếu áp suất cung cấp hơi là 4,5 bar a và áp suất hơi cần thiết trong bộ trao đổi nhiệt khi đầy tải là 4 bar a, thì điều này chỉ giảm 11% áp suất khi đầy tải.

• Tải trọng tối thiểu ít hơn rất nhiều so với tải trọng tối đa

Đặc tính van tuyến tính có nghĩa là nút van hoạt động gần với yên xe, có khả năng bị hỏng.

Trong những trường hợp phổ biến này, đặc tính van phần trăm bằng nhau sẽ cung cấp một giải pháp linh hoạt và thiết thực hơn nhiều.

Đây là lý do tại sao hầu hết các nhà sản xuất van điều khiển sẽ đề xuất đặc tính tỷ lệ phần trăm bằng nhau cho van điều khiển hai cổng, đặc biệt khi được sử dụng trên chất lỏng có thể nén như hơi nước.

Xin lưu ý: Có cơ hội, tốt hơn là nên kích cỡ van hơi với độ giảm áp suất càng cao ở tải tối đa càng tốt; ngay cả khi giảm áp suất tới hạn xảy ra trên van điều khiển nếu điều kiện cho phép. Điều này giúp giảm kích thước và chi phí của van điều khiển, cung cấp đường cong lắp đặt tuyến tính hơn và mang lại cơ hội chọn van tuyến tính.

Tuy nhiên, điều kiện có thể không cho phép điều này. Van chỉ có thể được định kích thước theo các điều kiện ứng dụng. Ví dụ, nếu áp suất làm việc của bộ trao đổi nhiệt là 4,5 bar a, và áp suất hơi tối đa chỉ có 5 bar a, van chỉ có thể được định cỡ khi giảm áp suất 10% ([5 – 4,5] / 5). Trong tình huống này, việc định kích thước van khi giảm áp suất tới hạn sẽ làm giảm kích thước của van điều khiển và làm đói bộ trao đổi nhiệt của hơi nước.

Nếu không thể tăng áp suất cung cấp hơi, giải pháp sẽ là lắp đặt một bộ trao đổi nhiệt hoạt động ở áp suất hoạt động thấp hơn. Bằng cách này, áp suất giảm sẽ tăng trên van điều khiển. Điều này có thể dẫn đến một van nhỏ hơn nhưng cũng là một bộ trao đổi nhiệt lớn hơn, vì nhiệt độ hoạt động của bộ trao đổi nhiệt hiện đã thấp hơn.

Một loạt lợi thế khác tích lũy từ các bộ trao đổi nhiệt lớn hơn hoạt động ở áp suất hơi nước thấp hơn:

• Có ít xu hướng đóng cặn và bám bẩn trên bề mặt sưởi ấm.
• Có ít hơi nước chớp cháy được tạo ra trong hệ thống ngưng tụ.
• Có ít áp suất ngược hơn trong hệ thống ngưng tụ.

Cần phải cân bằng giữa chi phí của van điều khiển và bộ trao đổi nhiệt, khả năng điều khiển đúng cách của van và các tác động lên phần còn lại của hệ thống như đã thấy ở trên. Trên hệ thống hơi, van tỷ lệ phần trăm bằng nhau thường sẽ là lựa chọn tốt hơn van tuyến tính, bởi vì nếu xảy ra sụt áp thấp, chúng sẽ ít ảnh hưởng đến hiệu suất của chúng trong phạm vi chuyển động của van. 

Xem thêm : Van bướm điều khiển điện