Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика. Пырков В.В. , 2005. Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика
 Скачать 10.16 Mb.
|
|
номинальному расходу, а не по максимальному, как в уравнении (3.12). Такой подход практичнее, поскольку номинальный расход является расчетным параметром при проектировании систем в отличие от максимального расхода. Пример 2. Регулирующий клапан MSV I d = 25 мм имеет линейную расходную характеристику. Зависимость пропускной способности клапа на от настройки приведена в таблице, предоставляемой производителем. Необходимо определить базовый авторитет клапана. Δ Δ Δ V V k P k P P P N vs v vs vs v vs 100 2 2 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = = Δ Δ Δ Δ V k P vs v 100 = Δ . Δ Δ Δ Δ 50 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Положение настройки n 0,2 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,2 Пропускная способность клапана k v , (м 3 /ч)/бар 0,5 0,4 1,1 1,9 2,7 3,3 3,6 3,9 4,0 Положение настройки n 0,2 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,2 Базовый авторитет клапана a б 0,39 0,31 0,37 0,34 0,30 0,37 0,38 — расчетного значения пропускной способностью, если система с постоян ным гидравлическим режимом и в дальнейшем не предусматривается ее регулирование в сторону увеличения расхода теплоносителя. Невязка давления в таком случае не должна превышать 15 %. В практике проек тирования зачастую выбирают регулирующий клапан по диаметру, сов падающему с диаметром ответвления. При выборе настройки, особенно в системах с переменным гидравлическим режимом, рекомендуется, что бы клапан был открыт не менее чем на 20 % от k vs и не более чем на 80 % от k vs . Это позволит регулировать поток теплоносителя в процессе на ладки систем как в б ó льшую, так и в меньшую сторону. По методике примера 2 определяют базовый авторитет клапана. Результаты расчетов показаны в таблице. Среднее значение базового авторитета a б = 0,3. Минимальные потери давления на клапане при номинальном расходе: бар. Внешний авторитет клапана: Полный внешний авторитет клапана: a + = a б a = 0,3 0,291 = 0,0873. Подставляя известные параметры в уравнение (3.20), находят настройку клапана: Настройку принимают с округлением до указанной на шкале дольной кратности. У данного типа клапана шкала настройки размечена через десятые доли, следовательно, устанавливают настройку n = 1,6. Определить настройку регулирующего клапана можно также по диаграмме, графику или таблице, которые предоставляет производи тель при базовой деформации расходной характеристики. В данном n = × = 3 2 1 1 0,0873 0 45 0 3 0,1024 1,56. , , , vs 0,1024 0,1024+0,25 0,291. ΔP V k vs N vs = = = 2 2 2 2 0 8 2 5 0 1024 , , , 53 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА a = 1. Но этого недостаточно для определения расходной характеристики клапана в реальных условиях. При существующих подходах уже на ста дии проектирования системы могут быть созданы условия для непреду смотренного регулирования потоков теплоносителя. Возникающее пере распределение снижает энергоэффективность системы обеспечения мик роклимата, т. к. увеличивается энергопотребление, ухудшает обеспечение теплового комфорта в помещении, усложняет пуско наладочные работы. Результат расчета настройки клапана по общему внешнему авторите ту аналогичен результату расчета по k v либо графическому методу, кото рые предоставляет производитель в техническом описании клапана. Однако, этот расчет имеет существенное отличие: при помощи общего внешнего авторитета он отображает видоизменение процесса регулиро вания в зависимости от характеристик регулируемого участка, что рассмотрено в примере 3. Пример 3. Проектируют систему обеспечения микроклимата с от ветвлением (стояком или горизонтальной веткой). Ближайшим и един ственным автоматическим устройством стабилизации давления в системе является регулятор перепада давления, установленный в индивидуальном тепловом пункте по схеме на рис. 3.3,г. Поддерживаемый им перепад давле ния P = 0,45 бар. Сопротивление регулируемого участка без учета потерь давления на регулирующем клапане составляет P - = 0,25 бар. Номиналь ный расход теплоносителя на регулируемом участке равен V N = 0,8 м 3 /ч. Необходимо подобрать регулирующий клапан и определить настройку для увязки ответвления. Решение. Гидравлическое увязывание ответвления обеспечивают определением настройки регулирующего клапана на перепад давления: P v = P – P = 0,45 – 0,25 = 0,20 бар. По уравнению из табл. 3.1 находят расчетную пропускную способ ность клапана: (м 3 /ч)/бар 0,5 Подбирают регулирующий клапан с б ó льшим значением максималь ной пропускной способности. Таковым является клапан MSV I d = 20 мм с линейной расходной характеристикой. Его максимальная пропускная способность k vs = 2,5 (м 3 /ч)/бар 0,5 и максимальная настройка n max = 3,2. Следует заметить, что допускается применение клапанов с меньшей от k V P v N v = = = Δ 0 8 0 20 1 79 , , , Δ Δ Δ Δ Δ 52 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Положение настройки n 0,2 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,2 Пропускная способность клапана k v , (м 3 /ч)/бар 0,5 0,3 0,7 1,3 1,7 2,0 2,3 2,5 2,5 Базовый авторитет клапана a б 0,27 0,29 0,29 0,33 0,36 0,28 — — для наладки системы из за уменьшения влияющей области хода штока на регулирование расхода (двухпозиционное регулирование). В этом случае необходимо проведение тщательных пусконаладочных работ. Го раздо проще предотвратить такую ситуацию путем применения автома тических регуляторов перепада давления, обеспечив внешние авторите ты клапанов на регулируемых участках a 0,5, упростив расчеты и наладку системы, а также уменьшив погрешность потокораспределения. Определение настройки ручного балансировочного клапана при на ладке системы, если этот клапан является единственным на регулируемом участке, не представляет особых сложностей. Однако если таких клапанов несколько, то наладка системы с ручными балансировочными клапанами значительно усложняется, что требует определенных навыков и, самое главное, значительных затрат времени (см. р. 10). Определение настройки одиночного клапана при наладке системы рассмотрено в примере 4. Пример 4. В действующей системе обеспечения микроклимата на ответвлении (стояке или горизонтальной ветке) установлен регули рующий клапан MSV I d = 15 мм с линейной расходной рабочей харак теристикой. Максимальное значение его настройки n max = 3,2. Макси мальная пропускная способность клапана k vs = 1,6 (м 3 /ч)/бар 0,5 . Бли жайшим и единственным устройством стабилизации давления в сис теме является автоматический регулятор перепада давления, уста новленный в индивидуальном тепловом пункте по схеме на рис. 3.3,г. Поддерживаемый им перепад давления P = 20 кПа = 0,2 бар. Необходимо обеспечить расчетный расход теплоносителя, равный V N = 400 л/ч = 0,4 м 3 /ч. Решение. Обеспечения расчетного расхода на ответвлении достига ют подбором настройки регулирующего клапана. Для этого используют измеритель давления теплоносителя, подключаемый к штуцерам на регулирующем клапане. По методике примера 2 рассчитывают базовый авторитет клапа на. Результаты показаны в таблице. Среднее значение базового авторитета a б = 0,3. Δ ≤ 55 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА примере — по вышеприведенной таблице. Настройку находят интерпо лированием табличных значений. Для обеспечения требуемой пропуск ной способности 1,79 (м 3 /ч)/бар 0,5 необходимо установить клапан на на стройку n = 1,65 1,7. Из результатов расчета следует, что при различных методах проек тирования получают незначительно отличающиеся значения настройки регулирующего клапана: по теоритическому — 1,6; по данным производи теля — 1,7. Такое увеличение настройки клапана приводит к незначитель ному возразтанию потока теплоносителя, протекающего через него. Рас ход теплоносителя в этом случае по преобразованному уравнению (3.16) составит: м 3 /ч. Расхождение расходов при различных подходах определения настрой ки в процентном соотношении для данного примера равно Как следует из примера 3, рассматриваемый теоретический подход соответствует данным производителя, полученным эксперименталь ным путем. В то же время, теоретический расчет на основании общего внешнего авторитета отображает гидравлические процессы, происходя щие в регулируемой системе. Он позволяет определить регулировоч ные характеристики клапана в системе любой конфигурации, предоста вляет возможность получения требуемых регулировочных характери стик объекта регулирования путем манипулирования внешними авто ритетами как автоматических, так и ручных клапанов, выявляет чув ствительную область хода штока клапана, создавая пропорциональное регулирование объекта и предотвращая работу клапана в двухпози ционном режиме. Чувствительная область хода штока возрастает с увеличением вне шнего авторитета клапана ( a 0,5). При наличии двух клапанов на регу лируемом участке эта область сужается. Поэтому ручные балансировоч ные клапаны целесообразно применять в системе с постоянным гидра влическим режимом, где их внешние авторитеты практически не изме няются и где на них не оказывают влияние автоматические клапаны. Если ручные балансировочные клапаны применены в системе с пере менным гидравлическим режимом, к тому же с низкими внешними авто ритетами ( а < 0,5), то изначально создаются неблагоприятные условия ≤ 0,812 - 0,800 1,5 0,800 1,65 0,291 0,812 ≈ 54 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Положение настройки n 0,2 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,2 Пропускная способность клапана k v , (м 3 /ч)/бар 0,5 0,2 0,4 0,87 1,1 1,3 1,5 1,6 1,6 Базовый авторитет клапана а б 0,25 0,38 0,32 0,31 0,33 0,22 — — Линейная рабочая расходная характеристика клапана не претер певает существенного искажения под воздействием внешнего авто ритета, если его значение находится в диапазоне 0,5...1,0. С уменьшением внешнего авторитета ниже 0,5 линейная рабочая расходная характеристика клапана значительно искажается, что следует учитывать при обеспечении регулируемости системы и возможности ее наладки. Для упрощения расчетов и наладки системы, а также уменьшения погрешности потокораспределения рекомендуется применять ав томатические регуляторы перепада давления на стояках верти кальных или на приборных ветках горизонтальных систем, обеспе чивая внешние авторитеты клапанов а 0,5. 3.4.2. Равнопроцентная рабочая расходная характеристика клапана Клапаны, показанные на рис. 3.10, имеют равнопроцентную (лога рифмическую) расходную характеристику. Клапаны серии VF 2 и VRB 2 выполнены двухходовыми. Третий проход у них заглушен. Все клапаны, за исключением MSV C, являются седельными и предна значены для совместной работы с электроприводами типа AMV. Клапан MSV C — новое поколение регулирующих клапанов ручно го действия. Он предназначен для гидравлической балансировки цирку ляционных колец. Имеет уменьшенное гидравлическое сопротивление за счет наклонного расположения штока. Следовательно, отбирает меньшую часть располагаемого давления регулируемого участка, улуч шая тем самым работу терморегуляторов за счет увеличения их внешних ≤ 57 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Рассчитывают потери давления на полностью открытом клапане при номинальном расходе бар. Далее подставляют известные параметры в преобразованное уравнение настройки (3.20) В уравнении два неизвестных параметра. Следовательно, может быть несколько решений (см. табл.). Область допустимых значений ограничена настройкой 1,2, так как при меньших настройках наступает несоответствие автоматически поддерживаемому давлению P = 0,2 бар. Изменение настройки n регулирующего клапана влечет соответ ствующее изменение потерь давления P v , поэтому окончательное положение настройки определяют последовательным приближением к истинному значению. В процессе вращения настроечной рукоятки (ма ховика) регулирующего клапана сравнивают измеряемые и расчетные потери давления на регулирующем клапане P v . Процесс настройки заканчивают при погрешности менее 15 %. Хорошим результатом явля ется диапазон погрешности от 5 до +10 %. Необходимо отметить, что применение приведенного алгоритма вычислений в микропроцессорных устройствах диагностики клапанов значительно упрощает определение настройки и в конечном итоге сокращает время наладки всей системы. Рабочую расходную характеристику клапана определяют его об щим внешним авторитетом. Общий внешний авторитет учиты вает искажение идеальной расходной характеристики клапана под воздействием сопротивления корпуса клапана (определяют базовым авторитетом клапана) и сопротивления остальных элементов регулируемого участка (определяют внешним автори тетом клапана). Δ Δ Δ P v × 3 2 1 1 0 3 0 3 0 063 , , , , ΔP vs = = 0 4 1 6 0 063 2 2 , , , 56 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА VF 2 VFS 2 VRB 2 VZ 2 MSV C Рис. 3.10. Регулирующие клапаны с логарифмической расходной характеристикой n 1,1 1,2 1,3 1,5 2,0 2,5 3,0 3,2 Р v , бар 0,202 0,177 0,157 0,129 0,092 0,074 0,065 0,063 Δ расхода, т. е. теряется управляемость клапана. Для улучшения регулиру емости клапана на этом участке зависимость расхода от хода штока осу ществляют по иному закону, например, линейному. При этом нижняя граница управляемости клапана k vr /k vs должна быть как можно меньшей. Приемлемую идеальную расходную характеристику клапана для систем обеспечения микроклимата получают при постоянной c 3. Это дает возможность начинать регулирование с 1…3 % относительного расхода, что несколько хуже, чем у клапанов с линейной характеристикой, где регули рование осуществляется почти с нуля. Одним из вариантов улучшения ре гулируемости клапана является модификация вышеприведенной матема тической зависимости таким образом, чтобы регулирование начиналось также с нулевого расхода [20]. Такие клапаны называют клапанами с моди фицированной равнопроцентной рабочей характеристикой. Равнопроцентная рабочая характеристика, как и линейная, зависит от полного внешнего авторитета клапана на регулируемом участке. Ее ис кажение тем значительнее, чем меньше этот авторитет. Математическое описание искажения идеальной расходной равнопроцентной характерис тики клапана в зависимости от авторитета представлено в работе [24]: (3.22) Определение настройки регулирующего клапана с резьбовым шпинделем осуществляют преобразованием уравнения (3.22), изложен ным в п. 3.4.1. В результате уравнение настройки клапанов с равнопро центной расходной характеристикой принимает вид: Либо, осуществляя замену внешнего авторитета a и расхода V 100 на соответствующие отношения перепадов давлений (см. п. 3.4.1): (3.24) n n a a V V c = + − + ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ + + max ln 1 1 2 100 2 V V a a e c h h / ( / ) 100 2 1 1 1 100 = − + + + − ≤ (3.23) 59 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА авторитетов. Расход воды в этом клапане определяют по встроенной рас ходомерной шайбе. Клапаны с рав нопроцентной рабо чей характеристикой в идеальных услови ях обеспечивают во всем диапазоне регу лирования одинако вое изменение рас хода (относительно исходного расхода) при равном переме щении затвора клапа на. Так, на примере рабочей расходной х а р а к т е р и с т и к и (рис. 3.11) при дви жении затвора с от носительного поло жения h/h 100 = 0,2 до h/h 100 = 0,4 соотношение V/V 100 изменится от 0,085 до 0,161, т. е. на 0,075, что составляет 87 % от исходного относительного расхода 0,085. При перемещении от 0,6 до 0,8 относительный расход изменится с 0,3 до 0,56, т. е. на 0,26, или те же 87 %. Математическое описание такой зави симости имеет вид: (3.21) В реальности рабочая расходная характеристика обычно отличается от идеальной характеристики в зависимости от базового авторитета и точности заводского изготовления клапана. Допустимые отклонения регламентируются нормами, например, VDI/VDE 2173. Так, отклонение пропускной способности клапана при полном открытии не должно отли чаться более, чем на ±10 % от параметра k vs ; наклон отклонения рабочей характеристики от номинальной характеристики, совмещенных в систе ме координат log(k v /k vs ) = f(h/h 100 ) , не должен превышать 30 % в области 0,1 h/h 100 1. Регламентируется также допустимое отклонение потока на начальном участке регулирования. Здесь регулирование не определя ется общей зависимостью, т. к. кривая характеристики пересекает ось ординат выше нулевого расхода. Это означает, что происходит скачок ≤ ≤ Δ Δ V V h h V V const c / / / 100 100 100 ⋅ = = 58 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 5 0 , 0 1 , 0 3 , 0 5 , 0 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0 V/V 0 0 1 h /h 0 0 1 a + = 1,0 7, 0 6 2, 0 5 7 0, 0 Рис. 3.11. Равнопроцентная рабочая расходная характеристика клапана при c = 3 |