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.
|
|
Пример 5. Регулирующий клапан MSV C d = 15 мм имеет равнопро центную расходную характеристику. Зависимость пропускной способ ности клапана от настройки приведена в таблице, предоставляемой производителем. Необходимо определить базовый авторитет клапана. Решение. Базовый авторитет клапана рассчитывают из уравнения настройки (3.23), записанного в виде: В данном примере следует принимать внешний авторитет a = 1, исходя из условий гидравлического испытания клапана. Для клапана MSV C d = 15 мм принимают c ≈ 4. Тогда, подставляя максимальные па раметры из последней колонки, а промежуточные из любой другой колон ки таблицы, например, для настройки 5, находят базовый авторитет: Для б ó льшей точности данного параметра рассчитывают его при каждой настройке и находят среднеарифметическое значение. Резуль таты расчетов приведены в таблице. Среднеарифметическое значение a б = 0,023. Незначительный разброс табличных значений базового авторитета вы зван округлением пропускной способности клапана, погрешностью его гид равлического испытания и округлением постоянной c . Предлагаемые ана литические зависимости могут точнее определять пропускную способность клапана при известном значении постоянной c . Для этого необходимо лишь с достаточной достоверностью протестировать клапан по одной настройке. Таким образом, из рассмотренного примера 5 видно, что регулирова ние потока данным клапаном при внешнем авторитете a = 1 осуществля ется не по идеальной, а по рабочей расходной характеристике с полным внешним авторитетом a + = 0,023. Её дальнейшая деформация будет про исходить при изменении внешнего авторитета. Существующая практика 61 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА При балансировке системы клапанами с равнопроцентной расход ной характеристикой расход теплоносителя определяют путем последо вательного приближения к истинному значению. Для этого обеспечива ют постоянство перепада давления на регулируемом участке. По на стройке n и измеряемому перепаду давления P v на регулирующем кла пане определяют расход и сравнивают его с номинальным значением. Расчеты производят по формуле: (3.25) В уравнениях (3.22)…(3.25) не учтена линейная составляющая рав нопроцентной расходной характеристики вблизи положения штока "за крыто". Этой области клапана присуща погрешность регулирования около 10…15 %. На практике следует избегать установки клапана в этой области не столько из за погрешности, сколько из за невозможности ма нипулирования расходом регулируемого участка при наладке системы. Для упрощения определения расхода теплоносителя при баланси ровке системы регулирующие клапаны MSV C изготавливают со встро енной расходомерной шайбой (диафрагмой). По ее пропускной способ ности и перепаду давления на ней рассчитывают расход теплоносителя (табл. 3.1). Устройство PFM 3000 (см. п.р. 10.6) это делает автоматически. Расход воды G , кг/ч, плотностью = 1000 кг/м 3 в расходомерных шайбах можно найти также по уравнению [18]: (3.26) где d д — диаметр отверстия диафрагмы, мм; P — потери давления на диафрагме, Па. У регулирующего клапана с равнопроцентной расходной характе ристикой можно получить примерно линейную рабочую характеристи ку (см. диагональ на рис. 3.11) путем изменения внешнего авторитета. Это делает его более универсальным, чем клапан с линейной характери стикой, у которого достичь логарифмической зависимости расхода от хода штока изменением внешнего авторитета невозможно. Логарифми ческая характеристика преобразуется в идеальную линейную при полном внешнем авторитете регулирующего клапана a + = 0,1…0,3 (10…30 %). Таким образом, замена клапана с линейной на клапан с лога рифмической характеристикой дает возможность значительно умень шить потери давления на рабочем участке и, следовательно, снизить расходы на перекачку теплоносителя. Δ Δ 60 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Положение настройки n 2 3 4 5 6 7 8 Базовый авторитет клапана а б 0,027 0,022 0,022 0,024 0,022 0,021 — Положение настройки n 2 3 4 5 6 7 8 Пропускная способность клапана k v , (м 3 /ч)/бар 0,5 0,51 0,85 1,19 1,45 1,64 1,72 1,75 по допустимой точности измерения расходомерной шайбой. Мини мально допустимый расход теплоносителя на выбранном клапане составляет 0,055 л/с. Среднее значение базового авторитета клапана a б = 0,023 (см. пример 5). Минимальные потери давления на клапане при номинальном расходе: бар. Внешний авторитет клапана: Полный внешний авторитет клапана: a + = a б a = 0,023 0,371 = 0,0085. Подставляя известные параметры в уравнение (3.24), 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 = 4,6. Определить настройку регулирующего клапана можно также по диа грамме, графику или таблице, которые предоставляет производитель. В данном примере — по таблице из примера 5. Настройку находят интер полированием табличных значений. Для обеспечения расчетной пропуск ной способности 1,34 (м 3 /ч)/бар 0,5 необходимо установить клапан на настройку n = 4,6. Как следует из примера 6, теоретический подход полностью соот ветствует данным производителя, полученным экспериментальным путем. По обоим методам настройка клапана п = 4,6. В то же время, тео ретический расчет на основании общего внешнего авторитета отобра жает регулируемость участка системы любой конфигурации, предоста вляет возможность получения требуемых регулировочных характери стик объекта регулирования путем манипулирования внешними авто ритетами как автоматических, так и ручных клапанов, выявляет чувствительную область хода штока клапана, создавая пропорциональ ное регулирование объекта и предотвращая работу клапана в двух позиционном режиме. n = − − + × ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ × ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ = 8 1 1 1 0 0085 0 4 0 023 0 118 2 4 4,57. ln , , , , = 0,118 0,118+0,20 0 371 , vs ΔP V k vs N vs = = = 2 2 2 2 0 6 1,75 0 118 , , 63 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА проектирования систем обеспечения микроклимата, как правило, не учитывает должным образом базовую деформацию. В примере 6 рассмо трено влияние внешнего авторитета регулирующего клапана с равно процентной расходной характеристикой на положение настройки. Пример 6. Проектируют систему обеспечения микроклимата с от ветвлением (стояком или горизонтальной веткой). Ближайшим и един ственным автоматическим устройством стабилизации давления в систе ме является регулятор перепада давления, установленный в индивидуаль ном тепловом пункте по схеме на рис. 3.3,г. Поддерживаемый им перепад давления P = 0,40 бар. Сопротивление регулируемого участка без учета потерь давления на регулирующем клапане составляет P - = 0,20 бар. Номинальный расход теплоносителя на регулируемом участке равен V N = 0,6 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 - = 0,40 – 0,20 = 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 макси мальной пропускной способности. Таковым является клапан MSV C d = 15 мм с равнопроцентной расходной характеристикой. Макси мальная пропускная способность клапана k vs = 1,75 (м 3 /ч)/бар 0,5 . Зна чение расчетной пропускной способности находится в середине регу лируемого диапазона (см. k v в таблице примера 5). Это является луч шим проектным решением, т. к. позволяет в дальнейшем осуществ лять наладку системы в равной степени как закрыванием, так и от крыванием клапана. При выборе настройки, особенно в системах с переменным гидрав лическим режимом, следует стремиться к тому, чтобы клапан был открыт не менее чем на 20 % от k vs и не более чем на 80 % от k vs . Необ ходимо также, чтобы номинальный расход на клапане был не ниже ре комендуемого производителем минимального расхода, определяемого k V P v N v = = = Δ 0 6 0 20 1 34 , , , Δ Δ Δ Δ Δ 62 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА С уменьшением внешнего авторитета ниже 0,5 логарифмическая рабочая расходная характеристика клапана значительно искажа ется, что следует учитывать при обеспечении регулируемости си стемы и возможности ее наладки. Для упрощения расчетов и наладки системы, а также уменьшения погрешности потокораспределения рекомендуется применять автоматические регуляторы перепада давления на стояках вер тикальных или на приборных ветках горизонтальных систем, обес печивая внешние авторитеты клапанов а 0,5. 3.4.3. Параболическая рабочая расходная характеристика клапана Клапаны с параболической (квадратичной) зависимостью расхода от хода штока имеют рабочую расходную характеристику, представлен ную на рис. 3.12. У этих клапанов при идеальных условиях соблюдается зависимость: V/V 100 = ( h/h 100 ) 2 , (3.27) а при эксплуатационных — (3.28) Для параболической ра бочей расходной характери стики так же, как и равно процентной (см. рис. 3.11), характерны прямолиней ные области регулирова ния. Изменением внешнего авторитета можно прибли зиться к линейному закону при a + 0,1…0,2 (см. диаго наль на рис. 3.12). Уравнение настройки клапана с параболической характеристикой имеет вид: ≈ Δ Δ ≤ 65 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Следует также учитывать, что ручные балансировочные клапаны с любой расходной характеристикой, в том числе и логарифмической, це лесообразно применять в системе с постоянным гидравлическим режи мом, так как их внешние авторитеты практически не изменяются при ее работе. Если ручные балансировочные клапаны применены в системе с переменным гидравлическим режимом, к тому же с низкими внешними авторитетами, то изначально закладываются неблагоприятные условия работы системы вследствие изменчивости внешних авторитетов. Не учет влияния внешних авторитетов при расчете такой системы приво дит к усложнению пусконаладочных работ. При балансировке системы положение настройки клапана MSV C опре деляют измерительным устройством PFM 3000. Наличие у клапана встро енной расходомерной шайбы упрощает установку номинального расхода — вращением рукоятки клапана до совпадения с показаниями PFM 3000, при этом обеспечивают постоянный перепад давления на регулируемом участке. Расход на клапане можно определить и другими приборами (устройствами), измерив перепад давления на расходомерной шайбе. По нему и пропускной способности диафрагмы, которую предоставляет производитель в техничес ком описании, рассчитывают расход из уравнения в табл. 3.1. Пример 7. В действующей системе обеспечения микроклимата на ответвлении (стояке или горизонтальной ветке) установлен регулиру ющий клапан MSV C d = 15 мм. Пропускная способность его расходо мерной шайбы k vs = 1,799 (м 3 /ч)/бар 0,5 . Номинальный расход тепло носителя на регулируемом участке равен V N = 0,6 м 3 /ч. Необходимо обеспечить номинальный расход теплоносителя на регулируемом участке. Решение. Номинальный расход на клапане будет обеспечен при пере паде давления на измерительных штуцерах клапана: бар. Логарифмическую (равнопроцентную) расходную характеристику клапана можно приблизить к линейной путем изменения внешнего авторитета. Логарифмическая расходная характеристика клапана не претерпе вает существенного изменения при внешнем авторитете 0,5...1,0. ΔP = = 0 6 1 799 0 11 2 2 , , , 64 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 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0 V/V 0 0 1 h /h 0 0 1 a + = 1,0 0,05 0,1 0,3 0,5 0,7 Рис. 3.12. Параболическая рабочая рас ходная характеристика клапана У них объединены положи тельные свойства равнопро центного и линейного зако нов регулирования. Совме щение характеристик дает возможность в широком ди апазоне изменения полного внешнего авторитета клапана ( a + 0,3…1,0) выделить ус ловную узкую зону (обозна ченную точками на рис. 3.14). В ней происходит пример но линейное регулирование с допустимым отклонением от номинального расхода. Кроме того, наличие лога рифмической составляющей характеристики обеспечивает пример но линейное регулирование при малых расходах и авторитетах кла пана, что характерно для систем с переменным гидравлическим режимом. Самая узкая зона примерно линейного регулирования по всему пере мещению хода штока находится в диапазоне полного внешнего авторитета клапана a + = 0,5 ± 0,2. Примерно линейное ре гулирование получают также при a + 0,2 ± 0,1, если относительный расход теплоносителя находится в пределах от нуля до значения, со ответствующего точке слияния кривых. Точка слияния кри вых указывает на изме нение закона регулиро вания с равнопроцент ного на линейный. Ее положение зависит от того, какая часть затвора клапана осталась с лога рифмическим профилем ≈ ≈ 67 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА (3.29) а после замены внешнего авторитета a и расхода V 100 на соответствую щие отношения перепадов давлений (см. п. 3.4.1) — (3.30) При наладочных работах определяют расход теплоносителя по из вестному перепаду давления на регулирующем клапане. Расчет произ водят по формуле (3.31) путем последовательного приближения к ис тинному значению: (3.31) Параболическая рабочая расходная характеристика имеет меньший прогиб идеальной кривой, чем логарифмическая. Параболическую расходную характеристику клапана можно прибли зить к линейной путем изменения внешнего авторитета. С уменьшением внешнего авторитета ниже 0,5 параболическая рабо чая 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 по грешности потокораспределения рекомендуется применять автома тические регуляторы перепада давления на стояках вертикальных или на приборных ветках горизонтальных систем, обеспечивая внеш ние авторитеты клапанов а 0,5. 3.4.4. Логарифмическо линейная рабочая расходная характеристика клапана Клапаны MSV F d 200 и MSV F Plus d 200 (рис. 3.13) имеют логарифмическо линейную рабочую расходную характеристику. ≤ ≤ ≤ n n V V a = − − + max ( / ) , 1 1 100 2 4 66 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 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0 V/V 0 0 1 h /h 0 0 1 a + = 1,0 a + = 1,0 0,05 0,05 0,1 0,1 0,3 0,3 0,5 0,5 0,7 0,7 Рис. 3.14. Л о га р и ф м и ч е с ко л и н е й н а я рабочая расходная характеристика клапана Рис. 3.13. Регулирующие клапаны с логарифмическо линей ной рабочей расходной характеристикой MSV F d 200 ≤ MSV F Plus d 200 ≤ При наладке системы расход теплоносителя в клапане с логариф мическо линейной характеристикой находят так же, как и в других ре гулирующих клапанах со штуцерами отбора импульса давления на вхо де и выходе, т. е. путем последовательного приближения к истинному значению при обеспечении постоянства перепада давления на регули руемом участке. По настройке n и потерям давления P v на регулирую щем клапане, измеренным прибором PFM 3000, определяют расход теплоносителя либо рассчитывают его по формулам: при n 0,5 n max при n > 0,5 n max |