Пошаговая методика-инструкция и правила подбора регулирующих клапанов по Kv (выбор Kvs). Методика подбора трубопроводной арматуры по расходным характеристикам от DPVA.ru

Пошаговая методика-инструкция и правила подбора регулирующих клапанов по Kv (выбор Kvs). Методика подбора трубопроводной арматуры по расходным характеристикам от DPVA.ru

• В инженерной традиции англосаксов и прочих бундес-франков пропускная способность любого участка трубопровода, в т.ч. единицы трубопроводной арматуры численно характеризуется коэффициентом пропускной способности Kv, который равен расходу воды с плотностью 1000 кг/м³ через данный участок трубопровода при перепаде давления на нем 0,1 МПа (1 бар). Это чисто умозрительная величина, которая, однако, позволяет с высокой точностью охарактеризовать данное гидравлическое сопротивление.
• Задача подбора клапана это задача выяснения того, какому Kv соответствует заданный расход при доступном или допустимом перепаде давления или какому Kv соответствует данный перепад при доступном или допустимом расходе.
• В зависимости от типа среды применяются различные расчетные формулы для определения значения Kv:

Таблица 1. Формулы упрощенного расчета пропускной способности клапана (вентиля) на воде, для жидкости, водяного пара паре или газа. Выбор регулирующей трубопроводной арматуры по Кv.

Режим работы клапана	Перепад на клапане	Жидкость		Газ		Водяной пар
	кгс/см2	м3/ч объемный расход	кг/час массовый расход	м3/ч объемный расход	кг/час массовый расход	кг/час массовый расход
Перепад давления не более половины давления на входе
Перепад давления более половины давления на входе
P1 - абсолютное давление среды до регулятора, кгс/см2 Р2 - абсолютное давление среды после регулятора, кгс/см2 ΔP = Р1-P2 ρ - плотность жидкости г/см3=т/м3 ρn - плотность газа при Р=1,0332 кгс/см2 и Т=0°С (ρвоздуха = 1,293 кг/м3) Q - объемный расход в м3/час G - массовый расход в кг/час Qn - нормированный объемный расход газов в м3/час приведенный к условиям Р=1,0332 кгс/см2 и Т=0°С V - удельный объем = обратная плотность водяного пара м3/кг при Т1 и (Р1)/2 V1 - удельный объем = обратная плотность водяного пара м3/кг при Т1 и  Р1 V2 - удельный объем = обратная плотность водяного пара м3/кг при Т2 и Р2						Взаимное соответствие между единицами измерений. Перевод единиц измерения.

Справочно: Cv, Kv и Kvs. Пропускная способность Cv (flow coefficient - "коэффициент расхода") и пропускная способность Kv (flow factor - "фактор расхода"). Разница между Kv и Kvs.

• Поскольку при расчете пропускной способности мы всего лищь выбрали рабочую точку, то обычно выбирают клапан с Kvs (пропускной способностью полностью открытого клапана) ближайщей из диапазона 130%-300% расчетного Kv. При этом рабочая точка должна быть внутри диапазона регулирования клапана, не ниже его.

Далее в обязательном порядке выбираем - проверяем (подробные пояснения даны далее - ниже):

1. условный диаметр DN = присоединительный размер клапана, (перейти)
2. условное давление PN = прочностная характеристика клапана, (перейти)
3. применимость материалов и уплотнений - температурная и химическая, (перейти)
4. вероятность возникновения кавитации = вероятность локального падения давления внутри клапана ниже уровня давления кипения при данной температуре, (перейти)
5. уровень шума - комфорт в эксплуатации; (перейти)
6. диапазон регулирования + допустимые отношения входного давления к выходному или допустимый перепад давления на клапане. (перейти)

1. Типоразмер - условный диаметр - выбор типоразмера - примитивная оценка минимального диаметра трубопровода

Нет никакакого смысла выбирать регулирующую арматуру по типоразмеру (диаметру) трубопровода, хотя тип присоединения трубопроводной арматуры может быть важен на практике. При этом, выбор диаметра трубопровода до и после клапана является важной задачей корректной обвязки и комплектации системы, включающей регулинующий клапан. Очень часто условный диаметр DN клапана оказывается меньше условного диаметра трубопровода, на котором он установлен. На практике допустимо выбирать клапан с условным диаметром меньше условного диаметра трубопровода на 1-2 типоразмера, уделяя внимание рискам кавитации, шума и не забывая про прямые участки до и после регулятора.

w — рекомендуемая скорость потока среды, м/c; Q — рабочий объемный расход среды м3/ч; d — диаметр трубопровода, м.

• Справочно: Подробный обзор: DN - диаметр номинальный. DN / Ду - диаметр условный. Диаметры условные, номинальные, Ду, DN, NPS и NB. Условный проход. Метрические и дюймовые диаметры. SDR. S. PN. DN резьбы (Ду), DN диаметр (Ду), DN размер (Ду) = присоединительный размер клапана,

2. Оценка необходимой прочности клапана. Условное давление - выбор прочностной характеристики.

Условное давление (номинальное давление) PN (устаревшее - Ру) является стандартизованным параметром трубопроводной арматуры, определяющим ее прочность. Существуют общепризнанные соответствия между материалом, рабочим давленим и рабочей температурой. Условное давление соответствует допустимому рабочему давлению при температуре 20 ^оС на воде. Очевидно, что с ростом температуры механические свойства любых конструкционных материалов обычно ухудшаются, поэтому чем выше рабочая температура, тем ниже максимальное рабочее давление при одном и том же значении условного давления.

Таблицы зависимости максимального рабочего давления PN6, PN10, PN16, PN25, PN40, PN63, PN100..., PN400 от температуры для трубопроводной арматуры из чугуна, углеродистой стали и нержавеющей стали. Влияние температуры на максимальное рабочее давление. Давление/Температура/Материал. Условное давление трубопроводной арматуры PN - наибольшее избыточное = приборное рабочее давление при температуре 20 °С, при котором обеспечивается заданный срок службы (ресурс) корпусных деталей арматуры. Максимальное рабочее давление - наибольшее избыточное давление, при котором возможна длительная эксплуатация арматуры при рабочей температуре (ГОСТ 24856). Влияние температуры на максимальное рабочее давление кранов, клапанов, задвижек и т.п. представлено в таблицах: Таблица 1. Серый чугун, высокопрочный чугун - влияние температуры на максимальное рабочее давление трубопроводной арматуры Максимальное рабочее давление, МПа PN, (МПа) Рабочая температура,°С 120°С 200°С 250°С 300°С 0,6 0,6 0,5 0,45 0,36 1,0 1,0 0,8 0,7 0,6 1,6 1,6 1,3 1,1 1,0 Таблица 2. Углеродистая сталь - влияние температуры на максимальное рабочее давление трубопроводной арматуры Максимальное рабочее давление, МПа PN, (МПа) Рабочая температура, °С 120°С 200°С 250°С 300°С 350°С 400°С 425°С 450°С 1,6 1,6 1,4 1,3 1,1 1,0 0,8 0,7 - 2,5 2,5 2,2 2,0 1,7 1,6 1,3 1,1 0,9 4,0 4,0 3,5 3,2 2,8 2,4 2,1 1,8 1,6 6,3 6,3 5,0 4,5 4,0 3,6 3,2 3,0 2,7 10,0 10,0 8,0 7,0 6,0 5,6 5,0 4,7 4,3 16,0 16,0 13,0 11,2 9,6 9,0 8,0 7,4 7,0 25,0 25,0 20,0 17,5 15,0 14,0 12,5 11,7 11,0 31,5 31,5 25,0 22,5 19,2 18,0 16,0 15,0 14,0 40,0 40,0 31,5 28,0 24,0 22,5 20,0 19,0 17,5 Таблица 3. Нержавеющая сталь - влияние температуры на максимальное рабочее давление трубопроводной арматуры Максимальное рабочее давление, МПа PN, (МПа) Рабочая температура, °С 300°С 350°С 400°С 425°С 450°С 475°С 500°С 510°С 520°С 530°С 540°С 550°С 1,6 – – – – – – 1,6 1,5 1,2 0,9 – – 2,5 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 2,0 1,8 1,5 1,2 0,9 – – 4,0 4,0 3,8 3,6 3,5 3,4 3,3 2,9 2,4 1,9 1,5 – – 6,3 6,3 6,1 5,8 5,7 5,6 5,3 4,7 4,0 3,2 2,5 – – 10,0 10,0 9,5 9,1 8,9 8,7 8,2 7,4 6,2 4,9 3,8 – – 16,0 16,0 15,3 14,6 14,2 13,9 13,2 11,8 10,0 7,9 6,2 4,6 3,5 25,0 25,0 23,8 22,7 22,3 21,7 20,6 18,4 15,4 12,4 9,7 7,3 5,4 31,5 31,5 30,4 29,2 28,5 27,8 26,4 23,7 20,0 15,8 12,4 9,3 6,9 40,0 40,0 38,0 36,4 35,6 34,8 33,0 29,5 25,0 19,8 15,5 11,6 8,7 Справочно: условное давление PN = прочностная характеристика клапана,

3. Применимость материалов конструкций и уплотнений на данной рабочей среде.

Как известно, критерием истины является практика. В нашем случае - выбор материала определяет опыт (сын ошибок трубных). По ссылке ниже - наш скромный практический опыт, который предлагаем использовать и Вам. Помните, что лучше всего использовать те комбинации материалов, которые уже зарекомендовали себя на этом применении ранее, а не теоретические знания.

• Справочно: Подробный обзор: Таблицы применимости материалов. Химическая стойкость. Температурная применимость. Коррозионная стойкость, а именно:
  • Таблица химической стойкости материалов. Применимость основных материалов общепромышленной и промышленной трубопроводной арматуры, насосов, датчиков, соленоидных клапанов и другого технологического оборудования в различных средах.
  • Таблица химической стойкости резин и эластомеров NBR, HNBR, CR, ACM, VMQ, FVMQ, FPM, FFPM, AU, EPDM, PTFE
  • Таблица применимости материалов на антидетонаторах, антидетонационных, октаноповышающих присадках к бензинам. Химическая стойкость пластмассовых (пластиковых) труб из полиэтиленов ПВД = LDPE = ПЭВД и ПНД = HDPE, полипропилена ПП = PP, ПВХ = поливинилхлорида =PVC Выписка из строительных норм СН 550-82
  • Таблица. Температурные пределы применимости пластмасс, полимеров и эластомеров
  • Таблица. Температурные пределы применимости неметаллических материалов Таблица . Применимость эластомеров в различных средах. Химическая стойкость.
  • Таблица. Химическая стойкость эпоксидных и полиэпоксидных смол.
  • Таблица. Химическая стойкость полиэфиров (полиэстеров).
  • Таблица. Химическая стойкость полиэтилена, труб из ПЭ (PE), фасонных деталей ПЭ.
  • Таблица. Химическая стойкость труб и соединительных деталей из меди. Коррозионная стойкость медных труб и фитингов.
  • Таблица. Химическая стойкость труб и соединительных деталей из полипропилена PP-R Таблица. Химическая стойкость поливинилхлорида, труб из ПВХ и НПВХ=непластифицированного (PVC,uPVC), фасонных деталей из ПВХ.
  • Таблица. Коррозионная стойкость металлов и сплавов при нормальных условиях
  • Таблица химической стойкости титана в жидкостях и газах. Коррозионные свойства титана
  • Таблица. Коррозионная стойкость обычных металлических материалов труб, арматуры, насосов, емкостей и т.д. (металлов и сплавов). Углеродистые стали, Чугун, AISI (ANSI, ASTM) 302, 304, 316 и 416 нержавеющие стали, Бронза, Monel, Hasteloy B, Hasteloy C...
  • Таблица. Химическая стойкость терморасширенного графита (ТРГ), изготовленного с использованием азотной кислоты
  • Таблица. Применимость нержавеющих сталей по AISI. Коррозионная стойкость сталей по AISI в различных применениях. Применимость (совместимость) материалов при использовании на озоне O3. Химическая стойкость на озоне. Применимость (совместимость) материалов при использовании на перекиси водорода H2O2. Химическая стойкость на перекиси водорода.
  • Таблица. Температурные пределы применимости и некоторые рекомендации для ASTM литых сталей и сплавов (в трубопроводной арматуре). Защита от воздействия окружающей среды. Коррозия. Климатические исполнения (Таблицы совместимости материалов)
  • Прочее и т.д.

4. Кавитация как риск, оценка вероятности возникновения кавитации в клапане.

Кавитация, это явление образования пузырьков = каверн =пустот в жидких средах, с последующим их схлопыванием и высвобождением большого количества энергии и ударных волн, которые сопровождаются шумом и гидравлическими ударами. Кавитационные ударные волны активно разрущают поверхности, образуя классические кавитационные зоны разрушения материала. Фактически, кавитация - это явление вскипания жидкости при локальном (местном) падении давления ниже давления вскипания при данной температуре и последующего схлопыания этих пузырьков. Кавитация сопровождается характерным шумом кавитации, который являет собой собой случайный набор звуковых импульсов от схлопывания отдельных пузырьков. Очень характерный и незабываемый звук. Суть проблемы в следующем - кроме полного (невосстановимого) падения давления на руггулирующем клапане, внутри клапана существуют зоны очень сложных неламинарных потоков они же зоны локального = местного (восстановимого) падения давления, см. рисунок слева. В этих зонах падение давления ниже давления вскипания рабочей среды при данной температуре = давления насщенных паров при данной температуре - вполне реально. Что немедленно и запускает процесс кавитации. Чем выше полное падение = полный перепад давления на клапане, тем выше этот риск. Естественно, эффект довольно часто проявляется при использовании регуляторов давления, снижающих и поддерживающих давление в системе «после себя» = редукционных клапанов, или при нахождении рабочей точки клапана вблизи начала его регулировочной кривой ("в нуле"). Для оценки=проверки риска появлении кавитации при больших перепадах давления на клапане применяется следующая формула P1 – давление на входе клапана, бар; ΔP – перепад давления на клапане, бар. Что означает, что полное падение давления на клапане уж точно не должно превышать 60% от входного!

• Справочно: Подробный обзор: Давление насыщенных паров, давление вскипания, давление кавитации
• Справочно: отношение входного давления к выходному или допустимый перепад давления на клапане.

5. Уровень шума, риски возникновения шума без кавитации. Риски резонансов.

Шум работающего клапана вызывает резкое ухудшение условий труда и жизни рядом с регулятором. Может передаваться по трубам и рабочей среде на огромное расстояние. Шум это результат обусловленных гидравликой или газодинамикой в клапане колебательных процессов деталей и корпусов регуляторов. При совпадении основной частоты колебаний с собственной частотой колебаний клапана амплитуда колебаний резко возрасти, что приведед к преждевременному усталостному разрушению материалов клапана и/или системы в целом.

Считается, что за риск вознкновения повышенного шума в основном отвечает скорость рабочей среды в трубопроводе. Примерная фактическая усредненная скорость среды может быть оценена как:

w – скорость потока среды, м/c; Q – рабочий объемный расход среды м3/ч; d – диаметр трубопровода, м.

Таблица: ориентировочные рекомендуемые максимальные скорости различных рабочих сред для снижения риска появления критического шума

Конечно, можно снизить шум используя клапаны специальной конструкции или примененяя вставки-демпферы шума а также гибкие эластичные вставки (виброкомпенсаторы) на участках до и после клапана, изолируя источник шума от трубопровода.

• Справочно: уровень шума - комфорт в эксплуатации;

Подробная подборка данных "на тему" по ссылкам:

• Скорость жидкостей и газов в трубопроводах. Типичные величины, практические данные
• Практические скорости потока газов и водяного пара в трубопроводах и вентиляционных газоходах (трубах) в различных технологичеcких и коммунальных сетях.
• Пересчет скорости жидкости в круглой трубе в объемный расход в зависимости от внутреннего диаметра трубопровода.

6. Диапазон регулирования. Отношение входного давления к выходному или допустимый перепад давления на клапане

Проверяйте допустимы диапазон регулирования. Например, для большинства типов автоматических регуляторов давления ограничено отношение входного давления к выходному. Входное давление открывает клапан, а выходное давление с помощью вспомогательных устройств (мембраны, цилиндры и т.п.) - закрывает.Не подходит - выбираем другой Kvs и пересчитываем.

Оглавление:

1. условный диаметр DN = присоединительный размер клапана, (перейти)
2. условное давление PN = прочностная характеристика клапана, (перейти)
3. применимость материалов и уплотнений - температурная и химическая, (перейти)
4. вероятность возникновения кавитации = вероятность локального падения давления внутри клапана ниже уровня давления кипения при данной температуре, (перейти)
5. уровень шума - комфорт в эксплуатации; (перейти)
6. диапазон регулирования + допустимые отношения входного давления к выходному или допустимый перепад давления на клапане. (перейти)