ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 13.07.2020
Просмотров: 549
Скачиваний: 3
12.6.4. Типи клапанів
Односідлові клапани – щільнозакривні. Як правило, вони дешеві у виготовленні. Для їх закривання потрібні більші зусилля, ніж для закривання двосідлового клапана того ж розміру.
Двосідлові (або розвантажені) клапани сконструйовані так, що тиск речовини на два регульовані органи суттєво зрівноважується. Це сприяє зменшенню потрібного перестановлювального зусилля.
В клапанах з допоміжним механізмом використовується різниця тисків по обидві сторони клапана для впливу на діафрагму або поршень, які переміщують клапан. Ці клапани застосовують там, де вимагаються великі перестановлювальні зусилля.
Зазвичай, це односідлові клапани, які призначені для двопозиційного регулювання. Різновидом цих клапанів є маловитратні клапани. Призначені вони для точного регулювання малих витрат. Діаметри (серединники) їх протічного отвору досягають 3 мм.
Трьохходові клапани виготовляють чотирьох видів: змішувальні, відхилювальні, модульовані, каскадні. Змішувальні клапани не можна використовувати в якості відхилювальних. Останні влаштовані так, що дозволяють змінювати співідношення витрат на затіканні і на одному з витоків, і їх можна, за потреби, використовувати в якості змішувальних.
Модульовані каскадні клапани призначені для регулювання витрат гарячої і холодної води в чотирьох – і трьохтрубних системах тепло – і холодопостачання кліматконвекторів ежекційних і вентиляторних. Ці клапани не тільки змішувальні або відхилювальні, але дозволяють одночасно вибирати режим дії (на гарячій або холодній воді) і послідовно регулювати витрату або гарячої, або холодної води.
Клапани типу ”метелик” мають вигляд кільця, в якому розміщений диск, що обертається відносно осі, яка проходить через центр або поблизу нього. Застосовуються за малої різниці тисків.
12.6.5. Виконавчі механізми клапанів
До таких механізмів зазвичай відносяться соленоїди, електродвигуни і пневматичні перетворювачі (пневмоприводи).
Соленоїди використовують для двопозиційного регулювання потоків газу, води або холодоагента через клапани відносно малих розмірів.
Електродвигуни переміщують клапани за допомогою зубчастих або важільних передач. Їх класифікують за напругою, видом струму, навантажувальними характеристиками, виконанням і монтажними положеннями. Існують двигуни нереверсивні, реверсивні, з поворотною пружиною (застосовуються для двопозиційного регулювання).
Пневматичні приводи складаються із діафрагми або гармонікоподібної мембрани (сильфона) яка з’єднана зі штоком клапана і поворотньою пружиною .
Регулювальний клапан з пневматичним або електричним приводом може бути “нормально відкритим” або “нормально закритим”. Нормально відкритий клапан відкритий за відсутності робочого зусилля; застосовується на трубопроводах живлення повітронагрівників первинного підігріву. Нормально закритий клапан закритий за відсутності робочого зусилля; застосовується на трубопроводах живлення повітроохолодників - осушників.
12.6.6. Автоматичні регулювальні повітряні клапани
При виборі автоматичних регулювальних повітряних клапанів (заслінок) треба приділяти увагу витратним характеристикам, співвідношенню максимальної і мінімальної витрат, падінню тиску і оснащенню відповідним приводом з потрібними характеристиками – настроюванням, ходом, моментом. В деяких каталогах вказані площі клапанів і відповідні типи приводів.
В багатостулкових клапанах рами сталеві (для повітря з агресивними домішками їх виготовляють і із других матеріялів); стулки шириною 0,13…0,26 м обертаються в кулькових вальницях (підшипниках), металевих або пластмасових втулках. Для щільного закривання краї стулок можуть бути лицьовані (личковані) фетром або неопреном.
Багатостулкові клапани великих площ перерізу складаються з двох або більше пов’язаних між собою секцій з загальним приводом. Останній може бути розміщений назовні або всередині повітропроводу. Стулки можуть обертатися паралельно або назустріч одна одній. Змішувальні клапани утворюються поєднанням двох взаємно зворотніх клапанів.
Одностулкові клапани зазвичай малих розмірів, оскільки вони не забезпечують точного регулювання. Для круглих повітропроводів вони конструкційно подібні до клапана типу “метелик”.
12.6.7. Приводи повітряних клапанів
Вони можуть бути з важільними передачами, нереверсивними, реверсивними або з поворотньою пружиною. Пневмоприводи принципово такі ж як і у водяних клапанів, але мають невеликий хід. Існують пневмоприводи для повітряних регулювальних клапанів які часто називають поршневими (толоковими) або домкратовими. За допомогою пневмоприводів можливе як двопозиційне, так і пропорційне регулювання.
12.7. Регулювання витрат
Успішна робота СВ залежить від відповідної зміни (за допомогою регулювальних приладів, які керуються контролерами) витрат парових, водяних або повітряних потоків. В багатьох СВ не досягнуті бажані результати, оскільки не було приділено достатньо уваги вибору регулювальних приладів. Номограми для визначення розмірів клапанів наведені в роботах [1-3].
12.7.1. Регулювання витрати парового потоку
Розмір автоматичного парового клапана визначається його потрібною максимальною пропускною здатністю, яка виражається формулою
, м3/с (12.1)
де W
– витрата пари, м3/с;
А
– площа перерізу протічного отвору
клапана, м2;
с
– стала для даного типу протічного
перерізу клапана і початкового тиску;
-
відповідно
початковий і кінцевий абсолютні тиски
пари, Па;
– густина пари за початкового тиску
,
кг / м3.
Клапани двопозиційної
дії повинні розрахуватись на пропускання
максимальної витрати парового потоку
за малого перепаду тисків
.
Клапани для
пропорційного регулювання треба ретельно
підбирати, щоб забезпечити стійке
регулювання. Не треба передбачати
надлишкові запаси. Вибір клапана повинен
ґрунтуватись на сприйнятті дійсного
початкового тиску
безпосередньо
перед клапаном. Важливо, щоб цей
тиск весь
час підтримувався сталим в розумних
межах і, якщо потрібно, то за допомогою
редуктора або стабілізатора тиску.
Тепловіддача
парового теплообмінника залежить від
початкового тиску пари
.
Небажані зміни тиску
можна ліквідувати підбиранням клапана,
який підтримує
на максимальному рівні чи поблизу нього,
або на рівні тиску, що відповідає
критичній швидкості пари при відкритому
клапані. На практиці падіння тиску в
клапані приймають рівним 40% (точніше
42%) від абсолютного тиску
,
тобто таким, щоби тиск
все ж таки перевищував атмосферний. За
відомої потрібної пропускної здатності,
відомих заданих
і
клапан
можна підібрати за даними заводів –
виробників.
Часто стабільне регулювання досягається паралельним встановленням двох автоматичних клапанів (особливо біля великих теплообмінників), один з яких розрахований на пропускання 1/3 витрати парового потоку, а другий на інші 2/3. Другий клапан включається в дію тільки після повного відкривання першого клапана.
Для надійного регулювання діаметри парового і конденсувального підведень до теплообмінника повинні бути рівні діаметрам його приєднувальних натрубків. Із теплообмінника треба належним чином відводити конденсант, передбачаючи пристрої для запобігання утворювання пониженого тиску або розрідження в теплообміннику при русі через нього холодного повітряного потоку і закритому клапані. В інакшому випадку конденсант залишається в теплообміннику, що зумовить виникнення гідравлічного удару при повторному відриванні клапана.
Для забезпечення
потрібного передавання теплоти від
теплоносія до повітряного потоку теплову
потужність повітронагрівника треба
розрахувати при дійсному тиску пари
перед теплообмінником, який зазвичай
приблизно рівний
.
Часті помилки виникають тому, що розміри
теплообмінника визначають при початковому
тиску
,
забуваючи, що падіння тиску пари
відбувається при її протіканні через
регулювальний клапан.
12.7.2. Регулювання витрати водного потоку
Перепускна (пропускна) здатність клапана пропорційного регулювання витрати води залежить від перепаду тисків в клапані. Оскільки вода є нестисливою речовиною, тиск на вході не має великого впливу на пропускну здатність клапана. Важливим є відношення перепаду тисків в клапані при відкритому його положенні до загального падіння тиску в трубопровідному колі, а також збільшення перепаду тисків при закритому положенні.
Якщо, наприклад, загальний опір трубопровідного кола = 20 одиниць, в т.ч. 1 одиниця припадає на відкритий клапан, то при закритому клапані падіння тиску в ньому буде 20 одиниць і співвідношення з опором трубопровідного кола буде 20:1. Таке підвищення втрати тиску в клапані буде відбиватися на характеристиці відцентрового насоса. Тому бажано зводити до мінімуму відношення збільшених втрат тиску в закритому клапані до втрат тиску в повністю відкритому клапані. Найбільш доступно цього можна досягнути збільшенням розрахункових втрат тиску у відкритому клапані. Так, при чотирьох одиницях втрат тиску в клапані відношення втрат тиску в трубопровідному колі і клапані буде 20:4, або 5:1, що сильно проявиться на покращенні характеристик клапана. Доцільно приймати втрати тиску в клапані в розмірі мінімум 10% від втрат тиску в трубопровідному колі і відповідно розраховувати тиск насоса. Потрібно враховувати, що тепловіддача до повітряного потоку в теплообміннику, який живиться гарячою водою, в умовах вимушеної конвенції не змінюється пропорційно до витрати води [5]. Внаслідок того, що зростає перепад температур по воді, відповідно за зниження витрати води зменшується тепловіддача теплообмінника.
Для водоповітряних теплообмінників характерні наступні зміни:
|
Витрата водного потоку, % |
100 |
90 |
80 |
70 |
60 |
50 |
40 |
30 |
20 |
10 |
|
Тепловіддача теплообмінника, % |
100 |
98 |
96 |
95 |
93 |
90 |
85 |
75 |
65 |
48 |
Типове падіння температури води при її початковій температури 104 0С таке:
-
Витрата водного потоку, %
100
45
25
15
Перепад температур,0С
11
22
33
44
Характеристики подібного типу спостерігаються в повітроохолодниках, які живляться охолодженою водою. В обох випадках краща дія клапанів забезпечується тоді, коли досягаються більші перепади температур і вибираються клапани практично мінімально можливих розмірів.
Особливу увагу треба приділяти проєктуванню водяних мереж зі змінними витратами, які спричинені роботою клапанів (в більшій мірі дроселювальних ніж змішувальних), оскільки в цих мережах можуть змінюватись тиски і напірно-витратні характеристики насосів. В таких системах бажано передбачати засоби для регулювання тиску. Для цього можна скористатись диференційним контролером, який діє на автоматичний клапан, що перепускає водяний потік зі сторони нагнітання на сторону всмоктування насоса.
12.7.3. Регулювання витрати повітряних потоків в трубопроводах
Раніше було розглянуто, що автоматичні регулювальні клапани для парових потоків доцільно розраховувати на пропускання максимально потрібної витрати за падіння тиску, яким забезпечується добре регулювання. Стосується це і повітряних клапанів [6-8]. Брак потрібної інформації або її неправильне трактування спричиняли до того, що клапани вибирали, у відповідності з розмірами повітропроводів, невиправдано великих розмірів, внаслідок чого вони були неефективними в регулюванні.
Ідеально ефективною характеристикою повітряного клапана є лінійна залежність між відносним переміщенням і відносною витратою. Однак ідеальна характеристика в стандартних клапанах не досягається. Доказано, що для регулювання температури повітряного потоку, наприклад в системах зі змінною витратою притікального повітря, кращі характеристики мають багатостулкові клапани зі стулками зустрічного обертання, а для регулювання температури змішуванням повітряних потоків різних температурних і витратних параметрів за сталої загальної витрати – клапани зі стулками паралельного обертання. Клапани зі стулками паралельного обертання найбільш придатні для регулювання повітряного потоку, який протікає через повітроохолодники (зі спареними фасадним і обвідним клапанами). Однак для об’ктів, на яких важливо підтримувати сталу витрату повітряного потоку, лінійні характеристики клапанів можуть бути досягнуті зміною відношення між переміщенням виконавчого механізму і обертанням втулок.
Виробникам повітряних клапанів відомі графічні залежності між опором системи і швидкістю повітряного потоку в фасадному перерізі клапанів паралельного і зустрічного обертання, які забезпечують досягнення лінійних характеристик. Правила, які придатні для більшості устав СВ такі: в СВ з тиском 250 Па швидкість повітряного потоку у фасадному перерізі клапана повинна бути біля 5 м/с; в СВ з тиском 1 кПа – 10 м/с ; втрати тиску в повністю відкритому клапані – 2,5 Па; в СВ з кількісним регулюванням повітряного потоку опір клапанів зустрічного обертання у відкритому положенні повинен становити 5%. Обвідний клапан біля теплообмінника треба підбирати так, щоб його опір в повністю відкритому положенні був рівний сумі опорів вікритого фасадного клапана і теплообмінника. Якщо великі втрати тиску по трактах обвідного клапана і теплообмінника, то їх також треба враховувати. Правильно підібрані клапани можуть мати площу протічного (живого) перерізу меншу за площу перерізу повітропроводів, де вони встановлюються. При монтажі таких клапанів інколи встановлюють діафрагми, які перекривають частину перерізу повітропроводів.
Належну увагу треба приділяти розміщенню клапанів відносно теплообмінників і іншого устатковання, виключаючи наявність високошвидкісних повітряних потоків при частковому відкриванні клапана, температурне верствування (розшарування) або замерзання калориферів попереднього нагрівання, витікання повітря через нещільності повітропроводів при закритих клапанах або високих тисках в системі.
12.8. Допоміжне устаткОвання систем автоматичного регулювання
12.8.1. Електричне допоміжне устатковання
Допоміжне устатковання (обладнання) виконує наступні функції.
Трансформатори знижують напругу в електричних мережах зазвичай до 24 В.
Електричні реле призначені для захисту, увімкнення, вимкнення і блокування вентиляторів, насосів та іншого технологічного обладнання (наприклад, електричних підігрівників великої потужності, якими неможливо керувати безпосередньо за допомогою контролера).
Потенціометри служать для дистанційного настроювання електронних контролерів, ручного переміщення регулювальних приладів, наприклад модулювальних електродвигунів повітряних клапанів.
Ручні вимикачі призначені для ручного управління або настроювання.
Додаткові вимикачі, які монтуються на клапанах і приводах заслінок, служать для погодження дії окремих елементів устатковання, увімкнення додаткових електричних кіл.
Кроковий контролер вмикає різні ступені електричних повітропідігрівників або вимикає циліндри компресорів холодильних устав.
Реле часу виконує автоматичні вимкнення і увімкнення систем переналагодження (перенастроювання) з режиму на режим.
12.8.2. Пневматичне допоміжне устатковання