ГОСТ 16443-70. Устройства исполнительные. Методы расчета пропускной способности, выбора условного прохода и пропускной характеристики

Подождите немного. Документ загружается.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ

Пропускная способность — основной параметр аттестации регулирующего клапана с точки зрения его

гидравлических свойств.

В соответствии с ГОСТ14691-69 пропускная способность ( ) определяется как расход несжимаемой

жидкости в (м

/ч) с плотностью, равной 1000 кг/м

, проходящей через регулирующий клапан при перепаде

давления на нем в 1 кгс/см

В системе единиц Великобритании и США пропускная способность регулирующего клапана

обозначается и определяется как расход воды (в американских талл/мин) при. 60° Ф (15,6° С), которая,

протекает через регулирующий клапан при перепаде давления на нем, равном одному фунту на квадратный

дюйм.

Пропускные способности и выражаются условно в единицах расхода (м

/ч и галл./мин,

соответственно).

Переход от к и обратно осуществляется по соотношениям:

В последнее время в материалах Международной электротехнической комиссии введено ещё одно

обозначение и определение для пропускной способности регулирующего клапана — . Величина имеет

размерность м

и определяется как пропускная способность при заданном положении затвора регулирующего

клапана и при стандартизованных условиях испытания. Численное значение величины (м

) рассчитывается

по формуле:

где, - расход жидкости м

/с;

- перепад давления на клапане

Приводимые; в литературе формулы для определения , и справедливы только для

установившегося турбулентного течения жидкости с числом Рейнольдеа не менее 10

—10

. При

меньших числах Рейнольдса в формулу для определения пропускной способности необходимо вводить

корректирующий коэффициент, определяемый режимом течения жидкости и конструкцией

регулирующего клапана.

Интересный подход к определению и аттестации гидравлических .свойств регулирующих клапанов

предложил В. Г. Патрикеев. Им введены два новых параметра аттестации — модуль турбулентности (см

определяющий гидравлические свойства регулирующего клапана при турбулентном режиме течения

несжимаемой жидкости, и модуль вязкости (см

), определяющий гидравлические свойства .регулирующего

клапана при нетурбулентном режиме течения и связанный с модулем турбулентности функцией, определяе-

мой геометрическими параметрами конструкции клапана. Сочетание этих двух параметров (модуля

турбулентности и модуля вязкости) полностью характеризует гидравлические свойства регулирующего

клапана; при бескризисном режиме течения жидкости.

Применение этих параметров существенно изменяет методику выбора регулирующих клапанов при

нетурбулентном течении, позволяя отказаться от поправочных коэффициентов на вязкость, и означает, по

существу, переход от методов сугубо эмпирических к методам более строгим и научно обоснованным. Однако

до тех пор, пока не будет накоплен материал, позволяющий обобщить данные, получаемые при испытаний

каждого типоразмера клапана, модуль вязкости не может служить параметром аттестации и применение его

для выбора клапанов в широких масштабах является, по-видимому, делам будущего.

Коэффициенты кавитации и критического расхода.

Практика применения регулирующих клапанов показала недостаточность их аттестации только по

пропускной способности. Клапан представляет собой гидравлическое сопротивление, в котором поток

претерпевает местное; сужение с последующим расширением. В связи с этим давление на выходе регулирую-

щего органа оказывается выше, чем давление, достигаемое в наиболее узком сечении потока. Измеренный

обычными методами, перепад давлений на регулирующем органе (РО) будет меньше действительного

перепада на величину давления, восстановленного при переходе среды от наиболее сжатого сечения к

выходному патрубку. Это явление получило название эффекта восстановления давления. Хотя, этот эффект

широко известен, применительно к регулирующим клапанам он начал рассматриваться недавно, в связи с

повышением потребности использовать регулирующие клапаны при высоких перепадах давлений. Если при

прохождении среды через РО давление в наиболее узком сечении падает ниже некоторого критического

значения, в потоке происходят качественные изменения, искажающие предполагаемую гидравлическую

характеристику РО.

В капельных жидкостях при достижении в наиболее узком сечении давления, близкого к давлению

насыщенных паров, возникает кавитация — образование областей (каверн), заполненных парами или газами,

выделившимися из жидкости. В сжимаемых средах критическая величина перепада давлений связана с

достижением в узком сечении местной скорости звука, вследствие чего дальнейшее увеличение перепада не

дает ожидаемого возрастания расхода. Таким образом, знание действительного перепада давлений на клапане

необходимо для определения возможных искажений гидравлических характеристик и для рационального

выбора конструкции регулирующего органа.

Особенно неблагоприятно оказывается на работе регулирующего клапана кавитация. Образующееся в

зоне пониженного давления каверны растут, двигаются вместе с жидкостью, а затем захлопываются в области

повышенного давления, создавая гидравлический удар. Пульсирующие ударные давления создают шум,

вызывают резкий рост гидравлического сопротивления и вибрацию; происходит эрозионное разрушение

материала соприкасающихся с кавитирующей жидкостью поверхностей.

Степень влияния кавитации на гидравлические характеристики клапана зависит от стадии развития

кавитации геометрических очертаний РО. Различают три стадий кавитации. Первая соответствует появлению

отдельных

пузырьков в потоке; вторая определяется началом изменения гидравлических характеристик РО —

пропускной способности и коэффициента сопротивления, а третья —

по прекращению прироста расхода при

увеличении перепада давления или роста уровня звукового давления.

Кавитационные свойства регулирующих клапана характеризуются безразмерными параметрами,

наиболее употребительными из которых являются число кавитации, коэффициент начала кавитации и

коэффициент кавитации.

Число кавитации потока ᴂ выражает отношение разности давления набегающего потока и давления

внутри каверны силам инерции потока Когда давление в наиболее узком сечении клапана

становится равным , возникает кавитация. Это число кавитации называют критическим . Чем меньше

критическое число кавитации регулирующего клапана, тем шире зона его бескавитационной работы и по

давлению на входе, и перепаду давлении на нем. Коэффициенты кавитации и характеризуют

кавитационные свойства РО на второй и третьей стадиях развития кавитации. Коэффициент не совсем

точно названный коэффициентом начала кавитации, соответствует моменту, когда зависимость расхода от

перепада давлений начинает отклоняться от квадратичного закона. Численно коэффициент начала кавитации

представляет собой отношение перепада давлений, при котором начинается указанное отклонение, к разности

давления набегающего потока и давления, насыщенных паров жидкости р

при температуре дросселирования

(практически при температуре на входе). Коэффициент кавитации соответствует развитой стадии

кавитации и характеризует перепад давлений, при котором расход достигает своего критического

(предельного) значения. Величина определяется аналогично но в числитель формулы подставляется

величина перепада давлений, при котором прекращается прирост расхода.

Использование при определении коэффициентов кавитации давления насыщенных паров вместо

давления кавитации оправдывается тем, что их значения достаточно близки, а точное измерение давления

в кавитационной зоне затруднено.

В последнее десятилетие коэффициенты К

и К

приводятся в большинстве зарубежных каталогов по

регулирующим клапанам. Принятию коэффициентов кавитации в качестве кавитационных параметров

клапана способствовала и простота их определения на гидравлическом стенде по сравнению с методом

определения числа кавитации , требующим, во-первых, измерения давления в кавитационной зоне, во-

вторых, знания коэффициента гидравлического сопротивления испытуемого устройства. Число кавитации

связано с коэффициентом начала кавитации соотношением

где — суммарный коэффициент сопротивления от входа регулирующего органа до его сжатого

сечения.

При выборе размера клапана для регулирования потока газа применение формул, не учитывающих

эффекта восстановления давления, может привести к завышению расчетных величин пропускной спрсобности

более чем в 2 раза. В 1963 г. Гансом Бауманном (США) предложен коэффициент критического расхода ,

определяемый посредством газовых испытаний.

Коэффициент критического расхода представляет собой корень квадратный из отношения перепада

давления на регулирующем клапане к перепаду давления между его входом и наиболее узким сечением между

затвором и седлом. Позднее

испытания на воде показали точное совпадение значений коэффициента

кавитации К

, с полученными в результате испытаний на воздухе значениями возведенными в квадрат.

В настоящее время стандартом МЭК 534-2 установлен единый коэффициент восстановления давления

определяемый в процессе гидравлических испытаний и связанный с введенными ранее коэффициентами

соотношениями .

Указанные коэффициенты, определяемые при стандартизованных условиях, приводятся в зарубежных

каталогах и специальной литературе наряду с пропускной способностью. В ближайшем будущем они должны

стать параметрами аттестации отечественных регулирующих клапанов.

Усредненные значения коэффициентов для некоторых конструкций регулирующих

клапанов приведены в табл. 1. Значения коэффициентов даны для полнопроходных конструктивных

исполнений клапанов (100%-ная пропускная способность) при полностью открытом положении. Чем меньше

значения коэффициентов, тем больше степень восстановления давления клапана и тем меньше диапазон его

бескавитационной работы.

Тип Корпус Направление потока Коэффициенты

регулирующего

клапана

Малый расход - - 0,55 0,65 0,85

Двхседельный - - 0,5 0,65 0,9

Односедальные Проходные На затвор 0,45 0,6 0,8

Под затвор 0,9 0,9 0,9

Угловые На затвор 0,45 0,6 0,85

Под затвор 0,9 0,9 0,95

С расширенным выходом 0,3 0,35 0,55

Шаровой - - 0,3 0,38 0,5

Заклоночный (для

угла поворота

диска 60°)

С плоским диском - 0,35 0,55 0,65

С профильным диском -

0,47 0,6 0,75

1. Исходные данные для расчёта.

Абсолютное давление среды при максимальном расходе, кгс/ :

до исполнительного устройства

после исполнительного устройства

Абсолютное давление в трубопроводе, кгс/ :

в начале расчётного участка

в конце расчётного участка

Коэффициенты сопротивления трения прямых участков трубопровода:

до исполнительного устройства

после исполнительного устройства

Коэффициенты местных сопротивлений трубопровода:

до исполнительного устройства

после исполнительного устройства

Разность уровней верхней и нижней отметок трубопровода, мм Z

Температура тока среды до исполнительного устройства:

жидкости,

газа,

Абсолютное давление насыщенных паров жидкости при , кгс/

Удельный вес (объёмный вес):

жидкости газа, гс/

газа (приведённый к условиям P=1.033 кгс/ и t= ), кгс/

газа в рабочих условиях при и , гс

Удельный объём пара при температуре , /кгс:

при давлении

Коэффициент вязкости при :

кинематический, /сек

динамический, кгс*сек/

Максимальный расход среды:

объёмный для жидкости, /ч

объёмный для газа (приведённый к условиям P=1.033 кгс/ , t= ),

весовой, кгс/ч

Минимальный расход среды:

объёмный для жидкости,

объёмный для газа (приведённый к условиям P=1.033 кгс/ и t= )

весовой, кгс/ч

Рабочая расходная характеристика исполнительного устройства линейная или равнопроцентная

Допускаемое отклонение коэффициента передачи (усиления) исполнительного устройства от

коэффициента передачи, соответствующего заданной рабочей расходной характеристики

Схема трубопровода с исполнительным устройством в соответствии с чертежом.

2. Определение потерь давления при максимальном расходе среды.

2.1. Потери давления в трубопроводе и технологических аппаратах в кгс/ определяют:

а) методом гидравлических расчётов по формуле

= + , (1)

где - потери давления в прямых участках трубопровода, кгс/ ;

- потери дасления в местных сопротивлениях трубопровода и технологических аппаратах, кгс/ ;

б)методом непосредственных измерений по формуле

=( )+( ) , (2)

где определяют на расстоянии (2 0,5) до места установки исполнительного устройства ( - условный

проход исполнительного устройства), а -на расстоянии (10 1) после исполнительного устройства.

Примечание. Величину принимают со знаком плюс, если источник напора расположен на верхней отметке

трубопровода, и минус, если источник напора расположен на нижней отметке. Для газа и пара величиной можно

пренебречь.

2.2. Потери (перепад) давления в исполнительном устройстве в кгс/ определяют по формуле

= (3)

где, суммарные потери давления на расчётном участке трубопровода, кгс/ ,

3. Расчёт пропускной способности и выбор условного прохода исполнительного устройства для потока

жидкости.

3.1. Определяют максимальную расчётную пропускную способность по одной из формул

(4)

или

(5)

3.2. Предварительно выбирают из каталогов исполнительное устройство соответствующего типа с

условной пропускной способностью рассчитанной по формуле

(6)

где коэффициент запаса, принимаемый не менее 1,2.

3.3. Определяют значение пропускной способности с учётом влияния вязкости жидкости по

формуле

(7)

где коэффициент, учитывающий влияние вязкости жидкости.

Метод определения приведён в рекомендуемом приложении 1.

Если предварительно выбранного исполнительного устройства, выбор считают

законченным. Если , то по полученному значению выбирают исполнительное устройство

соответствующего типа с ближайшим большим значением и вновь определяют .

3.4. Проверяют исполнительное устройство на возможность возникновения кавитации следующим

образом:

Определяют перепад давления, при котором возникает кавитация , в кгс/ по формуле

, (8)

где коэффициент кавитации.

Если перепад давлений в исполнительном устройстве , то принимают исполнительное

устройство с условной пропускной способностью , определённой по п. 3.2. Если , то

определяют максимальный перепад давлений , при котором прекращается прирост расхода в

условиях кавитации или испарения жидкости при дросселировании, по формуле

(9)

где - коэффициент кавитации, соответствующий предельному расходу;

r – поправочный коэффициент, учитывающий свойства среды.

При отсутствии экспериментальных данных r принимают равным 1.

Методы определения и приведены в рекомендуемом приложении 2. По полученному

значению определяют пропускную способность исполнительного устройства в соответствии с пп.3.1

и 3.2.

4. Расчёт пропускной способности и выбора условного прохода исполнительного устройства для потока

газа

4.1. Определяют максимальную расчётную пропускную способность одним из двух вариантов:

первый вариант

а) для докритического режима течения, когда , по формуле

(10)

или

(10а)

где - коэффициент, учитывающий отклонение данного газа от законов идеального газа;

– критический перепад давления, принимаемый равным , если для рассматриваемого

исполнительного устройства неизвестна более точная зависимость для определения этой величины;

б) для критического режима течения, когда , по формуле

(11)

или

(11а)

Допускается в формулы (10), (10а), (11) и (11а) вводить дополнительные поправочные коэффициенты,

учитывающие особенности конструкции и применения исполнительных устройств;

второй вариант

(12)

где B – коэффициент, ределяемый по таблице в зависимости от показателя адиабаты и коэффициента

4.2. Выбирают исполнительное устройство в соответствии с п. 3.2.

β=P2/P1

Коэффициент B при значении показателя адибаты χ

1,000 1,135 1,240 1,300 1,400 1,660 2,000 2,500 3,000 4,000 6,000 10,000

0,00 0,249 0,449 0,464 0,472 0,484 0,513 0,544 0,582 0,612 0,659 0,721 0,789

0,04 0,438 0,459 0,474 0,482 0,494 0,524 0,556 0,594 0,625 0,673 0,736 0,806

0,08 0,447 0,469 0,484 0,492 0,505 0,535 0,568 0,607 0,639 0,687 0,752 0,823

0,12 0,457 0,479 0,495 0,503 0,516 0,547 0,580 0,620 0,653 0,702 0,768 0,841

0,16 0,468 0,490 0,506 0,515 0,528 0,559 0,594 0,635 0,668 0,719 0,786 0,861

0,20 0,479 0,502 0,519 0,527 0,541 0,573 0,609 0,651 0,685 0,737 0,806 0,878

0,24 0,492 0,515 0,532 0,541 0,555 0,588 0,624 0,668 0,702 0,756 0,826 0,891

0,28 0,505 0,529 0,546 0,556 0,570 0,604 0,641 0,686 0,721 0,776 0,844 0,903

0,32 0,520 0,545 0,563 0,572 0,587 0,622 0,660 0,706 0,743 0,798 0,860 0,913

0,36 0,536 0,562 0,580 0,590 0,605 0,641 0,680 0,728 0,765 0,818 0,874 0,922

0,40 0,553 0,580 0,598 0,609 0,625 0,662 0,702 0,751 0,788 0,836 0,887 0,931

0,44 0,573 0,600 0,620 0,630 0,647 0,685 0,727 0,775 0,808 0,852 0,899 0,938

0,48 0,594 0,622 0,643 0,654 0,671 0,711 0,753 0,797 0,827 0,867 0,909 0,944

0,50 0,606 0,635 0,656 0,667 0,685 0,725 0,765 0,807 0,836 0,874 0,914 0,947

0,52 0,619 0,648 0,669 0,681 0,699 0,739 0,777 0,817 0,845 0,881 0,919 0,950

0,54 0,632 0,662 0,684 0,696 0,714 0,752 0,789 0,827 0,854 0,888 0,924 0,953

0,56 0,646 0,677 0,699 0,711 0,729 0,765 0,800 0,837 0,862 0,894 0,928 0,956

0,58 0,662 0,693 0,715 0,726 0,743 0,778 0,811 0,846 0,870 0,900 0,932 0,959

0,60 0,678 0,710 0,730 0,741 0,757 0,790 0,822 0,855 0,878 0,906 0,936 0,962

0,62 0,695 0,726 0,745 0,756 0,771 0,802 0,833 0,864 0,886 0,912 0,940 0,965

0,64 0,712 0,742 0,760 0,770 0,785 0,814 0,843 0,873 0,893 0,918 0,944 0,967

0,66 0,729 0,758 0,775 0,784 0,798 0,826 0,853 0,881 0,900 0,924 0,948 0,969

0,68 0,748 0,773 0,790 0,798 0,811 0,838 0,863 0,889 0,907 0,929 0,952 0,971

0,72 0,780 0,803 0,818 0,826 0,837 0,860 0,883 0,905 0,920 0,939 0,959 0,975

0,76 0,812 0,833 0,846 0,852 0,862 0,882 0,901 0,920 0,933 0,949 0,966 0,979

0,80 0,845 0,862 0,873 0,878 0,886 0,903 0,919 0,935 0,945 0,959 0,972 0,983

0,84 0,877 0,891 0,899 0,904 0,910 0,924 0,936 0,949 0,957 0,968 0,978 0,987

0,88 0,908 0,919 0,925 0,929 0,933 0,944 0,953 0,962 0,968 0,976 0,984 0,991

0,92 0,939 0,946 0,951 0,953 0,956 0,963 0,969 0,975 0,979 0,984 0,990 0,994

0,96 0,970 0,973 0,976 0,977 0,978 0,982 0,985 0,988 0,990 0,992 0,995 0,997

1,00 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000