Реферат - Выбор трубопроводной арматуры
Подождите немного. Документ загружается.
Для удобства анализа, оценки и расчетов пропускные и расходные характеристики могут выражаться в
относительных (безразмерных) величинах.
При этом _ — относительный расход среды, изменяющийся от 0 до — относительный ход
плунжера, изменяющийся от 0 до 1.
Таким образом, " — пропускная характеристика клапана в относительных величинах, а ) — в
абсолютных. Использование пропускных характеристик в безразмерном виде удобно для общей оценки различных по
размерам клапанов.
При малых значениях пропускная способность может не соответствовать пропускной характеристике.
Отношение условного значения пропускной способности клапана к наименьшей в пределах пропускной
характеристики представляет собой диапазон изменения пропускной характеристики Д, который в серийных
двухседельных клапанах при линейной характеристике равен 7,5, а при равнопроцентной — 24.
На рис. IV.2 изображены линейная и равнопроцентная пропускные характеристики. Эти зависимости действительны
при постоянном перепаде давлений на клапане, т. е. в условиях, когда перепад давлений на клапане не зависит от
расхода среды, а в регулируемой системе все остальные гидравлические сопротивления по сравнению с
гидравлическим сопротивлением клапана пренебрежимо малы. В таких условиях расходная характеристика клапана
совпадает с его пропускной характеристикой.
В реальных условиях эксплуатации трубопроводных систем перепад давлений на регулирующем клапане не
остается постоянным, а изменяется в зависимости от гидравлических характеристик насосной установки,
составляющих элементов трубопроводной системы, расхода среды потребителями, свойств перемещаемой среды, ее
вязкости, гидравлического режима движения, способности вскипания в связи с понижением давления и некоторых
других факторов.
Расчетный участок трубопровода (системы) с давлением в начале и в конце участка можно представить как
состоящий из линии, включающей трубопровод и технологические аппараты, в которой потери давления составляют Д
?т, и регулирующего клапана, в котором [потери давления составляют Таким образом, где —
суммарные потери давления в трубопроводе с установленным регулирующим клапаном.
Поскольку разность давлений равна сумме потерь давлений на участке, то согласно рис. IV. 3
Где — гидростатический напор, создаваемый столбом жидкости высотой Z. Если принять гидравлическое
сопротивление расчетного участка трубопровода (линии) без регулирующего клапана постоянным, то с увеличением
расхода среды в регулируемой системе, т. е. с подъемом плунжера клапана и увеличением , снижаются его
гидравлическое сопротивление и перепад давлений на клапане. В то же время в связи с увеличением расхода
увеличивается перепад давлений на линии. Поэтому
Следовательно, с изменением расхода в системе изменяется отношение С увеличением расхода в системе
перепад давлений на клапане составляет все меньшую долю всего перепада давлений в системе.
11
В этих условиях расход среды через систему изменяется не в соответствии с пропускной характеристикой клапана,
а имеет отличный от нее характер, т. е. расходная характеристика клапана не совпадает с его пропускной
характеристикой. По существу расходная характеристика клапана определяет собой расходную характеристику
системы (с установленным на ней регулирующим клапаном), выражающую зависимость пропускной способности
системы от подъема плунжера клапана.
Характер и величина различий между пропускной и расходной характеристиками определяются в зависимости от
отношения
На рис. IV. 4 приведены расходные характеристики клапанов с линейной и равнопроцентной пропускными
характеристиками при различных значениях п. Графики показывают, что с увеличением п расходные характеристики
все больше отличаются от пропускных.
При линейной пропускной характеристике (рис. IV.4, а) расход среды при относительном подъеме плунжера
клапана (ходе клапана), равном, например, 0,4 (т. е. при ), соответствует г. При расход среды при
том же подъеме клапана составит примерно 0,62 fyy» т- е. в 1,5 раза больше. Если п = 6, то расход среды при
относительном подъеме плунжера клапана, равном 0,4, составит, т. е. будет уже в 2,26 раза больше. Таким образом, в
последнем случае несмотря на линейную пропускную характеристику клапана расход среды при подъеме
клапана на 40% от его полного хода составит 95% наибольшего расхода, а за остальную, большую часть хода (60% от
полного), расход среды увеличится лишь на 5%. При равнопроцентной пропускной характеристике (рис. IV. 4, б), если
п = 6, подъем клапана на 40% от его хода обеспечивает
Рис. IV.4. Расходные характеристики регулирующих клапанов при различных значениях п: а-клапаны с линейной
пропускной характеристикой; б — клапаны с равнопроцентной пропускной характеристикой расход в 25% от полного,
при подъеме на 60% — 67%, при подъеме на 80% — 97%, т. е. в этом случае расходная характеристика значительно
ближе к линейной.
Учитывая приведенные данные, можно отметить, что для получения линейной расходной характеристики, которая
желательна в подавляющем большинстве случаев эксплуатации систем, при малых значениях п, т, е. при п - 1,5,
целесообразно применять регулирующие клапаны с линейной пропускной характеристикой, а при больших значениях
(п 3) — с равнопроцентной пропускной характеристикой. При l,5<Jtt<;3 пропускная характеристика выбирается с
учетом конкретных условий эксплуатации регулирующего клапана. В процессе эксплуатации регулирующий клапан
обычно работает в условиях, когда используется определенный участок хода плунжера. Задаваясь величиной! Этого
участка ( ) и требуемыми значениями коэффициента пропускной способности, с помощью графика на рис. IV.5
выбирают кривую, удовлетворяющую этим требованиям, и по ней находят требуемое значение (в м3 ч) для
клапана.
L
Рис. IV.5. Коэффициенты пропускной способности регулирующего клапана с линейной (а) и равнопроцентной (б)
пропускной характеристикой
Последнее определяет собой и необходимое значение (мм). Некоторые значения и соответствующие им L
приведены выше (в таблицах).
7. Выбор размера регулирующего клапана
При выборе регулирующего клапана желательно обеспечить близкое совпадение требуемого и действительного
значений (с учетом необходимого запаса). При значении меньшем, чем требуется, не будет обеспечен максимальный
расход среды через систему, при большем значении регулирующий клапан будет работать в более узком интервале
значений S, что ухудшает его эксплуатационные показатели: увеличивается погрешность регулирования, усиливается
износ седла и плунжера в связи с работой на узких щелях и т. д. Поскольку ограниченная номенклатура выпускаемых
регулирующих клапанов используется в разнообразных условиях эксплуатации, во многих случаях работа
регулирующего клапана протекает в пределах части полного хода плунжера, определяемого рабочими значениями
Lи при соответствующих им рабочих значениях хода плунжера ~ и определяемых по расходной
12
характеристике. Значения и л определяют собой рабочий участок пропускной характеристики
клапана, аи L— рабочий участок хода плунжера. Это можно выразить и в относительных величинах: рабочий
участок пропускной характеристики; — рабочий участок хода плунжера.
В конечном итоге выбор регулирующего клапана из числа серийно выпускаемых по его гидравлическим параметрам
сводится к выбору вида пропускной характеристики (линейная или равнопроцентная) и его условного диаметра
прохода Dy в мм. Методика выбора регулирующих клапанов и заслонок приведена в ГОСТ 16443 — 70. Условный
диаметр прохода регулирующего клапана определяется по требуемой величине , которая находится из условия
Lгде — наибольшее рабочее (требуемое расчетное) значение Lпри полном подъеме плунжера.
Коэффициент запаса 1,2 принимается с учетом возможных отклонений в пределах ± 8%, а также с целью
обеспечить возможность регулирования при значениях не только в сторону уменьшения расхода, но и на
некоторую величину в сторону его увеличения. Необходимость иметь запас диктуется и тем, что в процессе
эксплуатации системы возможны колебания расхода среды, давления, температуры, вязкости, а также явления
кристаллизации и намораживания солей и т. д. Поскольку для обеспечения достаточно высокого качества
регулирования величину регулирующего клапана следует выбирать возможно ближе к расчетной, по расчетному
значению с учетом данных каталогов выбирается регулирующий клапан с ближайшим большим значением ,
Значения некоторых серийно выпускаемых регулирующих клапанов приведены выше.
Для определения расчетных значений могут быть использованы следующие формулы.
1. Рабочая среда — невязкая жидкость. Вязкость не выше 20 С, перепад давлений не ниже 0,3 кгс см2:
L>
где — максимальный объемный расход жидкости, м3 ч; — максимальный массовый расход жидкости, кг ч; —
плотность жидкости, г см3. Если рабочей средой является вязкая жидкость, то
Lj где — поправочный коэффициент, учитывающий влияние вязкости.
Значение определяется следующим образом. Предварительно выбирают размер регулирующего клапана и для
него определяют число Рейнольдса Re по формулам:
где — коэффициент кинематической вязкости жидкости при температуре , см2 с ( — температура жидкости
до регулирующего клапана, °С); — коэффициент динамической вязкости жидкости при температуре , кгс-с м2; —
условный диаметр прохода клапана, мм.
Если полученное значение Re меньше или равно 2000, то величина я ) может быть определена с помощью графика
на рис. IV.6.
Выбор считается законченным, если выдержано условие
где " — коэффициент пропускной способности поедваоительно выоранного клапана. Если , то
по значению выбирают клапан
с ближайшим большим значением и затем снова определяют
После выбора размера регулирующего клапана, работающего на жидкости, производится проверка его на
возможность возникновения кавитации. Перепад
давлений, при котором возникает кавитация, определяется по формуле
где — коэффициент кавитации (рис. IV.7); — абсолютное давление насыщенных паров жидкости при , кгс
см2.
Коэффициент кавитации Lопределяется по рис. IV.7 в зависимости от типа клапана, направления потока и
коэффициента сопротивления регулирующего клапана L, где — площадь сечения прохода по , см2.
13
Выбранный регулирующий клапан может быть использован, если выдержано условие, в противном случае
производится перерасчет. Определяется максимальный перепад давлений , при котором
прекращается прирост расхода в условиях кавитации или испарения жидкости при дросселировании:
, где — коэффициент кавитации , соответствующий максимальному расходу; г —
поправочный коэффициент, учитывающий свойства среды. При отсутствии необходимых данных принимается г — 1.
По полученному значению определяется пропускная способность Lрегулирующего клапана.
2. Рабочая среда — газ. При докритическом перепаде давлений на регулирующем клапане L
используются формулы:
При критическом перепаде давлений на регулирующем клапане используются формулы:
Выше приняты следующие обозначения: L— наибольший объемный расход газа (приведенный к условиям
— Lнаибольший массовый расход газа, кг ч; рг — абсолютное давление среды до
регулирующего клапана при максимальном расходе, кгс см2; — абсолютное давление среды после регулирующего
клапана при максимальном расходе, кгс см2; — минимальный перепад давлений на регулирующем клапане (при
максимальном расходе), кгс см2; — плотность газа (приведенная к условиям
— абсолютная температура газа до регулирующего клапана, — коэффициент, учитывающий отклонение данного газа
от идеального.
3. Рабочая среда — перегретый или сухой насыщенный водяной пар. При докритическом перепаде давлений на
регулирующем клапане используется формула
при критическом перепаде давлений на регулирующем клапане используется формула
где — наибольший массовый расход пара, кг ч; — удельный объем пара при температуре и давлении рл,
м3 кг; L— удельный объем пара при температуре и давлении , м3 кг.
Пропускная характеристика должна быть выбрана так, чтобы в эксплуатационных условиях создавалась требуемая
расходная характеристика. Таким образом, пропускная характеристика выбирается с учетом целей регулирования,
эксплуатационных свойств транспортируемой среды, ее агрегатного состояния (жидкость, газ, пар) и гидравлических
параметров составляющих элементов расчетного участка трубопровода.
При развитом турбулентном течении жидкости и постоянной величине потери давления в расчетном участке
трубопровода _ пропускная характеристика регулирующего клапана может выбираться в соответствии с данными
ГОСТ 16443 — 70.
14