Trójdrogowe zawory

Trójdrogowe zawory

regulacyjne

regulacyjne

Wykład 5

Wykład 5

۰ Podstawą do doboru średnicy nominalnej zaworu regulacyjnego

jest obliczenie współczynnika przepływu

Kvs

[m3/h]

gdzie:

V

s

[m3/h] – obliczeniowy strumień

objętości wody,

[bar]– strata ciśnienia na zaworze

regulacyjnym całkowicie otwartym, dla założonej wartości

autorytetu zaworu

a

(kryterium dławienia).

• Minimalny spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym

Δp

Z100min

≥ 0.1 bar

S

100

Z

p

a

1

a

p











Zasady doboru zaworów regulacyjnych

przelotowych -

powtórka

100

Z

S

VS

p

V

K





Zasady doboru zaworów regulacyjnych

Zasady doboru zaworów regulacyjnych

przelotowych -

przelotowych -

powtórka

powtórka

Autorytet zaworów przelotowych (kryterium dławienia zaworu) jest

definiowany jako

• gdzie:

strata ciśnienia na zaworze całkowicie otwartym,

strata ciśnienia w sieci przewodów obwodu regulacji.

Przy stałoprocentowej charakterystyce zaworu jako wielkość

orientacyjną przyjmuje się autorytet zaworu

a = 0,3 do 0,5.

Jest to zakres wartości, dla którego uzyskuje się

dopuszczalny zakres wahań współczynnika wzmocnienia
obiektu regulacji zawór–wymiennik a tym samym dobrą
jakość regulacji.

s

z

z

p

p

p

a











100

100





100

Z

p





s

p

Metoda wymiarowania zaworów na podstawie
kryterium
minimalizacji wahań współczynnika wzmocnienia
obiektu regulacji

- powtórka

- powtórka

Współczynnik wzmocnienia

Współczynnik przenoszenia k

w

• Charakterystyki statyczne: a – zaworu regulacyjnego

(stałoprocentowa), b – wymiennika ciepła, c – wymiennika ciepła wraz
z zaworem regulacyjnym (obiekt regulacji)

h/h

s

m

h

a

m/m

s

Q/Q

s

m

Q

b

h/h

s

h

Q/Q

s

m

Q/Q

s

h

Q

k

s







1

)

/

(

)

/

(

100

100

100









const

h

h

d

Q

Q

d

k

k

k

S

S

W

c

Optymalne wartości współczynnika autorytetu

Optymalne wartości współczynnika autorytetu

zaworu przelotowego wyznaczony metodą

zaworu przelotowego wyznaczony metodą

minimalizacji wahań współczynnika wzmocnienia

minimalizacji wahań współczynnika wzmocnienia

a

v

- współczynnik

autorytetu zaworu,

a- parametr obliczeniowy
wymiennika,

Dla a=0.48 wymiennika z
wykresu można odczytać
optymalny autorytet zaworu
stałoprocentowego a

v

=

0.30 oraz dopuszczalny
maksymalny a

v

= 0.80

Rodzaje wykonań armatury

Rodzaje wykonań armatury

trójdrogowej

trójdrogowej

Zawór

trójdrogowy:

a)

mieszający,

b)

rozdzielający

Charakterystyka zaworów

Charakterystyka zaworów

trójdrogowych

trójdrogowych

Cechą charakterystyczną zaworów trójdrogowych
jest to, że powierzchnia przekroju zmienia się w
gniazdach

(dwa

gniazda)

w

przeciwnych

kierunkach.
Strumienie na drodze A i B są zmienne (od 0 do
100%) a strumień na drodze AB zmienia się w
ograniczonym zakresie (nie więcej niż ± 10%).
Strumień

A

służy

do

regulacji

mocy

(temperatury), wpływa na kształt charakterystyki
obiektu regulacji zawór-wymiennik.

Sposoby montażu zaworów

Sposoby montażu zaworów

trójdrogowych

trójdrogowych

W układzie hydraulicznym z zaworem trójdrogowym można wyróżnić

trzy obiegi:

• część, w której strumień przepływającego czynnika jest stały (jest

to tzw. obieg stałego przepływu - SP),

• obieg zmiennego przepływu zależny od stopnia otwarcia zaworu ZP,
• przewód mieszający o zmiennym przepływie PM.

K

G

Z

P
M

ZP

S
P

Sposoby montażu zaworów trójdrogowych

Sposoby montażu zaworów trójdrogowych

a) zawór mieszający,

b) zawór mieszający pełniący

funkcję zaworu rozdzielającego,

c) zawór rozdzielający

Charakterystyki wewnętrzne zaworów

Charakterystyki wewnętrzne zaworów

trójdrogowych

trójdrogowych

Charakterystyki zaworów

Charakterystyki zaworów

trójdrogowych

trójdrogowych

Wymagania:
•

strumień objętości w obwodzie odbiornika
(przyłącze AB) jest stały:

∆V≤ ± 10%Vs

,

•

charakterystyka przyłącza A umożliwia zmianę
mocy cieplnej instalacji proporcjonalnie do skoku
zaworu (kryterium minimalizacji wahań
współczynnika wzmocnienia obiektu regulacji).

Analiza charakterystyk eksploatacyjnych zaworów

trójdrogowych została opisana w książkach W.
Chmielnickiego i H. Rossa.

Charakterystyki eksploatacyjne zaworów

Charakterystyki eksploatacyjne zaworów

trójdrogowych wg Chmielnickiego

trójdrogowych wg Chmielnickiego

• Charakterystyka

eksploatacyjna

zaworu

trójdrogowego zależy od wartości spadków
ciśnienia w poszczególnych obwodach układu
reg.

K

G

Z

P
M

100

100

100

G

Z

k

or

p

p

p

p















sp

Z

zp

or

p

p

p

p















100

ZP

S
P

Charakterystyki eksploatacyjne zaworów

Charakterystyki eksploatacyjne zaworów

trójdrogowych wg Chmielnickiego

trójdrogowych wg Chmielnickiego

Stopień rozdziału – A

Autorytet zaworu trójdrogowego

UWAGA!

Zamiast

∆p

s

przyjmowanego przy doborze

zaworów

przelotowych)

w przypadku zaworów 3-drogowych

wstawiamy

∆p

zp

zp

z

z

calk

Z

p

p

p

p

p

a

















100

100

100

100

100

Z

k

calk

p

p

p











100

Z

zp

calk

p

p

p











or

zp

or

k

p

p

p

p

A













100

Charakterystyki eksploatacyjne zaworów

Charakterystyki eksploatacyjne zaworów

trójdrogowych wg Chmielnickiego

trójdrogowych wg Chmielnickiego

Charakterystyki
eksploatacyjne
zaworu trójdrogowego
dla stopnia rozdziału ciśnienia
A = 0,21
oraz współczynnikach autorytetu
a = 0,125 (xxxxx),
0,3 (-----) i
0,7 (.....),

Charakterystyki eksploatacyjne zaworów

Charakterystyki eksploatacyjne zaworów

trójdrogowych wg Chmielnickiego

trójdrogowych wg Chmielnickiego

Charakterystyki eksploatacyjne
(robocze) zaworu

trójdrogowego

przy stałym współczynniku
autorytetu a = 0,3
oraz różnych stopniach
rozdziału ciśnienia:
A = 0,07 (xxxxx),
0,21 (-----)
0,49 (.....),

Charakterystyki eksploatacyjne zaworów

Charakterystyki eksploatacyjne zaworów

trójdrogowych wg Chmielnickiego

trójdrogowych wg Chmielnickiego

• Z przedstawionej analizy wynika, że aby

zapewnić minimalne zmiany przepływów w
króćcu AB, opory obiegu o zmiennym przepływie
Δp

zp

powinny być małe w porównaniu do oporów

obiegu o stałym przepływie Δp

sp

i spadku

ciśnienia na zaworze regulacyjnym Δp

Z100

.

• Najkorzystniejszą charakterystykę uzyskano dla

A = 0,07 (xxxxx),

or

zp

or

k

p

p

p

p

A













100

Wnioski

Wnioski

• Deformacja charakterystyki przepływowej na

wypływie z zaworu trójdrogowego (wylot AB) zależy

od stosunku oporu odcinka sieci o zmiennej wartości

strumienia objętości do oporu całej sieci.

• Kierowanie się przy doborze średnicy zaworu

trójdrogowego

jedynie

kryterium

wartości

współczynnika

autorytetu

zaworu

nie

jest

uzasadnione, ponieważ nie uwzględnia on wpływu

tłumienia przez opór odcinka sieci o niezmiennym

strumieniu objętości na deformację charakterystyki

przepływowej na wypływie AB z zaworu

trójdrogowego .

• W praktyce konieczne jest ilościowe określenie

wpływu tłumienia.

Charakterystyki eksploatacyjne zaworów

Charakterystyki eksploatacyjne zaworów

trójdrogowych

trójdrogowych

• W wypadku stosowania zaworów przelotowych deformacja

charakterystyki zależy przede wszystkim od jednego
parametru, a mianowicie autorytetu zaworu a, który zależy z
kolei od doboru średnicy zaworu.

• W wypadku zaworów trójdrogowych taki wpływ mają trzy

parametry, a mianowicie: a (a’), b, c.

zp

Z

Z

calk

Z

p

p

p

p

p

a

















100

100

100

Charakterystyki eksploatacyjne zaworów
trójdrogowych wg H. Rossa

Wyniki badań H. Rossa

K

G

Z

P
M

ZP

S
P

zp

pm

zp

sp

zp

Z

p

p

c

p

p

b

p

p

a



















/

/

/

'

100

Wpływ parametru

Wpływ parametru

a’ i b (c=1)

a’ i b (c=1)

na strumień na

na strumień na

wypływie z króćca AB (V/V

wypływie z króćca AB (V/V

100

100

) wg H. Rosa

) wg H. Rosa

Wnioski z badań H. Rosa

Wnioski z badań H. Rosa

• Wymagany autorytet zaworu

a

ma znaczącą

wartość tylko przy małym tłumieniu przez
odcinek sieci o stałym strumieniu objętości (małe
wartości

b<3

).

• W wypadku wartości parametru

b > 3

wpływ

średnicy zaworu trójdrogowego

(a tym samym

autorytetu a)

na zmianę charakterystyki w króćcu

AB zaworu jest w zasadzie bez znaczenia.

• Z reguły instalacje ogrzewania są projektowane w

taki sposób, żeby stosunek

b > 3

.

Zasady doboru zaworów trójdrogowych

Zasady doboru zaworów trójdrogowych

Z badań H. Rosa można wyciągnąć następujące wnioski:

• równoważenie połączonych równolegle odcinków o zmiennym

strumieniu objętości (ZP i PM - parametr c=1) jest celowe tylko

przy wartościach parametru b < 3,

• współczynnik autorytetu a ma istotny wpływ przy doborze

zaworu dla b < 3. Jeżeli za punkt wyjścia przyjęto

dopuszczalne zwiększenie sumarycznego strumienia objętości

(V/V100 = 1,1) to przy b < 3 współczynnik autorytetu należy

przyjmować a=0.5,

• przy wartościach parametru b ≥ 3 zmiana sumarycznego

strumienia objętości jest tak niewielka i w tak małym stopniu

zależna od kryterium dławienia a, że deformacja podstawowych

charakterystyk zaworu nie może być miarodajna przy doborze

zaworu. W takich sytuacjach trzeba przyjąć inne kryterium, np.

kryterium minimalizacji wahań współczynnika wzmocnienia

kz=const ≈ 1 dla obiektu zawór + wymiennik ciepła i wówczas

wystarczy a=0.3÷0.5.

Dobór zaworu mieszającego w układach z

Dobór zaworu mieszającego w układach z

wtryskiem

wtryskiem

d

c

s

b

a

s

Z

p

p

p















100

e

a

s

d

c

s

b

a

s

p

p

p

















1. Podstawą do doboru średnicy nominalnej zaworu

regulacyjnego jest obliczenie współczynnika przepływu Kvs

[m3/h]

gdzie:

V[m3/h] – obliczeniowy strumień objętości wody,
Δp

z100

[bar] – strata ciśnienia na zaworze regulacyjnym

całkowicie otwartym, obliczana dla założonej wartości
autorytetu zaworu a

gdzie:
∆p

zp -

strata ciśnienia w obiegu zmiennoprzepływowym ZP.

zp

Z

p

a

a

p











1

100

Zasady doboru zaworów regulacyjnych

trójdrogowych – tok obliczeń

100

Z

S

VS

p

V

K





Tok obliczeń

Tok obliczeń

K

G

Z

P
M

ZP

S
P

zp

pm

zp

sp

p

p

c

p

p

b













/

/

2. Określamy obwody stało- i zmiennoprzepływowe a
następnie obliczamy wartości parametrów b i c

Tok obliczeń

Tok obliczeń

3. Kierując się wynikami badań H. Roosa w zależności

od wartości parametru b przyjmujemy wartość
współczynnika autorytetu a:

• przy b < 3 współczynnik autorytetu należy

przyjmować a ≥ 0.5 i równoważymy hydraulicznie
połączone

równolegle

odcinki

o

zmiennym

strumieniu objętości tak aby c=1 (wstawiamy w
przewód

mieszający

zawór

do

ręcznego

nastawiania),

• przy wartościach parametru b ≥ 3 przyjmujemy

a=0.3÷0.5.

Tok obliczeń

Tok obliczeń

• Wg większości pozycji literaturowych przy doborze trójdrogowych

zaworów regulacyjnych należy przyjmować

a ≥ 0.5

i

równoważyć hydraulicznie połączone równolegle odcinki o zmiennym
strumieniu objętości. Zastosowanie tych zaleceń nie jest błędem
gdyż zapewnia dobrą jakość regulacji niezależnie od wartości
kryterium tłumienia b. Ich wadą może być niska efektywność
energetyczna układu – wysokie koszty pompowania.

• Minimalny spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym jako Δp ≥ 0.1

bar, wg. literatury niemieckiej nawet

Δp

Z100min

≥ 0.03 do 0.05

bar.

4. Po obliczeniu współczynnika przepływu K

VS

z katalogu zaworów

dobieramy średnicę zaworu o wartości K

VS

najbliższej mniejszej (jeżeli

pozwala na to ∆p

d

) od wyliczonej.

Przy małych wartościach

Δp

Z100

= Δp

zp

(a=0.5) ustalając K

VS

kierujemy się średnicą przewodów przyłączanych do zaworu.

5. Sprawdzamy rzeczywistą wartość

∆p

Z100

oraz a rzeczywiste.

Dziękuję za uwagę !

Dziękuję za uwagę !