Линейная характеристика

Линейную рабочую расходную характеристику имеют регулирующие клапаны, представленные на рис. 6.7. В верхнем ряду показаны автоматические регулирующие клапаны, в нижнем – ручные. Зачастую в качестве двухходовых клапанов применяют трехходовые клапаны с заглушенным перпендикулярным проходом. В зависимости от типа клапана его проход может быть перекрыт в процессе формирования корпуса клапана, либо заглушкой. Расходную характеристику таких клапанов определяют по прямому проходу (подробнее см. в п. 6.1.4). Линейную рабочую характеристику могут иметь также комбинированные клапаны, например, – AB-QM [5].

Отличительной особенностью клапанов больших диаметров MSV-F2 (dу = 200…300) является то, что для обеспечения стабильности их работы затвор выполнен полым с прямоугольными окнами.
В реальных условиях при выборе клапана без учета авторитета форма его расходной характеристики отличается от предоставленной производителем. Так, если затвор регулирующего клапана установлен в положение Ah/h100 = 0,6, то изменение расхода при а+ = 0,3 составляет 100(0,8 — 0,6)/0,6 = 33 % (см. линии из точек на рис. 6.8). Следовательно, данный клапан вызовет перераспределение потоков в системе и не будет обеспечивать эффективной работы объекта регулирования. Его необходимо дополнительно настраивать при наладке системы. Однако этого можно избежать, выбрав клапан с учетом авторитета.

Расходные характеристики клапанов могут отличаться от идеальных. В таком случае регулирование происходит по деформированному линейному закону даже при внешнем авторитете а = 1. Для лучшего понимания данного утверждения необходимо условно разделить сопротивление клапана на две составляющие: сопротивление регулирующего отверстия под затвором клапана и сопротивление остальной части канала для прохода теплоносителя внутри корпуса клапана. Идеальные условия наступят тогда, когда второе составляющее будет равно нулю.

Гидравлическое сопротивление корпуса клапана можно интерпретировать соответствующим сопротивлением участка трубопровода, которое создает первоначальную деформацию идеальной характеристики. Примененный подход в гидравлике называют методом эквивалентных длин. Поэтому гидравлические характеристики регулирующих клапанов (кроме клапанов с нулевым сопротивлением в максимально открытом положении), предоставляемые производителями, уже имеют искажение идеального закона регулирования, которое характеризуют базовым авторитетом. А внешний авторитет способствует дальнейшей деформации расходной характеристики. Реальное искажение расходной характеристики клапана происходит под влиянием полного внешнего авторитета а+, который учитывает совместное действие начального искажения и искажения от внешнего авторитета: а+ = аб а, где аб – базовый авторитет клапана; а – внешний авторитет клапана.

Читайте также  Регулируемый участок

В существующей практике проектирования систем часто принимают первоначальную (базовую) расходную характеристику клапана, предоставляемую производителем, как начальную точку отсчета для дальнейшего определения ее деформации под действием внешнего авторитета. Однако базовое искажение этой характеристики уже само по себе отличается от идеальной расходной характеристики и различно у каждого клапана, что усложняет обобщение (определение рекомендуемого диапазона внешнего авторитета) для гидравлических расчетов. Примером могут быть разнообразные конструкции корпусов клапанов: с перпендикулярным к потоку штоком, с косым штоком, со штоком внутри шарового крана… Гораздо практичнее за начало отсчета деформации расходных характеристик клапанов принять его идеальную характеристику. Тогда все конструкции клапанов можно обобщить математически.
Влияние полного внешнего авторитета на зависимость относительного расхода от относительного хода затвора клапана с линейной характеристикой имеет вид [43]:

Уравнение (6.11) в [43] основано на понятии авторитета клапана, которое по физической сути в полной мере соответствует понятию полного внешнего авторитета, рассматриваемому в настоящей работе. Поэтому все уравнения из [43] преобразованы с учетом разграничений в принятой терминологии.
Приведенное выше уравнение можно применять для разных типов клапанов — автоматических и ручных. Однако необходимо учитывать особенности их подбора и работы. Так, автоматические клапаны, применяемые в тепловых пунктах, работают во всем диапазоне хода штока. Подбирают их по расчетному расходу теплоносителя в максимально открытом положении, т. е. расчетный расход через клапан равен максимальному. Ручные клапаны подбирают по расходу теплоносителя в промежуточном положении штока и этот расход, как правило, не равен максимальному. Поэтому для ручных балансировочных клапанов необходимо преобразовывать формулу (6.11).

Настройку регулирующего клапана с резьбовым шпинделем осуществляют путем его вращения. Отсчет оборотов начинают из положения «закрыто». Так как резьба шпинделя равномерная, то его полный подъем h100 пропорционален максимальной настройке клапана nmax. Этот параметр является технической характеристикой клапана и указан производителем. Промежуточному положению шпинделя h соответствует промежуточная настройка n. Тогда, заменив в формуле (6.11) отношение h/h100 на n/nmax, получим уравнение настройки ручного регулирующего клапана
Из уравнения (6.12) следует, что настройка клапана зависит не только от расхода, но и от полного внешнего авторитета. При идеальных условиях (а+ = 1) уравнение (6.12) приобретает линейную зависимость (6.9). Знание полного авторитета клапана на стадии проектирования позволят изначально выбирать клапан, позволяющий осуществлять регулировку во всем диапазоне хода штока.

Читайте также  Экономическая эффективность

Расход V100 определяют расчетным способом. Совпадение этого расхода с расчетным является частным случаем уравнения, когда п = /2max. Такое положение клапана не позволяет увеличивать поток теплоносителя. При этом весьма маловероятно равенство перепада давления, создаваемого максимально открытым регулирующим клапаном при номинальном расходе, с перепадом давления, который необходимо потерять на нем для регулирования системы. Из-за ограниченности выбора гидравлических характеристик трубопроводов, гидравлических характеристик клапанов в максимально открытом положении, разветвленности систем и многого другого в большинстве случаев применяют балансировочные клапаны с установленной предварительной настройкой. Тогда расход V 100 и расход Vдгне совпадают. Графическое пояснение этого показано на рис. 6.9.