Монтажные работы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Регулирующий органы и исполнительный механизм

Регулирование потоков различных  жидкостей и газов и регулирование  взаимных положений различных компонентов  в процессе производства является неотъемлемой составляющей частью любого технологического процесса. Применяемые для этих целей  регулирующие органы, такие как клапаны, задвижки и заслонки осуществляют регулирование  давлений (расходов) жидких и газообразных сред в широких диапазонах температур, давлений и физических свойств технологических  сред и параметров.

Практически любой регулирующий орган можно условно разложить  на две составляющие компоненты:

Собственно регулирующий орган, осуществляющий непосредственный контакт и взаимодействие с технологической  средой, веществом, материалом или теплоносителем и призванный изменять через свою исполнительную часть количественные или качественные характеристики вещества или материала;

регулирующие органы наиболее часто представлены в виде трубопроводной арматуры, стержней позиционирующих  в рабочей зоне установки, механически  связанных узлов и компонентов взаимодействующих друг с другом в процессе протекания технологических процессов;

исполнительный механизм или привод регулирующего органа, осуществляющий управляемое преобразование одного вида энергии (энергии сжатого  газа в пневматических системах, электрической, гидравлической и др. видов энергии) в механическую энергию, прикладываемую к регулирующему органу, в результате чего исполнительная часть регулирующего  органа выполняет возлагаемые на нее функции.

Наиболее часто в качестве регулирующих органов применяются  клапаны, устанавливаемые на трубопроводах. Кроме клапанов в качестве регулирующих механизмов применяются заслонки, краны, шиберы и т.д. Об этом мы будем рассказывать в последующих номерах.

 

Регулирующие (запорно-регулирующие) клапаны

Клапаны предназначены для  управления потоками жидких и газообразных сред, транспортируемых по трубопроводам.

Регулирующие и запорно-регулирующие клапаны осуществляют непрерывное  изменение расхода регулируемого  потока от минимального, когда клапан полностью закрыт, до максимального, когда клапан полностью открыт.

Запорные или отсечные клапаны управляют регулируемым потоком не непрерывно, а дискретно (клапан полностью открыт или полностью закрыт). Как у регулирующих, так и у запорных клапанов есть небольшие протечки регулируемой среды при закрытом положении клапана.

Следует отметить, что деление  клапанов на регулирующие, запорные и  запорно-регулирующие есть только в  нашей стране, также как и отдельные  стандарты на протечки для регулирующих и запорных клапанов. Весь остальной  мир производит просто регулирующие клапаны, протечки у которых подразделяются на шесть классов, чем выше номер  класса – тем меньше протечки. Последние  три класса относятся к клапанам, которые у нас называют запорными  и запорно-регулирующими.

Под условным диаметром прохода  клапана (Ду) следует понимать номинальный внутренний диаметр входного и выходного патрубков клапана (в ряде случаев диаметр выходного патрубка может превышать диаметр входного). Каждому значению условного диаметра прохода клапана соответствует максимально возможное значение расхода регулируемого вещества, которое, в общем случае, зависит от ряда параметров (перепада давления, плотности и др.). Для удобства сравнения клапанов и выбора по результатам гидравлического расчета необходимого типоразмера клапана введено понятие условной пропускной способности.

Условная пропускная способность  клапана (Kvy) показывает, какое количество воды при температуре 20 °С может пропустить клапан при перепаде давления на нем 0,1 МПа (1 кгс/см2) при полностью открытом затворе.

Регулирующий клапан состоит  из трех основных блоков: корпуса, дроссельного узла и привода клапана. Типичная конструкция проходного 
запорно-регулирующего клапана без установленного привода представлена на рисунке 2.1.

Внутри корпуса клапана 1 устанавливается дроссельный узел, состоящий из седла 2 и плунжера 3, связанного со штоком 4. Седло может  быть выполнено в различных конструктивных исполнениях: вворачиваться в корпус клапана как показано на рисунке , прижиматься к корпусу специальной втулкой или выполняться заедино с корпусом.

Рис. 2.1. Конструкция проходного запорно-регулирующего клапана

Плунжер скользит по направляющей, выполненной в крышке 5. Между  корпусом 1 и крышкой 5 установлена  уплотнительная прокладка 6. Шток 4 выводится  наружу через сальниковый узел 7, представляющий собой набор подпружиненных шевронных колец из фторопласта-4 или его модификаций. На крышке 5 устанавливается привод, шток которого соединяется со штоком клапана. Привод может быть пневматическим, ручным, электрическим или электромагнитным.

Дроссельный узел является регулирующим и запирающим элементом  клапана. Именно в этом узле реализуется  задача изменения проходного сечения  клапана и, как следствие, изменение  его расходной характеристики.

Конкретные комбинации втулка-седло-плунжер  выбираются исходя из условий эксплуатации клапана: перепада давления, типа регулируемой 
среды и ее температуры, наличия мехпримесей, величины пропускной способности, вязкости среды и т.д.

В большинстве случаев  важное значение для работы клапана имеет правильное направление подачи рабочей среды. Оно маркируется стрелкой на наружной поверхности корпусов. Если среда подается через левый канал в корпусе, изображенном на рисунке 3, то такое направление подачи называется «под затвор» (среда подходит к плунжеру снизу), а если среда подается по правому каналу, то такое направление подачи называется «на затвор» (среда прижимает плунжер к седлу в закрытом состоянии). Основные параметры и характеристики типовых регулирующих проходных клапанов, выпускаемых отечественными предприятиями, представлены в таблицах 13 и 14.

Регулирующие клапаны  с электроприводами применяются  в качестве исполнительных механизмов систем регулирования температуры. Управляющими устройствами для клапанов могут быть специализированные электронные  регуляторы температуры серии ECL или  регуляторы глобальной системы диспетчеризации.

Клапаны различаются следующими параметрами:

по количеству регулируемых потоков — проходные (двухходовые) (VS2, VM2, VB2, VF2, VFS2, VFG2), трехходовые (VMV, VRG3, VF3, VFG33, HRE3, HFE3) и четырехходовые (HRE4, HFE4);

по принципу действия —  поворотные серии HRE и HFE и седельные  — все остальные. По сравнению  с поворотными седельные клапаны обеспечивают более качественное регулирование и меньшую протечку в закрытом состоянии, а также способны работать при высоких параметрах регулируемой среды и перепадах давлений.

Седельные клапаны бывают нажимного действия (нормально открытые, например, типа VMV, VM2, VFG2 или VB2) и возвратно-поступательного (например, типа VF2, VF3,VRG3).

Электропривод – исполнительный механизм, воспринимающий командный  сигнал от электронного регулятора и  преобразующий его в воздействие  на регулирующий клапан. Он представляет собой электромотор, вращение которого через передаточный механизм преобразуется  в поступательное движение, передаваемое на шток регулирующего клапана. Между  количеством оборотов двигателя  и ходом штока клапана создана  четкая взаимосвязь, позволяющая устанавливать  необходимую пропускную способность  регулирующего клапана адекватно  изменениям регулируемого объекта.

Объекты регулирования могут  иметь различную инерционность, поэтому для них применяют  приводы с соответствующей скоростью  перемещения штока. По скорости действия различают быстрые и медленные электроприводы: у быстрых – время перемещения штока регулирующего клапана на 1 мм до 3 с; у медленных – свыше 14 с. В соответствии с этим выбирают область применения электроприводов. Например, быстрые – для систем горячего водоснабжения со скоростным теплообменником, а медленные – для инерционных систем, таких как системы отопления и горячего водоснабжения с емкостными бойлерами.

При выборе электропривода следует обращать внимание на развиваемое  им усилие, т. е. противодействие давлению теплоносителя, передаваемого через  шток клапана на двигатель. Для клапана с неразгруженным по давлению затвором максимально допустимое усилие на привод указано в техническом описании к клапану и является функцией перепада давления на клапане и условного диаметра клапана. По этим значениям необходимо осуществлять проверку работоспособности клапана. Если перепад давления теплоносителя при закрытом клапане не превышает допустимого усилия на электропривод, значит, эти элементы совместимы. Если нет, то следует перед клапаном снизить давление регулятором перепада давления, либо заменить клапан на разгруженный по давлению. У такого клапана конструктивно минимизировано влияние давления теплоносителя на затвор и, следовательно, на электропривод. Максимально допустимое усилие на его штоке не зависит ни от перепада давления теплоносителя, ни от типоразмера.

По управляющему сигналу  электроприводы классифицированы: на AME и AMV. Положение штока клапана  с приводом AME зависит от значения управляемого сигнала – силы тока, либо напряжения. Положение штока  клапана с приводом AMV зависит  от так называемого трехпозиционного сигнала. При этом за счет длительности и полярности управляющего сигнала  шток клапана может занимать любое  промежуточное положение.

Регулирующие клапаны  с исполнительными механизмами  для систем отопления и горячего водоснабжения выбираются программой подбора клапанов компании «Danfoss» версии 1.2, который находится на сайте: http://ru.heating.danfoss.com. Для выбора регулирующего клапана с исполнительным механизмом (электроприводом) для контуров отопления и ГВС необходимо ввести в память программы подбора клапанов исходные данные, приведенные в таблице 2.1. Технические характеристики выбранных регулирующих клапанов и приводов для контуров отопления и горячего водоснабжения приведены соответственно в таблицы 2.2 и 2.3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.4 – Исходные данные для выбора регулирующих клапанов и исполнительных механизмов для  контура отопления и ГВС

Параметры настройки	Значения
	для отопление	для ГВС
Область применения	Отопление и холодоснабжение
Ограничение расхода	нет
Среда	Вода
Температура подаваемого теплоносителя, °C	95
Температура возвращаемого  теплоносителя, °C	70
Тепловая мощность нагрузки, кВт	210,21	360,65
dP на клапане, бар	0,102
Доля потерь давления на клапане Va	0,5
Параметры настройки	Значения
	для отопление	для ГВС
Располагаемый напор dP, бар	0,204
Потеря давления в системе, бар	0,102
Величина расхода, л/с	2,01	3,45
величина kv, м3/ч	22,86	39,22

 

Таблица 2.2 – Технические характеристики регулирующих клапанов для систем отопления и горячего водоснабжения

Технические параметры клапана	Значения
Вид тепловой нагрузки	система отопления	система ГВС
Тип	VF 2
dP клапана, бар	0,0852	0.0962245
Доля потерь давления на клапане	0,42	0,48
Условный проход, мм	40	50
Максимальная пропускная способность, м3/ч	25	40
Макс. рабочее давление, бар	16
Среда	циркуляционная вода
Альтернативная среда 1	50% гликолевый раствор
Тмин, °C	минус 10
Тмакс, °C	130
Количество ходов	двухходовой
Позиция шпинделя	Нет
Тип присоединения	фланцевый
Материал клапана	серый чугун EN-GJL-250 (GG-25)
Ход штока, мм	15
Характеристика регулирования	логарифмическая
Фактор кавитации	0,5
Относительный диапазон регулирования	Min. 100:1
Протечка (макс.)	макс. 0,05 % kvs
Разгруженный по давлению	нет
Примечание	максимальное рабочее  давление для воды 16 бар при 120 °C
Технические параметры клапана	Значения
Вид тепловой нагрузки	система отопления	система ГВС
Внешний вид

 

 
Таблица 2.3 – Информация о электроприводах к регулирующим клапанам контуров отопления и ГВС

Технические параметры электропривода	Численные значения
Вид тепловой нагрузки	Система отопления	Система ГВС
Тип	AMV 15	AMV 25
Время перемещения штока, с	165
dP макс, кПa	100	900
Функция безопасности	Нет
Напряжение, В	230
Частота, Гц	50
Потребляемая мощность, Вт	2,15
Класс защиты корпуса	54 IP
Управление сигналом	трехпозиционным
Развиваемое усилие, Н	500	1000
Макс. ход штока, мм	15
Время перемещения штока, с/мм	11
Время поворота на 90°, с	0
Функция безопасности	0
Ручное управление	Да
С опускной (возвратной) пружиной	Нет
С подъёмной пружиной	Нет
Скорость перемещения  штока	нормальный
Тмин окр. среды, °C	0
Тмакс окр. среды, °C	55
Т мин хранения и транспортировки, °C	минус 40