Szelepkiválasztás szempontjai Danfoss Elektronikus Akadémia
www.futestechnika.danfoss.com
Szelepkiválasztás szempontjai Alapvető jellemzők Szabályozószelep karakterisztika
iMCV rendszer Energia-megtakarítás
Szelepautoritás Kvs-érték Szabályozási arány Kavitáció
Motoros forgócsap
Nyomáskiegyenlített szelepek
Energia-megtakarítás
Lágy tömítés Szelepméretezés
District Energy Division
Szelepkiválasztás szempontjai
27 augustus 2013
|2
Alapvető jellemzők (ISO 5752*) NNy – Névleges nyomás* 1 - 1,6 - 2,5 - 4 - 6 - 10 - 16 - 25 - 40 (bar) Alacsony névleges nyomás: NNy ≤ 16 bar, Közepes névleges nyomás: NNy 25 ~ PN40 bar.
NÁ – Névleges átmérő* 10 - 15 - 20 - 25 - 32 - 40 - 50 - 65 - 80 - 100 - 125 - 150 200 - 250 – 300…
Tközeg - Közeghőmérséklet Alacsony érték: T < 120°C Közepes érték: T 120°C - 350°C District Energy Division
Szelepkiválasztás szempontjai
27 augustus 2013
|3
Szabályozószelep karakterisztika Kapcsolat a szelepemelkedés és a kv-érték között, állandó nyomáskülönbség mellett. Lineáris: gőz-víz hőcserélő (távhő rendszer) Logaritmikus: gyors reakció igény esetén – radiátoros fűtések, légtechnikai- és fan-coil rendszer, gőz-víz hőcserélő (HVAC rendszer) Osztott: változó igény esetén (HMV rendszer) Gyors nyitás: lassú reakció igény esetén – nyit-zár (ON/OFF) rendszerek (uszoda) Speciális: Danfoss iMCV szelepek S-karakterisztika: nincs igény pontosan meghatározott karakterisztikára (forgócsapok)
A jól megválasztott szelepkarakterisztika biztosítja a rendszer megfelelő működését! District Energy Division
Szelepkiválasztás szempontjai
Ülékes szelepek karakterisztikája 27 augustus 2013
|4
Lineáris hőátadás
térfogatáram %
LINEÁRIS HŐÁTADÁSI KARAKTERISZTIKA
SZELEPÁTFOLYÁS KARAKTERISZTIKA
kimeneti %
térfogatáram %
hőteljesítmény %
HŐTERMELŐ KIMENŐ KARAKTERISZTIKA
szelepemelkedés %
szelepemelkedés % 5
District Energy Division
Szelepkiválasztás szempontjai
27 augustus 2013
|5
Szelepkarakterisztika Logaritmikus karakterisztika
Lineáris karakterisztika
Ideális Ideális
District Energy Division
Szelepkiválasztás szempontjai
27 augustus 2013
|6
Lineáris hőátadás – Danfoss AME 435 arányos motor
7 District Energy Division
Szelepkiválasztás szempontjai
27 augustus 2013
|7
Osztott karakterisztikájú szelepek 1 0.9
relativ Kv érték
0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0
max 120s
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Relativ szelepemelkedés
±2K max 10K
District Energy Division
0.1
Maximális hőfokeltérés a megkívánt értéktől: ± 10K használati meleg víz készítésnél ± 5K fűtési rendszereknél Maximális hőmérséklet ingás a megkívánt értéktől: ± 2K Szelepkiválasztás szempontjai
27 augustus 2013
|8
Speciális szelep-karakterisztika Egyenszázalékos szelepállás 30-100%
Lineáris szelepállás 0-30%
District Energy Division
Szelepkiválasztás szempontjai
27 augustus 2013
|9
S - karakterisztika - Nincs igény pontosan meghatározott szelep-karakterisztikára (S)
District Energy Division
Szelepkiválasztás szempontjai
27 augustus 2013 | 10
Szelepautoritás (Va) - szabályozhatóság
∆pszab.szakasz ∆pszelep ∆pszab.szakasz
Megmutatja a szelep és a szabályozott szakasz nyomásviszonyát.
∆p0
Számítása:
Kielégítő: a = 0,3 - 0,7 ∆pszelep = nyomásesés a teljesen nyitott szelepen ∆pszabályozott szakasz = nyomásesés a szakasz további részén, teljesen nyitott szelepnél District Energy Division
Szelepkiválasztás szempontjai
autoritás - diagram Q/Q0% térf. áram
∆pszelep a= ∆pszelep+∆ ∆pszab.szakasz
a=0,1 a=0,2 a=0,3 a=0,5 a=1,0
H/H0 % szelepemelkedés 27 augustus 2013 | 11
Szelepautoritás (Va) 100 % SZELEPAUTORITÁS, motoros szelep esetén, csak dp szabályozó alkalmazásával érhető el, amely biztosítja az állandó dp-t a szelepen
(dpMCV0 = dpmcv100)
Logaritmikus karakterisztika
Lineáris karakterisztika
Ideális Ideális
HEX T2
Q
MCV
dp
2
DP dpMCV
Preferált Va-érték: 3-járatú szelep Va>30%, átmeneti szelep Va>50% District Energy Division
Szelepkiválasztás szempontjai
27 augustus 2013 | 12
kvs és kv érték kv - az a térfogatáram, amely adott szelepállás esetén, 1 bar nyomáskülönbség hatására, átfolyik a szelepen
kvs - az a térfogatáram, amely teljesen nyitott szelep esetén, 1 bar nyomáskülönbség hatására, átfolyik a szelepen
kvr - az a legkisebb térfogatáram, amely 1 bar nyomáskülönbség hatására, még stabil hőmérsékletszabályozást biztosít.
Q (m3/h) kv (m3/h) =
District Energy Division
∆p (bar)
Szelepkiválasztás szempontjai
27 augustus 2013 | 13
Térfogatáram (Q)
Függ: A szelep kv-értékétől A szelepre ható nyomáskülönbségtől (dPv)
Q = kv* dPv
District Energy Division
Szelepkiválasztás szempontjai
[m3/h]
27 augustus 2013 | 14
kvs és kv érték Víz közeg:
Kv =
Q ∆p
Keverék:
Kv =
1
ρ Q = Kv * ∆p
=
Q× ρ ∆p
% of compound1 % of compound2 +
ρ1
ρ2
P(kW) m3 Q= 1,16* ∆t (°K) h P(kW)* 0,86 m3 Q= h ∆t (°K)
Q ∆p = Kvs District Energy Division
2
Szelepkiválasztás szempontjai
27 augustus 2013 | 15
kv érték számítás Párhuzamos kapcsolás
Soros kapcsolás
kV1
kV1
kV2
kV2
kv0 = kv1 +kv2 [m3 / h]
1 1 1 = 2+ 2 2 kv0 kv1 kv2 kv21 ⋅ kv22 kv0 = 2 kv1 + kv22
District Energy Division
Szelepkiválasztás szempontjai
[m3 / h]
27 augustus 2013 | 16
Szabályozási arány (R - dinamikus tartomány) Állandó nyomáskülönbség mellett a maximális és minimális vízmennyiségek aránya. VF (NA 20-150), VRB (NA 20-50) – 100:1)
R =
k vs k vr
Példa: R = 50 : 1 kvs = 10 m 3 /h k vr =
10 = 0,2 m 3 /h 50
Szabályozási arány 50:1 -> A szabályozószelep szelepemelkedésének 2 %-áig a szelepkarakterisztika nem pontos! District Energy Division
Szelepkiválasztás szempontjai
27 augustus 2013 | 17
Kavitáció – üregesedés (VF / VRB ≥ 0,4) turbulens áramlás
dB,A
lamináris áramlás
maximális zaj
kritikus áramlás
L p
0
X
1
Kavitáció zaj, rezgések és anyag erózió
s
p1 nyomás a szelep előtt (abszolút nyomás) [bar] ps abszolút telítési nyomás [bar] z kavitációs tényező
District Energy Division
z
Gömbcsapok Elzáró és fojtó szelepek 0,25 Szabványos szabályozó szelepek Alacsony zajszintű szabályozó szelepek
Szelepkiválasztás szempontjai
Z = 0,1 – 0,2 Z = 0,15Z = 0,3 – 0,5 Z = 0,6 – 0,9
27 augustus 2013 | 18
Kavitáció
Definíció:
∆p z= p1 − pb
Legrosszabb eset:
pb = pS ∆pmax = z ⋅ ( p1 − pS )
Max. megengedhető nyomáskülönbség a teljesen nyitott szelepen:
∆ p max = z ⋅ ( p1 − p S ) p1 ps z
Danfoss szelepek: z = 0,2… 0,6 (NA függő)
nyomás a szelep előtt (abszolút nyomás) [bar] abszolút telítési nyomás [bar] kavitációs tényező
District Energy Division
Szelepkiválasztás szempontjai
Temperature
Absolute saturation pressure pS
[°C] 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150
[bar] 0,042 0,056 0,074 0,096 0,123 0,157 0,199 0,250 0,312 0,386 0,474 0,578 0,701 0,846 1,013 1,209 1,433 1,691 1,985 2,322 2,703 3,132 3,614 4,156 4,762 27 augustus 2013 | 19
Nyomáskiegyenlített szelepek DN 40…DN 80 (DN 65-80 szelepek)
px
p1 = px p1
p2
px
District Energy Division
p2
Szelepkiválasztás szempontjai
p1
27 augustus 2013 | 20
Lágy tömítés
A hatékony EPDM anyagú O-gyűrűs lágytömítés teszi lehetővé a tömörzárást. District Energy Division
Szelepkiválasztás szempontjai
27 augustus 2013 | 21
Szelepméretezés
Q kv dpv = 1 bar
kv =
Szelep kapacitás
Nyomásesés a szelepen
Vízmennyiség
District Energy Division
Q dP V
Q dPV = kv
Q = kv ×
dPV
[m3/h]
2
[Bar]
[m3/h]
Szelepkiválasztás szempontjai
27 augustus 2013 | 22
Méretezési példa
∆t = 90-50 = 40° °C 90 °C
P = 350 kW
dp
50 °C
dpV
∆p = 0,4 Bar
District Energy Division
Szelepkiválasztás szempontjai
27 augustus 2013 | 23
Kv-érték számítás
Térfogatáram (Q)
Q=
P [kW ]× 0 ,86 3 m /h ∆ t [K ]
[
]
Q=
[
350 × 0 ,86 = 7 ,5 m 3 / h 40
]
kv -érték
kv =
Q dp V
[
7 ,5 kv = = 11 , 9 m 3 / h 0 ,4
]
Számított kv = 11,9 m3/h District Energy Division
Szelepkiválasztás szempontjai
27 augustus 2013 | 24
Szepel kiválasztás Számított kv = 11,9 m3/h Szelepkiválasztás adatlapból: (válasszuk a következő nagyobb kv-értékű szelepet a számítottnál)
Választott kvs = 16 m3/h District Energy Division
Szelepkiválasztás szempontjai
27 augustus 2013 | 25
Nyomáskülönbség és térfogatáram
Nyomáskülönbség a teljesen nyitott szelepen:
dp V
Q = kvs
2
2
dp V
7 ,5 = = 0 , 22 [bar 16
]
Térfogatáram a teljesen nyitott szelepen:
Q = kv ×
District Energy Division
dp V
Q = 16 ×
[
0 , 4 = 10 m 3 / h
Szelepkiválasztás szempontjai
] 27 augustus 2013 | 26
Szelepnyitási fok (x)
kV x= ⋅100% kVS
kV
[m3/h]
KVS kV
xmin ≥ 30% x
District Energy Division
100% opening [%]
Szelepkiválasztás szempontjai
27 augustus 2013 | 27
Közeg áramlási sebessége
4 ⋅ Q 1000 v= ⋅ 2 π ⋅ d 3,6 v medium flow velocity [m/s] Q nominal medium flow rate across the system [m3/h] d valve/valve seat diameter [mm]
v ≤ vmax = 3...3,5 m/s
District Energy Division
Szelepkiválasztás szempontjai
27 augustus 2013 | 28