Реферат: Расчёт и проектирование регулирующего клапана

Санкт-Петербургский ГосударственныйТехнологический Институт

(Технический Университет)

Кафедра АПХП

Курсовой проект

«Расчёт ипроектирование регулирующего клапана»

Выполнил: студент гр. 891 Солнцев П.В.

Руководитель: Сягаев Н.А.

Санкт-Петербургг2003

1.           Дроссельныерегулирующие органы

Для транспортировкии жидкостей и газов в технологических процессахприменяют, как правило, напорные трубопроводы. В них поток двигается засчётдавления, создаваемого насосами (для жидкостей) или компрессорами (для газов).Выбор необходимого насоса или компрессора производится по двум параметрам:максимальной производительности и необходимому давлению.

Максимальная производительность определяется требованиямитехнологического регламента, давление необходимое для обеспечения максимальногорасхода, расчитывается по законам гидравлики, исходя из длины трассы,количества и величин местных сопротивлений и допустимой максимальной скоростипродуктав трубопроводе (для жидкостей – 2-3 м/с, для газов – 20-30 м/с).

Изменение расхода в технологическом трубопроводе может быть осуществленодвумя способами:

дросселированием – изменением гидравлического сопротивления дросселя,установленного на трубопроводе (рис. 1а)

байпассированием – изменением гидравлического сопротивления дросееля,установленного на тркбопроводе, соединяющем нагнетательную линию с всасывающей(рис. 1б)

/>

                                                 1а

/>

/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>                                                                                                               

                                                1б

Выбор способа изменения расхода определяется типом используемого насосаили компрессора. Для наиболее распространённых в помышленности насосов икомпрессоров возможно применение обоих способов управления потоком.

Для объёмных насосов, например, поршневых, допустимо толькобайпассирование жидкости. Дросселирование потока для таких насосов недопустимо,т.к. оно может привести к выходу из строя насоса или трубопровода.

Для поршневых компрессоров применяют оба способа управления.

Изменение расхода жидкости или газа засчёт дросселирования являетсяосновным управляющим воздействием в системаах автоматического регулирования.Дроссель, используемый для регулирования технологических параметров, — «регулирующийорган».

Основной статической характеристикой регулирущего органа являестязависимость расхода через него от степени открытия:

                                                                                q=f(h),                                                    (1)

где q=Q/Qmax  - относительный расход

      h=H/Hmax – относительный ходзатвора регулирующего органа

Эта зависимостьт называется расходной характеристикой регулирующегооргана. Т.к. регулирующий орган является частью трубопроводной сети, включающейв себя участки трубопровода, вентили, повороты и изгибы труб, восходящие инисходящие участки, его расходная характеристика отражает фактически поведениегидравлической системы «регулирующий орган + трубопроводная сеть». Поэтомурасходные характеристики двух одинаковых регулирующих органов, установленных натрубопроводах разной длины, будут существенно различаться между собой.

Характеристика регулирующего органа, не зависящая от его внешнихсоединений – «пропускная характеристика». Этот зависимость относительнойпрорпускной способности регулирующего органа s от егоотносительного открытия h, т.е.

                                                                                s=f(h)                                                    (2)

где: s=Kv/Kvy – относительная пропускнаяспособность

Другими показателями, служащими для выбора регулирующего органаявляются: диаметр его присоединительных фланцев Ду, максимально допустимоедавление Ру, температура Т и свойства вещества. Индекс «у» указывает наусловное значение показателей, чтот объясняется невозможностью обеспечить ихточное соблюдение для серийных регулирующих органов. Поскольку расходная характеристикарегулирующего органа зависит от гидравлического сопрротивления трубопроводнойсети, в которой он установлен, необходимо иметь возможность корректировать этухарактеристику. Регулирующие органы, допускающие возможность такойкорректировки, — «регулирующие клапаны». Они имеют сплошные илипустотелые цилиндрические плунжеры, допускающие изменение профиля для плучениятребуемой расходной характеристики.Для облегчения корректировки расходнойхарактеристики выпускают клапана с различными видами пропускной характеристики:линейной и равнопроцентной.

У клапанов с линейной характеристикой увеличение пропуской способностипропорционально ходу плунжера, т.е.

                                                                                ds=a*dh                                                               (3)

где: а – коэффициент пропорциональности.

У клапаанов с равнопроцентной пропускной характеристикой увеличениепропускной способности пропорционально ходу плунжера и текущему значениюпропускной способности, т.е.

                                                                                ds=a*Kv*dh                                         (4)

Различие между пропускной и расходной харктеристикамитем больше, чем больше гидравлическое сопротивление трубопроводной сети.Отношение пропускной способности клапана к пропускной способности сети –гидравлический модуль системы:

                                                                               

                                                                                n=Kvy/KvT                                                                      (5)

При значениях n>1.5 клапанас линенйной пропускной характеристикой становятся непригодными из-за непостоянствакоэффициента пропорциональности a на протяжениивсего хода. Для регулирующих клапанов с равнопроцентной пропускнойхарактеристикой расходная характеристика близка к линейной при значениях n от 1,5 до 6. Поскольку диаметр технологическоготрубопровода Дт обычно выбирается с запасом, может оказаться, что регулирующийклапан с таким же или близким диаметром условного прохода Ду имеет избыточнуюпропускную способность и, соответственно, гидравлический модуль. Для уменьшенияпропускной способности клапанабез изменения его присоединительных размеровзаводы-изготовители выпускают клапаны, отличающиеся только диаметром седла Дс.

2. Задание накурсовой проект

Вариант №7

 

Qmax м3/ч

Qmin м3/ч

Среда Рн Мпа Рк МПа

Но м

T oC

Дт мм Lт м Колич.                   вентилей Колич поворотов Ход/Дс Тип плунжера 120 12 Вода 2,1 0,13 +16 50 150 180 8 13 1 пустотелый

 

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

3.        расчётрегулирующих клапанов

1.         Определение числа Рейнольдса

/>
/>, где /> - скорость потока примаксимальном расходе

                r=988.07 кг/м3    (для воды при 50 оС) [табл. 2]

                m=551*10-6Па*с [табл. 3]

Re> 10000, следовательно,режим течения турбулентный.

2.         Определение потери давления в трубопроводнойсети при максимальной скорости потока

/>, где />   />,  xМвент=4.4,  xМколен=1.05 [табл.4]

3.         Определение перепада давлений на регулирующемклапане при максимальной скорости потока

/>

4. Определение расчётного значения условной пропускнойспособности регулирующего клапана:

/>, где h=1.25 — коэффициент запаса

5. Выбор регулирующего клапана с ближайшей большей пропускнойспособностью KVy (по KVз и Ду):

выбираем             двухседельный чугунный регулирующий клапан 25ч30нжМ

                                условное давление 1,6 Мпа

                                условный проход 50 мм

                                условная пропускная способность 40м3/ч

                                пропускная характеристика линейная,равнопроцентная

                                вид действия НО

                                материал серый чугун

                                температура регулируемой среды от –15до +300

6. Определениепропускной способности трубопроводной сети />

7. Определение гидравлического модуля системы

/><1.5, следовательновыбираем регулирующий клапан с линейной пропускной характеристикой (ds=a*dh)

Коэффициент, показывающий степень уменьшения площади проходного сеченияседла клапана относительно площади проходного сечения фланцев К=0,6 [табл. 1]

4.        профилированиеплунжера регулирующего клапана

Требуемаяпропускная характеристика регулирующего клапана обеспечивается изготовлениемспециальной формы поверхности окон. Оптимальный профиль плунжера получается врезультате расчёта гидравлического сопротивления дроссельной пары (плунжер – седло)как функции относительного открытия регулирующего клапана.

8. Определение коэффициента гидравлического сопротивления клапана

/>, где />, В=2 для двухседельногоклапана

/>

9. Определение коэффициента гидравлического сопротивления регулирующегоклапана в зависимости от относительного хода плунжера

/>, где h=0.1,0.2,…,1.0 />/>, />

xдр — коэффициентгидравлического сопротивления дроссельной пары клапана x0=2.4 [табл. 5]

10. По графику на [рис. 5] определяетсявеличина ak для относительного сечениядроссельной пары

m=1: ak=0,73.

Величина m уточняестя по формуле: />.

Определение новых значений m продолжается до техпор, пока новое максимальное значение m не будет отличаться отпредыдущего менее, чем на 5%.

Окончательно получаем:

/>

11. Определяем площади проходных сечений в зависимости от степениоткрытия Fi=mi*Fc, где– площадь проходного сечения клапана />

/>

12. Полученные данные сводятся в таблицу 1:

.h

xK

xдр

.m (по рис 5)

ak (по рис 5)

.m (из расчёта)

ak (по рис 5)

.m (из расчёта)

ak (по рис 5)

.m (из расчёта)

Fi

мм2

0.1 509.2 506.8 1.0 0.73 0.061 0.83 0.053 0.86 0.052 30.4 0.2 127.3 124.9 0.122 0.107 0.104 61 0.3 56.6 54.2 0.184 0.162 0.157 92.2 0.4 31.8 29.4 0.248 0.218 0.211 124.2 0.5 20.4 17.9 0.315 0.277 0.267 157.3 0.6 14.1 11.7 0.384 0.337 0.326 191.9 0.7 10.4 8 0.457 0.402 0.388 228.4 0.8 7.9 5.6 0.535 0.471 0.454 267.5 0.9 6.3 3.9 0.620 0.545 0.526 309.8 1.0 5.1 2.7 0.713 0.627 0.605 356.5

                                                                                      12%                                   3.5%

13. Определяется профиль плунжера. Для этоговычисляется ширина окна в зависимости от открытия клапана:

/>, где                      Xi-1 – ширина окна в предыдущем сечении

                                                                Fi– площадь открытой части окна

                                                                а – количество окон в плунжере (а=3)

                                                                с– расстояние между сечениями />

/>

/>

5. списокиспользованной литературы

1.     «Расчёт и проектированиетехнических средств автоматизации». Методические указания к курсовому проектупо дисциплине «Технические средства автоматизации». СПб.: СПбГТИ(ТУ), 1998. –18с.

2.     Д.М. Иткина «Исполнительные устройствасистем управления в химической инефтехимической промышленности». М.: Химия, 1984. – 232с.