Hoe u een regelklep op maat kunt maken: Cv, Kv, stroombehuizingen en klepreizen

Een veelvoorkomend probleem met de maatvoering van regelkleppen begint met een simpele aanname: de pijpleiding is DN100, dus kiest het project voor een DN100 regelklep.

De klep passeert het vereiste maximale debiet, maar blijft tijdens normaal bedrijf dicht bij de zitting. Kleine spindelbewegingen veroorzaken grote stroomveranderingen, de klepstandsteller corrigeert voortdurend de kleppositie en de procesvariabele begint rond het instelpunt te cirkelen.

De klep is niet noodzakelijkerwijs defect. Het kan eenvoudigweg meer stroomcapaciteit hebben dan het proces tijdens normaal bedrijf kan gebruiken.

De juiste maatvoering begint bij de procesomstandigheden, niet bij de diameter van de pijpleiding. Dit artikel legt het uit hoe u een regelklep op maat maakt met behulp van Cv of Kv, minimale, normale en maximale stroomgevallen, overeenkomstige drukomstandigheden en voorspelde klepbeweging.

Begin met een werkblad voor het dimensioneren van regelkleppen

Voordat u een klepmodel selecteert, moet u één maatwerkblad opstellen met daarin alle bedrijfsomstandigheden die de klep moet regelen.

Zorg niet voor één maximaal debiet in combinatie met niet-gerelateerde ontwerpdrukken. Elk stroomhuis moet zijn eigen overeenkomstige inlaatdruk, uitlaatdruk en temperatuur hebben.

Opstart-, uitschakel-, bypass-, reinigings-, regeneratie- of noodbedieningsscenario's moeten afzonderlijk worden toegevoegd als ze verschillende stroom- of drukomstandigheden vereisen.

Vloeibare gegevens vereist

• Vloeistofnaam en chemische samenstelling
• Minimum, normaal en maximum debiet
• Inlaat- en uitlaatdruk voor elk stroomgeval
• Bedrijfstemperatuur voor elk stroomgeval
• Dichtheid of soortelijk gewicht
• Dampspanning bij bedrijfstemperatuur
• Kritische druk waar vereist door de geselecteerde maatmethode
• Viscositeit voor stroperige vloeistoffen
• Vaste stofgehalte, deeltjesgrootte en schurende eigenschappen

Gas- en stoomgegevens vereist

• Gassamenstelling of stoomtoestand
• Minimale, normale en maximale massa- of volumestroom
• Absolute in- en uitlaatdruk voor elk geval
• Inlaattemperatuur
• Molecuulgewicht of soortelijk gewicht van gas
• Samendrukbaarheidsfactor
• Verhouding van soortelijke warmtes waar nodig
• Stoomkwaliteit of mate van oververhitting

Wat Cv en Kv eigenlijk betekenen

Cv en Kv zijn stroomcapaciteitscoëfficiënten. Ze vertegenwoordigen de capaciteit van een bepaalde klep en trim bij een gedefinieerde opening onder gespecificeerde referentieomstandigheden.

Ze identificeren niet rechtstreeks:

• De nominale pijpleidinggrootte
• De klepdrukklasse
• De actuatorkracht
• De stoellekkageklasse
• De geschiktheid van de klep voor cavitatie of flashen

Basismetrische vloeistofscreeningsvergelijking

Voor een turbulente, niet-verstikte, waterachtige vloeistof zonder significante leidingcorrectie kan een voorlopige metrische schatting worden uitgedrukt als:

Kv = Q × √(SG / ΔP)

• Kv: metrische stroomcoëfficiënt
• Vraag: vloeistofdebiet in m³/u
• SG: soortelijk gewicht van vloeistof ten opzichte van water
• AP: drukval over de klep in bar

Basis Amerikaanse vloeistofscreeningsvergelijking

Met behulp van in de VS gebruikelijke eenheden is de overeenkomstige voorlopige vergelijking:

Cv = Q × √(SG / ΔP)

• CV: Amerikaanse stroomcoëfficiënt
• Vraag: vloeistofstroomsnelheid in US gallons per minuut
• SG: soortelijk gewicht van vloeistof ten opzichte van water
• AP: drukval over de klep in psi

De vergelijking ziet er hetzelfde uit, maar de eenheden zijn verschillend. Cv en Kv mogen niet zonder conversie worden uitgewisseld.

Voor praktische conversie:

• CV ≈ 1,156 × Kv
• Kv ≈ 0,865 × CV

Waarom exacte maatvoering meer vereist dan de basisvergelijking

Bij de afmetingen van de geïnstalleerde regelkleppen moet mogelijk rekening worden gehouden met:

• Vloeistofdrukherstel en verstikte stroom
• Cavitatie of knipperen
• Gasexpansie en samendrukbaarheid
• Kritische drukverhouding
• Klepspecifieke drukherstelfactoren
• Verloopstukken, expanders en andere bevestigde fittingen
• Niet-turbulente stroming of stroming met een laag Reynoldsgetal
• Hoge viscositeit
• Meertraps trimmen
• Uitlaatsnelheid en aerodynamisch geluid

De fabrikant moet daarom de werkelijke coëfficiënten van het geselecteerde klephuis en de geselecteerde trim gebruiken, en niet een generieke coëfficiënt van een niet-gerelateerd product.

Waarom minimale, normale en maximale flow afzonderlijk moeten worden bepaald

De vereiste Cv of Kv verandert wanneer de stroom- of drukval verandert. Het geval van maximale stroom levert niet automatisch de maximaal vereiste coëfficiënt op.

Het proces kan bijvoorbeeld een maximale stroom vereisen wanneer de beschikbare drukval over de klep relatief laag is. Dit kan het hoogst vereiste Cv opleveren.

Bij een minimaal debiet kan de stroomopwaartse druk hoog blijven, terwijl de stroomafwaartse vraag afneemt. De klep heeft dan een grotere drukval maar moet een veel kleinere stroom regelen zonder te dicht bij de zitting te werken.

Minimale stroomgeval

Het minimumgeval controleert of de klep het laagst vereiste debiet kan regelen met een stabiele en herhaalbare beweging.

Belangrijke vragen zijn onder meer:

• Zal de klep extreem dicht bij de zitting werken?
• Ligt het vereiste debiet onder het regelbare bereik van de geselecteerde trim?
• Zullen stoelwrijving en pakkingwrijving kleine positieveranderingen domineren?
• Is een gereduceerde trim, een gekarakteriseerde trim of een split-range-opstelling vereist?

Normaal stroomgeval

Het normale geval verdient de grootste aandacht omdat dit aangeeft waar de klep het grootste deel van zijn levensduur kan doorbrengen.

De klep moet onder deze omstandigheden een nuttige slag en voorspelbare geïnstalleerde winst bieden, in plaats van voortdurend in de buurt van de gesloten of volledig open positie te werken.

Maximaal stroomgeval

In het maximale geval wordt gecontroleerd of de klep voldoende capaciteit heeft, terwijl er redelijk rekening wordt gehouden met procesvariatie en onzekerheid over de afmetingen.

Een klep mag niet automatisch worden vergroot om simpelweg een zeer grote reservecapaciteit te creëren. Overmatige reservecapaciteit kan de beheersbaarheid bij normale belasting verminderen.

De grootte van de pijpleiding is niet bepalend voor de grootte van de regelklep

De diameter van de pijpleiding wordt gekozen op basis van systeemsnelheid, drukverlies, stroomvraag, mechanisch ontwerp en economische overwegingen.

De grootte van de regelklep wordt geselecteerd uit:

• Vereist CV of Kv
• Beschikbare drukval
• Voorspelde operationele reizen
• Kleplichaam en trimcapaciteit
• Inlaat- en uitlaatsnelheid
• Cavitatie, flitsen en geluidsrisico
• Mechanische aansluiting en leidingindeling

Een regelklep kan daarom kleiner zijn dan de aangesloten pijpleiding. De juiste verloopstukken en expanders kunnen worden gebruikt als de resulterende snelheid, het geluid, het drukherstel en de leidingbelastingen acceptabel blijven.

Het effect van aangesloten verloopstukken en uitbreidingen moet, indien van toepassing, worden opgenomen in de geïnstalleerde maatvoering.

Wanneer een regelklep op leidingformaat te groot kan zijn

Een klep met lijngrootte is waarschijnlijk te groot als:

• De regelklep ontvangt slechts een klein deel van de totale systeemdrukval
• Het kleplichaam heeft een hoge nominale Cv in verhouding tot de procesvraag
• De geselecteerde roterende klep heeft een veel grotere capaciteit dan een klepafsluiter met dezelfde nominale maat
• Het proces werkt normaal gesproken ver onder de ontwerpstroom
• Door verschillende projectdisciplines is herhaaldelijk een toekomstige capaciteitsvergoeding toegevoegd

Vereist cv is niet hetzelfde als klepslag

Na het berekenen van de vereiste Cv of Kv voor elk bedrijfsgeval, is de volgende stap het vergelijken van deze waarden met de capaciteit-versus-slagcurve van de geselecteerde klep.

Een klep met een nominale Cv van 100 levert niet noodzakelijkerwijs een Cv van 50 bij een slag van 50%.

De relatie is afhankelijk van:

• Inherente stromingskarakteristiek
• Trimgeometrie
• Kleplichaamsstijl
• Geselecteerde verkleinde of volledige trim
• Systeemdrukverliezen
• Er is een drukval beschikbaar over de klep bij elke stroom

Lineaire karakteristiek

Een lineaire trim produceert ongeveer gelijke toenames van de stroomcoëfficiënt voor gelijke toenames van de klepbeweging onder een constante drukval over de klep.

Dit garandeert niet dat de geïnstalleerde processtroom lineair zal zijn met de verplaatsing, omdat de drukval over de klep vaak verandert als de systeemstroom verandert.

Kenmerk van gelijk percentage

Een trim met een gelijk percentage produceert ongeveer dezelfde procentuele verandering in de huidige stroomcoëfficiënt voor gelijke verplaatsingsstappen onder de gedefinieerde testomstandigheden.

Dit wordt vaak overwogen wanneer het proces een breed stroombereik vereist of waar het aandeel van de klep in de totale drukval van het systeem aanzienlijk verandert.

De geselecteerde trimkarakteristiek kan de voorspelde verplaatsing en de geïnstalleerde procesreactie veranderen. Lees Gelijk percentage versus lineaire regelklep voordat u de definitieve trimcurve bevestigt.

Geïnstalleerde karakteristiek en geïnstalleerde versterking

Het geïnstalleerde kenmerk beschrijft de feitelijke relatie tussen de klepbeweging en de processtroom nadat de klep op het leidingsysteem is aangesloten.

Geïnstalleerde versterking beschrijft hoeveel de stroom verandert bij een gegeven verandering in klepslag. Een te hoge of lage geïnstalleerde versterking kan het afstemmen en de stabiliteit van de regellus bemoeilijken.

Overmaatse, juist bemeten en ondermaatse kleppen

Als de geïnstalleerde klep herhaaldelijk rond het bedrijfspunt draait, kan maatvoering slechts één mogelijke oorzaak zijn. Gebruik onze Gids voor het oplossen van problemen met regelkleppen om het commando van de controller, de daadwerkelijke slag, de stictie, de luchttoevoer, de respons van de klepstandsteller en het gedrag van de proceslus te vergelijken voordat de klep wordt vervangen.

Voorbeeld van bewerkte vloeistofgrootte

Het volgende vereenvoudigde voorbeeld laat zien waarom drie operationele gevallen moeten worden gecontroleerd. Het is geen vervanging voor de definitieve IEC- of ISA-afmetingen.

Gegevens verwerken

• Vloeistof: waterachtige procesvloeistof
• Soortelijk gewicht: 0,98
• Stroomeenheden: m³/u
• Drukvaleenheden: bar
• Voorlopige vergelijking: Kv = Q × √(SG / ΔP)

Wat de voorlopige resultaten laten zien

Het geval met maximale stroom vereist de hoogste voorlopige Kv omdat de beschikbare drukval onder die omstandigheden het laagst is.

Stel dat een kandidaat-trim een nominale Kv van 90 heeft. De voorlopig vereiste coëfficiënten vertegenwoordigen ongeveer:

• 10,7% van de nominale Kv bij minimaal debiet
• 39,1% van de nominale Kv bij normaal debiet
• 79,2% van de nominale Kv bij maximaal debiet

Deze percentages zijn geen klepslagpercentages. De werkelijke reis moet worden verkregen uit de capaciteitscurve van de geselecteerde trim en de geïnstalleerde maatberekening.

De dimensioneringsingenieur moet nu bepalen:

• Of de geselecteerde karakteristiek een stabiele minimale stroomverplaatsing biedt
• Of de normale stroom in een nuttig werkgebied valt
• Of maximale stroom kan worden bereikt zonder onaanvaardbare snelheid of ernstig onderhoudsrisico
• Of een nominale Kv van 90 nu passend is of een verminderde trim, een ander kenmerk of een andere lichaamsgrootte verdient de voorkeur

Aanvullende liquide cheques

Vóór de definitieve selectie moet de berekening het volgende omvatten:

• Dampdruk en vloeistofkritische druk
• Klepdrukherstelfactor
• Drukval door gesmoorde stroom
• Cavitatie- of flitsbeoordeling
• Reducer- en expandercorrectie
• Inlaat- en uitlaatsnelheid
• Viscositeit en Reynoldsgetalcorrectie indien van toepassing

Als er cavitatie, flitsen of ernstige drukverlaging wordt vastgesteld, is er een beoordeling beschikbaar regelkleptrimopties voor cavitatie en geluidsreductie.

De dimensionering van stoom en gas vereist berekeningen van de samendrukbare stroming

De eenvoudige vloeistofvergelijking mag niet worden gebruikt voor het dimensioneren van gas of stoom.

Berekeningen van de samendrukbare stroming moeten rekening houden met veranderingen in de dichtheid wanneer de vloeistof door de klep uitzet. Voor de berekening zijn mogelijk ook klepspecifieke factoren nodig voor drukverhouding, expansie, gesmoorde stroming en aangesloten fittingen.

Voorbeeld Steam Sizing-gegevensset

Met deze dataset kan de dimensioneringsingenieur de vereiste coëfficiënt en voorspelde verplaatsing voor elk geval berekenen, terwijl hij ook het volgende bekijkt:

• Of de samendrukbare stroming verstikt raakt
• Klep uitlaatsnelheid
• Aërodynamisch geluid
• Trim de uitgangssnelheid
• Temperatuurlimieten voor carrosserie en trim
• Vereiste stuwkracht van de actuator
• Stroomafwaartse pijpgrootte en reductiemiddelopstelling

Een klep met voldoende nominale Cv kan nog steeds ongeschikt zijn als de uitlaatsnelheid, het geluid of de trimenergie excessief zijn.

Voor toepasselijke producten raadpleegt u de Stoomregelklep. Voor keteltoepassingen kan ook een speciale ketel nodig zijn Ketelvoedingswaterregelklep of Spuitwaterregelklep.

De maatvoering moet ernstige gebruiksomstandigheden identificeren

Een maatberekening zou meer moeten doen dan één vereist Cv opleveren. Het moet identificeren of de geselecteerde klep zal worden blootgesteld aan destructief of beperkend vloeistofgedrag.

Vloeistof verstikte stroom

De vloeistofstroom raakt verstikt wanneer het vergroten van het drukverschil niet langer de verwachte toename van de stroom oplevert. Dit kan verband houden met dampvorming in de klep.

Een grotere actuator kan de gesmoorde stroming niet corrigeren, omdat de beperkende toestand eerder vloeistofdynamisch dan mechanisch is.

Cavitatie

Cavitatie treedt op wanneer zich dampbellen vormen bij de kleprestrictie en instorten na drukherstel.

Mogelijke resultaten zijn onder meer:

• Trimmen en body pitting
• Lawaai en trillingen
• Schade aan de stoel
• Verlies van stroomcapaciteit
• Schade aan stroomafwaartse leidingen

Knipperend

Knipperen treedt op wanneer vloeistof door de klep verdampt en stroomafwaarts gedeeltelijk verdampt blijft.

Omdat de damp niet onmiddellijk weer in vloeistof uiteenvalt, moet het ontwerp tweefasige snelheid, uitlaatrichting en erosie beheersen in plaats van flashen als gewone cavitatie te behandelen.

Door gas en stoom verstikte stroom

De samendrukbare stroming kan verstikt raken wanneer de drukverhouding de grensvoorwaarde voor de geselecteerde klep en trim bereikt.

Na dit punt levert het verder verlagen van de stroomafwaartse druk niet de proportionele capaciteitstoename op die verwacht wordt op basis van een ongesmoorde vergelijking.

Lawaai en snelheid

Een klep kan aan de Cv-eis voldoen en tegelijkertijd onaanvaardbaar produceren:

• Aërodynamisch geluid
• Hydrodynamisch geluid
• Outlet Mach-nummer
• Trillingen in de buiswand
• Trillingen trimmen
• Erosiesnelheid

Hogedruktoepassingen moeten worden beoordeeld met behulp van een geschikt apparaat Hogedrukregelklep behuizing en trimconfiguratie in plaats van alleen de drukklasse van een standaardklep te verhogen.

Verminderde trim, volledige trim of een ander klephuis?

Wanneer de afmeting van de pijpleidingaansluiting vast is, maar de vereiste Cv relatief laag is, kan een verminderde trim de beheersbaarheid verbeteren zonder de aansluitingsmaat van het kleplichaam te veranderen.

Verminderde trim kan nuttig zijn wanneer

• De pijpleidinggrootte is vereist om mechanische of toekomstige systeemredenen
• Normaal debiet vereist een veel lagere Cv dan de full-size trim
• Een kleiner kleplichaam zou overmatige problemen met de reductie- of uitlaatsnelheid veroorzaken
• Toekomstige capaciteit kan worden aangepakt door de trim te veranderen in plaats van de carrosserie te vervangen

Een kleiner kleplichaam kan beter zijn

• De lijngrootteklep blijft ernstig overgedimensioneerd, zelfs met verminderde trim
• Een kleiner huis zorgt voor een betere trimgeometrie en actuatorafstemming
• De verloopstukken en geïnstalleerde snelheid blijven acceptabel
• Gewicht, ruimte en kosten kunnen worden verminderd zonder het ernstige servicerisico te vergroten

Wanneer dit het geval is, kan een andere klepstijl vereist zijn

• Een klepafsluiter kan geen vaste stoffen doorlaten zonder verstopping
• Een roterende klep biedt een geschiktere capaciteit en stroompad
• Een hoekstopkraan stuurt een knipperende of eroderende uitlaatstroom beter aan
• Voor een ernstige drukverlaging is een meertraps-trim vereist
• Grote leidingafmetingen maken een compacte roterende klep praktischer

Bekijk de belangrijkste Selectiegids voor regelkleppen wanneer het maatresultaat aangeeft dat het carrosserietype, de bekleding of het actuatorconcept moet worden heroverwogen.

De afmetingen van de actuator staan los van de afmetingen van de CV

Cv bepaalt de stroomcapaciteit. De actuator moet de kracht of het koppel leveren die nodig is om de geselecteerde klep te bewegen en de gespecificeerde afsluiting onder procesomstandigheden te bereiken.

Bij het dimensioneren van de actuator moet rekening worden gehouden met:

• Proceskracht die inwerkt op de plug, schijf of draaisluitelement
• Klepdruk onbalans
• Stoelbelasting vereist voor de opgegeven lekklasse
• Pakking en geleidingswrijving
• Klepslag of roterende slag
• Minimaal beschikbare lucht, hydraulische druk of elektrische voeding
• Fail-open, fail-close of fail-in-place vereiste
• Vereiste strijktijd

Een actuator met een grotere stuwkracht verhoogt de maximale Cv van de geselecteerde kleptrim niet.

Voor de volledige actuatorbeoordeling gebruikt u de Selectiegids voor klepactuator.

Afmetingen regelklep vereist vóór aankoop

Een professioneel maatresultaat zou meer moeten opleveren dan de geselecteerde nominale klepmaat.

Keur de klep niet alleen goed op basis van de nominale Cv die in een catalogus wordt weergegeven. Bevestig dat het maatrapport overeenkomt met de exacte carrosserie, bekleding, karakteristiek en actuator die wordt aangeboden.

Gegevensblad voor afmetingen regelklep voor offerteaanvraag

Geef bij de aanvraag de volgende gegevens op:

Als bepaalde vloeistofeigenschappen niet beschikbaar zijn, geef dan de mediumnaam, samenstelling, druk en temperatuur op, zodat de ontbrekende gegevens vóór de offerte kunnen worden geïdentificeerd.

Gerelateerde bronnen voor regelkleppen

• Selectiegids voor regelkleppen
• Industriële regelklepproducten
• Hogedrukregelklep
• Stoomregelklep
• Ketelvoedingswaterregelklep
• Spuitwaterregelklep
• Regelkleptrimopties voor cavitatie en geluidsreductie
• Selectiegids voor klepactuator
• Gids voor klepdruk-temperatuurclassificatie

Technische Basis

• IEC 60534-2-1 — Vergelijkingen van de stroomcapaciteit voor geïnstalleerde regelkleppen
• ANSI/ISA-75.01.01 — Vergelijkingen van de stroomcapaciteit van regelkleppen
• Emerson - Procedure voor het dimensioneren van regelkleppen
• ISA — Gebruik van door regelkleppen geïnstalleerde versterkingsberekeningen