Kontrol Vanası Boyutlandırması: Cv, Kv, Akış Durumları ve Vana Hareketi

Yaygın bir kontrol vanası boyutlandırma hatası basit bir varsayımla başlar: boru hattı DN100 olduğundan proje DN100 kontrol vanasını seçer.

Valf gerekli maksimum akışı geçer ancak normal çalışma sırasında yuvaya yakın kalır. Küçük gövde hareketleri büyük akış değişiklikleri yaratır, konumlayıcı sürekli olarak valf konumunu düzeltir ve proses değişkeni ayar noktası etrafında dönmeye başlar.

Valfin mutlaka arızalı olması gerekmez. Prosesin normal çalışma sırasında kullanabileceğinden daha fazla akış kapasitesine sahip olabilir.

Doğru boyutlandırma boru hattı çapıyla değil proses koşullarıyla başlar. Bu makale açıklıyor kontrol vanası nasıl boyutlandırılır Cv veya Kv kullanılarak minimum, normal ve maksimum akış durumları, karşılık gelen basınç koşulları ve tahmini valf hareketi.

Kontrol Vanası Boyutlandırma Çalışma Sayfasıyla Başlayın

Bir vana modeli seçmeden önce, vananın kontrol etmesi gereken tüm çalışma koşullarını içeren bir boyutlandırma çalışma sayfası hazırlayın.

İlgisiz tasarım basınçlarıyla birlikte tek bir maksimum akış hızı sağlamayın. Her akış durumunun kendine ait giriş basıncı, çıkış basıncı ve sıcaklığı olmalıdır.

Farklı akış veya basınç koşullarına neden olduklarında başlatma, kapatma, bypass, temizleme, rejenerasyon veya acil durum çalışma durumları ayrı ayrı eklenmelidir.

Sıvı Verileri Gerekli

• Sıvı adı ve kimyasal bileşimi
• Minimum, normal ve maksimum akış hızı
• Her akış durumu için giriş ve çıkış basıncı
• Her akış durumu için çalışma sıcaklığı
• Yoğunluk veya özgül ağırlık
• Çalışma sıcaklığında buhar basıncı
• Seçilen boyutlandırma yönteminin gerektirdiği kritik basınç
• Viskoz sıvılar için viskozite
• Katı içeriği, parçacık boyutu ve aşındırıcı özellikler

Gaz ve Buhar Verileri Gerekli

• Gaz bileşimi veya buhar durumu
• Minimum, normal ve maksimum kütle veya hacim akışı
• Her durum için mutlak giriş ve çıkış basıncı
• Giriş sıcaklığı
• Molekül ağırlığı veya gazın özgül ağırlığı
• Sıkıştırılabilirlik faktörü
• Gerektiğinde spesifik ısıların oranı
• Buhar kalitesi veya kızgınlık derecesi

Cv ve Kv Aslında Ne Demektir?

Cv ve Kv akış kapasitesi katsayılarıdır. Belirtilen referans koşulları altında, belirli bir valf ve trimin tanımlanmış bir açıklıktaki kapasitesini temsil ederler.

Doğrudan tanımlamazlar:

• Nominal boru hattı boyutu
• Valf basınç sınıfı
• Aktüatör kuvveti
• Koltuk sızıntı sınıfı
• Vananın kavitasyona veya yanıp sönmeye uygunluğu

Temel Metrik Sıvı Tarama Denklemi

Önemli boru düzeltmesi olmayan türbülanslı, boğulmamış, su benzeri bir sıvı için ön metrik tahmin şu şekilde ifade edilebilir:

Kv = Q × √(SG / ΔP)

• Kv: metrik akış katsayısı
• Soru: m³/saat cinsinden sıvı akış hızı
• : suya göre sıvının özgül ağırlığı
• ΔP: vana boyunca bar cinsinden basınç düşüşü

Temel ABD Sıvı Tarama Denklemi

ABD geleneksel birimlerini kullanarak karşılık gelen ön denklem şöyledir:

Cv = Q × √(SG / ΔP)

• Özgeçmiş: ABD akış katsayısı
• Soru: Dakikada ABD galonu cinsinden sıvı akış hızı
• : suya göre sıvının özgül ağırlığı
• ΔP: psi cinsinden valf boyunca basınç düşüşü

Denklem aynı görünüyor ancak birimler farklı. Cv ve Kv, dönüşüm olmadan değiştirilmemelidir.

Pratik dönüşüm için:

• CV ≈ 1,156 × Kv
• Kv ≈ 0,865 × Cv

Neden Tam Boyutlandırma Temel Denklemden Daha Fazlasını Gerektirir?

Kurulu kontrol vanasının boyutlandırılmasında aşağıdakilerin hesaba katılması gerekebilir:

• Sıvı basıncı geri kazanımı ve boğulmuş akış
• Kavitasyon veya yanıp sönme
• Gaz genleşmesi ve sıkıştırılabilirliği
• Kritik basınç oranı
• Vanaya özel basınç geri kazanım faktörleri
• Redüktörler, genişleticiler ve diğer ekli bağlantı parçaları
• Türbülanssız veya düşük Reynolds sayılı akış
• Yüksek viskozite
• Çok aşamalı trim
• Çıkış hızı ve aerodinamik gürültü

Üretici bu nedenle ilgisiz bir üründen alınan genel bir katsayıyı değil, seçilen valf gövdesi ve trimin gerçek katsayılarını kullanmalıdır.

Minimum, Normal ve Maksimum Akış Neden Ayrı Boyutlandırılmalıdır?

Gerekli Cv veya Kv, akış veya basınç düşüşü değiştiğinde değişir. Maksimum akış durumu, gerekli maksimum katsayıyı otomatik olarak üretmez.

Örneğin, vana boyunca mevcut basınç düşüşü nispeten düşük olduğunda proses maksimum akış gerektirebilir. Bu, gereken en yüksek Cv'yi üretebilir.

Minimum akışta, aşağı yöndeki talep düşerken yukarı yöndeki basınç yüksek kalabilir. Valf bu durumda daha büyük bir basınç düşüşüne sahip olur ancak yuvaya çok yakın çalışmadan çok daha küçük bir akışı düzenlemelidir.

Minimum Akış Durumu

Minimum durum, vananın kararlı ve tekrarlanabilir hareketle gereken en düşük akışı ayarlayıp düzenleyemediğini kontrol eder.

Önemli sorular şunları içerir:

• Valf koltuğa çok yakın çalışacak mı?
• Gerekli akış seçilen trimin kontrol edilebilir aralığının altında mı?
• Koltuk sürtünmesi ve salmastra sürtünmesi küçük konum değişikliklerine hakim olacak mı?
• Azaltılmış bir trim, karakterize edilmiş bir trim veya bölünmüş aralık düzenlemesi gerekli mi?

Normal Akış Durumu

Normal durum en büyük ilgiyi hak eder çünkü vananın çalışma ömrünün çoğunu nerede geçirebileceğini temsil eder.

Valf, sürekli olarak kapalı veya tamamen açık konuma yakın çalışmak yerine, bu durumda faydalı hareket ve öngörülebilir kurulum kazancı sağlamalıdır.

Maksimum Akış Durumu

Maksimum durum, proses değişimi ve boyut belirsizliği için makul bir payı korurken vananın yeterli kapasiteye sahip olup olmadığını kontrol eder.

Çok büyük bir yedek kapasite oluşturmak için bir vana otomatik olarak genişletilmemelidir. Aşırı yedek kapasite normal yük kontrol edilebilirliğini azaltabilir.

Boru Hattı Boyutu Kontrol Vanası Boyutunu Belirlemez

Boru hattı çapı sistem hızı, basınç kaybı, akış talebi, mekanik tasarım ve ekonomik hususlar dikkate alınarak seçilir.

Kontrol vanası boyutu aşağıdakilerden seçilir:

• Gerekli Cv veya Kv
• Mevcut basınç düşüşü
• Tahmini çalışma seyahati
• Valf gövdesi ve trim kapasitesi
• Giriş ve çıkış hızı
• Kavitasyon, parlama ve gürültü riski
• Mekanik bağlantı ve boru düzeni

Bu nedenle bir kontrol vanası bağlı olduğu boru hattından daha küçük olabilir. Ortaya çıkan hız, gürültü, basınç geri kazanımı ve boru tesisatı yükleri kabul edilebilir düzeyde kaldığında uygun düşürücüler ve genişleticiler kullanılabilir.

Eklenen küçültücülerin ve genişleticilerin etkisi, uygulanabildiğinde kurulu boyutlara dahil edilmelidir.

Hat Boyutundaki Kontrol Vanası Çok Büyük Olduğunda

Hat boyutlu bir vananın aşağıdaki durumlarda büyük boyutlu olması muhtemeldir:

• Kontrol vanası toplam sistem basınç düşüşünün yalnızca küçük bir kısmını alır
• Valf gövdesi proses talebine göre yüksek bir Cv değerine sahiptir
• Seçilen döner vana, aynı nominal boyuttaki küresel vanadan çok daha büyük kapasiteye sahiptir
• Süreç normalde tasarım akışının çok altında çalışır
• Farklı proje disiplinleri tarafından sürekli olarak gelecekteki kapasite ödeneği eklenmiştir.

Gerekli Cv Valf Hareketiyle Aynı Değildir

Her çalışma durumu için gerekli Cv veya Kv'yi hesapladıktan sonraki adım, bu değerleri seçilen vananın kapasite-hareket eğrisiyle karşılaştırmaktır.

Nominal Cv'si 100 olan bir valf, %50 harekette mutlaka Cv 50'yi sağlamaz.

İlişki şunlara bağlıdır:

• Doğal akış karakteristiği
• Geometriyi kırp
• Valf gövdesi stili
• Seçilen küçültülmüş veya tam boyutlu kaplama
• Sistem basınç kayıpları
• Her akışta valf boyunca basınç düşüşü mevcuttur

Doğrusal Karakteristik

Doğrusal bir trim, valf boyunca sabit bir basınç düşüşü altında valf hareketinin eşit artışları için yaklaşık olarak eşit akış katsayısı artışları üretir.

Bu, kurulu proses akışının hareketle doğrusal olacağını garanti etmez çünkü vanadaki basınç düşüşü sistem akışı değiştikçe sıklıkla değişir.

Eşit Yüzde Özelliği

Eşit yüzdeli bir trim, tanımlanan test koşulu altında eşit ilerleme artışları için mevcut akış katsayısında yaklaşık olarak aynı yüzde değişikliği üretir.

Prosesin geniş bir akış aralığı gerektirdiği veya vananın toplam sistem basınç düşüşündeki payının önemli ölçüde değiştiği durumlarda sıklıkla dikkate alınır.

Seçilen trim karakteristiği, tahmin edilen hareketi ve kurulu proses tepkisini değiştirebilir. Oku Eşit Yüzde ve Lineer Kontrol Vanası son trim eğrisini onaylamadan önce.

Kurulu Karakteristik ve Kurulu Kazanç

Kurulu karakteristik, vana boru sistemine bağlandıktan sonra vana hareketi ile proses akışı arasındaki gerçek ilişkiyi açıklar.

Kurulu kazanç, valf hareketindeki belirli bir değişiklik için akışın ne kadar değiştiğini açıklar. Aşırı yüksek veya düşük kurulu kazanç, kontrol döngüsü ayarını ve kararlılığını daha zor hale getirebilir.

Büyük Boy, Doğru Boyutlu ve Küçük Boyutlu Vanalar

Takılan vana çalışma noktası etrafında tekrar tekrar dönüyorsa, boyutlandırma olası sebeplerden yalnızca biri olabilir. Bizim kullanın Kontrol Vanası Sorun Giderme Kılavuzu Valfi değiştirmeden önce kontrolör komutunu, gerçek hareketi, sürtünmeyi, hava beslemesini, konumlayıcı tepkisini ve proses döngüsü davranışını karşılaştırmak için.

Çalışılmış Sıvı Haşıllandırma Örneği

Aşağıdaki basitleştirilmiş örnek, neden üç çalışma durumunun kontrol edilmesi gerektiğini göstermektedir. Nihai IEC veya ISA boyutlandırmanın yerine geçmez.

Verileri İşle

• Akışkan: suya benzer proses sıvısı
• Özgül ağırlık: 0,98
• Akış birimleri: m³/h
• Basınç düşürme birimleri: bar
• Ön denklem: Kv = Q × √(SG / ΔP)

Ön Sonuçlar Neyi Gösteriyor?

Maksimum akış durumu en yüksek ön Kv'yi gerektirir çünkü bu durumda mevcut basınç düşüşü en düşüktür.

Bir aday trimin nominal Kv'sinin 90 olduğunu varsayalım. Gerekli ön katsayılar yaklaşık olarak şunları temsil eder:

• Minimum akışta nominal Kv'nin %10,7'si
• Normal akışta nominal Kv'nin %39,1'i
• Maksimum akışta nominal Kv'nin %79,2'si

Bu yüzdeler valf hareket yüzdeleri değil. Gerçek hareket, seçilen trimin kapasite eğrisinden ve kurulu boyutlandırma hesaplamasından elde edilmelidir.

Boyutlandırma mühendisinin şimdi şunları belirlemesi gerekir:

• Seçilen özelliğin kararlı minimum akış hareketi sağlayıp sağlamadığı
• Normal akışın yararlı bir çalışma bölgesine düşüp düşmediği
• Kabul edilemez hız veya ciddi servis riski olmadan maksimum akışın elde edilip edilemeyeceği
• 90'lık bir nominal Kv'nin uygun olup olmadığı veya azaltılmış trim, farklı bir karakteristik veya başka bir gövde boyutunun tercih edilip edilmediği

Ek Sıvı Kontroller

Son seçimden önce hesaplama şunları içermelidir:

• Buhar basıncı ve sıvı kritik basıncı
• Valf basıncı geri kazanım faktörü
• Tıkanmış akışta basınç düşüşü
• Kavitasyon veya yanıp sönme değerlendirmesi
• Redüktör ve genişletici düzeltmesi
• Giriş ve çıkış hızı
• Geçerli olduğu yerde viskozite ve Reynolds sayısı düzeltmesi

Kavitasyon, parlama veya şiddetli basınç azalması tespit edilirse inceleme yapılabilir Kavitasyon ve gürültü azaltma için kontrol valfi trim seçenekleri.

Buhar ve Gaz Boyutlandırması Sıkıştırılabilir Akış Hesaplamalarını Gerektirir

Basit sıvı denklemi gaz veya buhar boyutlandırma için kullanılmamalıdır.

Sıkıştırılabilir akış hesaplamaları, sıvı valf boyunca genişledikçe yoğunluk değişikliklerini ele almalıdır. Hesaplama ayrıca basınç oranı, genleşme, tıkalı akış ve takılı bağlantı parçaları için vanaya özgü faktörlere de ihtiyaç duyabilir.

Örnek Buhar Boyutlandırma Veri Kümesi

Bu veri seti, boyutlandırma mühendisinin her bir durum için gerekli katsayıyı ve tahmini seyahati hesaplamasına ve aynı zamanda aşağıdakileri incelemesine olanak tanır:

• Sıkıştırılabilir akışın tıkalı olup olmadığı
• Valf çıkış hızı
• Aerodinamik gürültü
• Çıkış hızını kırp
• Gövde ve trim sıcaklığı sınırları
• Gerekli aktüatör itme kuvveti
• Aşağı akış borusu boyutu ve redüktör düzenlemesi

Yeterli nominal Cv'ye sahip bir vana, çıkış hızı, gürültü veya trim enerjisinin aşırı olması durumunda yine de uygun olmayabilir.

Geçerli ürünler için, Buhar Kontrol Vanası. Kazan uygulamaları ayrıca özel bir Kazan Besi Suyu Kontrol Vanası veya Püskürtme Suyu Kontrol Vanası.

Boyutlandırmada Ciddi Hizmet Koşulları Belirlenmelidir

Boyutlandırma hesaplaması gerekli bir Cv'yi döndürmekten daha fazlasını yapmalıdır. Seçilen vananın yıkıcı veya sınırlayıcı akışkan davranışına maruz kalıp kalmayacağını belirlemelidir.

Sıvı Tıkanmış Akış

Basınç farkının artması artık akışta beklenen artışı sağlamadığında sıvı akışı tıkanır. Bu, valf içindeki buhar oluşumuyla ilişkili olabilir.

Sınırlama koşulu mekanik olmaktan çok akışkan dinamiği olduğundan, daha büyük bir aktüatör tıkanmış akışı düzeltemez.

Kavitasyon

Kavitasyon, valf kısıtlamasında buhar kabarcıkları oluştuğunda ve basınç geri kazanıldıktan sonra çöktüğünde meydana gelir.

Potansiyel sonuçlar şunları içerir:

• Trim ve vücut çukurlaşması
• Gürültü ve titreşim
• Koltuk hasarı
• Akış kapasitesi kaybı
• Aşağı akış borularında hasar

yanıp sönüyor

Yanıp sönme, sıvının vana içerisinden buharlaşması ve aşağı yönde kısmen buharlaşmış halde kalması durumunda meydana gelir.

Buhar hemen sıvıya dönüşmediği için tasarımın, parlamayı sıradan kavitasyon olarak ele almak yerine iki fazlı hızı, çıkış yönünü ve erozyonu yönetmesi gerekir.

Gaz ve Buhar Kısılmış Akışı

Basınç oranı seçilen vana ve trim için sınırlayıcı koşula ulaştığında sıkıştırılabilir akış tıkanabilir.

Bu noktadan sonra, aşağı yöndeki basıncın daha da azaltılması, sıkıştırılmamış bir denklemden beklenen orantısal kapasite artışını üretmez.

Gürültü ve Hız

Bir valf, kabul edilemez değerler üretirken Cv gereksinimini karşılayabilir:

• Aerodinamik gürültü
• Hidrodinamik gürültü
• Çıkış Mach numarası
• Boru duvarı titreşimi
• Titreşimi düzeltin
• Erozyon hızı

Yüksek basınçlı uygulamalar uygun bir değerlendirme yöntemi kullanılarak gözden geçirilmelidir. Yüksek Basınç Kontrol Vanası standart bir valfin yalnızca basınç sınıfını arttırmak yerine gövde ve trim konfigürasyonunu da artırır.

Küçültülmüş Trim, Tam Boyutlu Trim veya Farklı Bir Valf Gövdesi mi?

Boru hattı bağlantı boyutu sabit ancak gerekli Cv nispeten düşük olduğunda, azaltılmış trim, vana gövdesi bağlantı boyutunu değiştirmeden kontrol edilebilirliği geliştirebilir.

Azaltılmış Trim Ne Zaman Yararlı Olabilir?

• Boru hattı boyutu mekanik veya gelecekteki sistem nedenlerinden dolayı gereklidir
• Normal akış, tam boyutlu trimin sağladığından çok daha düşük bir Cv gerektirir
• Daha küçük bir valf gövdesi aşırı redüktör veya çıkış hızı sorunları yaratacaktır
• Gelecekteki kapasite, gövdeyi değiştirmek yerine trimin değiştirilmesiyle karşılanabilir

Daha Küçük Bir Valf Gövdesi Daha İyi Olabilir

• Hat boyutundaki valf, azaltılmış trimle bile ciddi şekilde büyük boyutlu kalıyor
• Daha küçük bir gövde daha iyi trim geometrisi ve aktüatör uyumu sağlar
• Redüktörler ve kurulu hız kabul edilebilir düzeyde kalıyor
• Ciddi servis riskini artırmadan ağırlık, alan ve maliyet azaltılabilir

Farklı Bir Valf Stili Gerekebilir

• Küresel vana katıları tıkanmadan geçemez
• Döner valf daha uygun kapasite ve akış yolu sağlar
• Açılı bir valf, yanıp sönen veya aşındırıcı çıkış akışını daha iyi yönlendirir
• Şiddetli basınç düşüşü için çok aşamalı trim gereklidir
• Büyük hat boyutu, kompakt döner valfi daha pratik hale getirir

Ana konuyu gözden geçirin Kontrol Vanası Seçim Kılavuzu boyutlandırma sonucu gövde stilinin, kaplamanın veya aktüatör konseptinin yeniden değerlendirilmesi gerektiğini gösterdiğinde.

Aktüatör Boyutlandırması Cv Boyutlandırmasından Ayrıdır

Cv akış kapasitesini belirler. Aktüatör, seçilen vanayı hareket ettirmek ve proses koşulları altında belirtilen kapatmayı sağlamak için gereken kuvveti veya torku sağlamalıdır.

Aktüatör boyutlandırmasında aşağıdakiler dikkate alınmalıdır:

• Fiş, disk veya döner kapatma elemanına etki eden proses kuvveti
• Valf basıncı dengesizliği
• Belirtilen sızıntı sınıfı için gereken koltuk yükü
• Paketleme ve kılavuz sürtünmesi
• Valf stroku veya döner hareket
• Minimum mevcut hava, hidrolik basınç veya elektrik beslemesi
• Arızada açılma, arızada kapanma veya yerinde arıza gereksinimi
• Gerekli okşama süresi

Daha büyük itme kuvvetine sahip bir aktüatör, seçilen valf triminin maksimum Cv'sini artırmaz.

Aktüatör incelemesinin tamamı için Valf Aktüatörü Seçim Kılavuzu.

Satın Almadan Önce Gerekli Kontrol Vanası Boyutlandırma Çıkışı

Profesyonel bir boyutlandırma sonucu, seçilen nominal vana boyutundan daha fazlasını sağlamalıdır.

Vanayı yalnızca katalogda gösterilen nominal Cv'ye göre onaylamayın. Boyutlandırma raporunun sunulan gövdeye, donanıma, karakteristiklere ve aktüatöre tam olarak karşılık geldiğini doğrulayın.

RFQ için Kontrol Vanası Boyutlandırma Veri Sayfası

Soruşturmayla birlikte aşağıdaki bilgileri sağlayın:

Bazı akışkan özellikleri mevcut değilse, ortamın adını, bileşimini, basıncını ve sıcaklığını sağlayın, böylece eksik veriler alıntı yapılmadan önce belirlenebilir.

İlgili Kontrol Vanası Kaynakları

• Kontrol Vanası Seçim Kılavuzu
• Endüstriyel Kontrol Vanası Ürünleri
• Yüksek Basınç Kontrol Vanası
• Buhar Kontrol Vanası
• Kazan Besi Suyu Kontrol Vanası
• Püskürtme Suyu Kontrol Vanası
• Kavitasyon ve Gürültü Azaltma için Kontrol Valfı Trim Seçenekleri
• Valf Aktüatörü Seçim Kılavuzu
• Valf Basınç-Sıcaklık Derecelendirme Kılavuzu

Teknik Temel

• IEC 60534-2-1 — Kurulu kontrol vanaları için akış kapasitesi boyutlandırma denklemleri
• ANSI/ISA-75.01.01 — Kontrol valfi akış kapasitesi boyutlandırma denklemleri
• Emerson — Kontrol Vanası Boyutlandırma Prosedürü
• ISA — Kontrol Vanası Kurulu Kazanç Hesaplamalarını Kullanma