Сферични регулиращи вентили
Начало > ОВК > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 9, 2007
Приложна област, видове, основни критерии за избор на сферични регулиращи вентили
Регулиращите вентили са доказал се регулиращ орган в процесната индустрия, осигуряващ качествено регулиране на характеристиките на широко разнообразие от работни флуиди. От съществуващото многообразие конструктивни решения за приложения, в които регулируем параметър е налягането, в ролята на регулиращ орган понякога се използват сферични вентили. В качеството си на регулиращ орган, този вид вентили осигуряват качествено поддържане на регулируемия параметър в предварително зададените граници, т.е. допринасят за безпроблемно протичане на производствения процес. Оптималният тип на задвижването се определя в зависимост от конкретния параметър.
Сферичните регулиращи вентили са подходящи за работа както с газове, така и с течности. Вграждат се в проводи, през които се транспортира природен газ, нефт, вода и много други. Като типоразмери сферичните вентили се движат в широки граници. Материалите, от които се изработват, са предимно месинг, стомана или чугун, но също така се предлагат сферични вентили с корпус от пластмаса или керамичен материал. Стандартно са подходящи за работа при температура на флуида до 250 оС. Принципно, сферичните вентили могат да работят и с флуиди с температура над 250 оС, но в подобни приложения конструктивно са решени със специални уплътнения.
Принципът на действие на сферичните вентили се основава на ефекта на дроселиране на потока при частично затваряне на проходното сечение на вентила. Регулиращото устройство при този вид вентили има характерната форма на сфера, дала и наименованието им. Обикновено между тялото на вентила и сферата се поставят уплътнителни пръстени. Отварянето и затварянето на вентила се реализира посредством завъртане на сферата на 90°, при което вентилът заема максимално отворено или максимално затворено положение. При отворено положение флуидът преминава свободно през отвора на затварящото устройство, а при затворено положение преминаването му е възпрепятствано от двете плътни страни на сферата. Когато сферичният вентил се използва във функцията на регулиращ орган, всяко положение между максимално отвореното и максимално затвореното положение определя регулируемия му обхват.
Критерии за класификация на сферични вентили
Сферичните вентили се класифицират на базата на различни критерии. Един от основните е начинът на позициониране на затварящото устройство. Обикновено при по-малките вентили, предназначени за по-малки натоварвания, самият корпус на вентила е изработен така, че да осигурява добро позициониране на сферата. При по-големите вентили, разработени за по-големи натоварвания, за позициониране на сферата в корпуса на вентила се използва специална ос. По този начин се постига стабилна и повторяема траектория на движение на регулиращия орган. Затова сферични вентили с такава конструкция се използват при големи налягания.
Друг основен критерий за класификация на сферичните вентили е проходимостта на вентила. Определя се от съотношението между диаметъра на отвора на затварящото устройство и диаметъра на тръбопровода. На основата на този критерии сферичните вентили се определят като пълнопроходни и стандартни. При пълнопроходните вентили диаметърът на отвора на сферата е равен на диаметъра на тръбопровода. При стандартните вентили диаметърът на отвора на затварящото устройство е по-малък от диаметъра на тръбопровода. Предлагат се и вентили, при които диаметърът на отвора на сферата е два пъти по-малък от диаметъра на тръбата. Важно предимство на пълнопроходните вентили е намаляване на загубите от триене, тъй като потокът преминава безпрепятствено през вентила. Това, от своя страна, води и до по-големи габаритни размери на самия вентил. За вентилите стандартна конструкция е характерно намаляване на потока на изхода от вентила.
Използват се и в хигиенни приложения
Сферични регулиращи вентили се използват в приложения със специфични изисквания към работните съоръжения. Например, в областта на хранително-вкусовата промишленост, в електронното или биотехнологичното производство използваните съоръжения следва да отговарят на специални хигиенни изисквания. Основният проблем, свързан с използването на сферични регулиращи вентили в производства, за които има хигиенни изисквания, е наличието на свободно пространство между корпуса на вентила и затварящото устройство (сферата). При преминаването на флуида през вентила, част от него може да се задържи в тези пространства, което да доведе до корозия или до заразяване. По тази причина, когато се използват в подобни приложения, проблемът се избягва чрез уплътняване на празното пространство между сферата и корпуса на вентила. Също така се препоръчва, когато вентилът ще се използва за пренос или регулиране на чисти флуиди, и корпусът, и сферата да са изработени от неръждаема стомана.
Едно от често срещаните приложения на сферичните регулиращи вентили е в газопреносните мрежи. Основно изискване на използваните вентили в газоснабдяването е да съответстват на изискванията за взвриво- и пожарозащита. В подобни приложения, характерен проблем при използването на регулиращи сферични вентили, е че повишаването на температурата над определена стойност води до разрушаване на използваните уплътнения. Различните производители предлагат специфични решения за преодоляване на този проблем.
Сферичните регулиращи вентили могат да се присъединяват към тръбопроводите по различни начини, в зависимост от конкретните изисквания в съответното приложение. Присъединителната връзка може да бъде както фланцова, така и резбова или чрез заваряване.
Задвижвания при сферични вентили
Отварянето и затварянето на регулиращия орган на сферичните вентили би могло да се реализира ръчно или автоматично. При ръчно управление на вентила е възможно използването на редуктор. При автоматичното управление на сферичните вентили предимно се използват електрически или пневматични задвижващи механизми. Известно е, че при автоматично регулиране вентилите се явяват изпълнителен механизъм на задвижващите устройства. Целта на задвижката е в зависимост от получения сигнал да премести регулиращият орган до точно определено положение. При пневматично управление на вентила се използват пневматични механизми с бутало или мембрана, а използваните електрическите управления се захранват с еднофазни или трифазни електромотори. Електрическите задвижвания за сферичните вентили осигуряват ротационно движение на сферата с ъгъл на завъртане 90о за период от порядъка на 1,5 до 3,5 min - от максимално отворено до максимално затворено положение. Вентилите с пневматични задвижвания се приемат като подходящи за работа във взриво- и пожароопасна среда. Сред недостатъците на пневматичните задвижвания са по-големите им габарити и необходимостта от изграждане на инсталация за сгъстен въздух.
Характеристики на задвижващ механизъм
Сред основните характеристики на използваните задвижки са зоната им на нечувствителност, степента на неравномерност и врезакъснението. Зоната на нечувствителност на регулатора представлява диапазона на изменение на регулируемия параметър, необходим за започване на преместването на регулиращия орган в двете противоположни посоки. Степента на неравномерност на регулатора се дефинира като отношение на неравномерността към номиналната стойност на регулируемия параметър, като неравномерността е диапазонът на изменение на регулируемия параметър, необходим за преместване на регулиращия орган от едното до другото крайно положение. Закъснението на задвижващия механизъм отразява несъответствието по време между началото на изменение на регулируемата величина и началото на преместването на регулиращия орган.
Избор на регулиращи вентили
От правилния избор на задвижващия механизъм се определя в голяма степен качеството на регулиране на работния флуид и надеждната и безаварийна работа на съоръженията и производствените процеси. С цел осигуряване на стабилно регулиране, регулиращият орган на вентила следва да е в състояние да пропусне с 20% повече от номиналния работен дебит. Добре е да се има предвид, че регулиращите органи по принцип не могат да осигурят пълно затваряне, т.е. вентилът трудно би могъл да се използва и като спирателна арматура. Това се дължи на факта, че регулиращият орган на вентила непрекъснато е подложен на въздействията на работната среда, вследствие на което се износва. Дори при напълно затворен вентил, през него обикновено преминава минимално количество флуид. Обикновено, това количество се посочва от самия производител в продуктовите католози.
В практиката често се срещат регулиращи вентили с необосновано големи размери. Това се дължи на нерационалния начин, по които е избиран вентилът, т.е. в зависимост от наличния диаметър на тръбопровода.
Основни показатели при избор на вентил
Изборът на сферичен регулиращ вентил се базира на комплекс основни характеристики, характерни за избора на всяка регулираща арматура. Обикновено за определяне типоразмера на вентила се взима предвид коефициентът кv. Този коефициент се нарича още коефициент на хипотетичния вентил или условна производителност. На базата на кv се оценява пропускателната способност на вентила и се определя конкретния типоразмер. Коефициентът кv е универсален коефициент, чрез който се определя количеството флуид, преминало през вентила при точно определени условия. За всеки конкретен вентил стойността на този коефициент се определя опитно, чрез измерване на количеството протекъл флуид, от фирмите-производителки. Също така, повечето фирми определят този коефициент при различни налягания, като по този начин в каталозите предоставят графичната зависимост между коефициента кv и диференциалното налягане DР вход-изход. Определянето на стойността на кv може да се пресметне и теоретично.
Друга важна характеристика, която се отчита при избора на вентил, е т.нар. действителен коефициент кvs. Действителният коефициент се дефинира като максималния действителен дебит, преминал през напълно отворен вентил за точно определен флуид. Този коефициент е известен още като коефициент на потока и се отчита от каталога на фирмата-производител. При избора на регулиращ вентил се взема предвид и максималната пропускателна способност на вентила. Коефициентът на максималната пропускателната способност на вентила кv100 представлява нормалния дебит на протичащия флуид при напълно отворен вентил.
За да бъде коректно избран, е добре изборът на регулиращ вентил да бъде съобразен с конкретните експлоатационни данни на съоръжението, а не с диаметъра на тръбопровода. В повечето случаи се взимат предвид разходът Q, m3/h; налягането пред затворения вентил P1z, ata (ata е равно на сумата от манометричното налягане, плюс 1); налягането след затворения вентил P2z, ata; налягането пред напълно отворения вентил P1o, ata; налягането след напълно отворения вентил P2o, ata и абсолютната температура на флуида T, °K.
За изчисляване на максималното диференциално налягане се използва формулата DРmax = P1z - P2z = DPm [bar], а за минималното диференциално налягане DРmin = P1o - P2o [bar]. При определянето на действителната разлика в налягането се използва изразът DРд = (Q2 /кvs )r. Под действителна разлика се разбира разликата между налягането пред и след отворения в процеса на регулиране вентил, отнасяща се за определен диаметър и определен вентил.
За да бъде правилно избран, за регулиращия вентил следва да бъде изпълнено условието 0,3 І DPдействително/DРm І 0,5.
Вижте още от ОВК
Новият брой 6/2024
