Регуляторы давления, редуцирующие устройства и закритические режимы течения.

27 мая, 2013 3334
Рубрика: Расчеты и конструирование.

Регуляторы давления, редуцирующие устройства и закритические режимы течения.

 Эйсмонт В.П., ведущий специалист ЗАО «НПФ «ЦКБА» с 1969 по 2006 год

Конструирование регуляторов всегда начинается с гидравлических расчётов. Они подробно описываются во многих источниках [1]. Обычно там же уделяется особое внимание режимам закритического истечения для газов и паров и кавитационным режимам для жидкостей. Но надо заметить, что на практике приходится сталкиваться с обстоятельствами, которые говорят о том, что проектанты систем при выборе регуляторов особенности этих режимов не учитывают. Характерным свойством режима закритического течения является то, что при определённом, так называемом, критическом отношении давления, в значении гидравлического сопротивления (в рассматриваемом случае в затворе регулятора или редуцирующего устройства) берется критическая скорость, равная скорости звука в рабочей среде, и при дальнейшем уменьшении этого отношения (снижении давления за затвором) эта скорость, а следовательно и расход, не увеличивается.

Например, для воздуха критическое отношение давлений:

Р21= 0,528 ………………………………………….(1),

где:

Р1- абсолютное давление перед регулятором;

Р2- абсолютное давление за регулятором.

Для любой другой газовой или паровой среды его можно определить по формуле:

βкр = (2/(k + 1))k/k-1 ……………………………………(2),

где k- показатель адиабаты.

Приведём такой пример. Известны общепромышленные регуляторы давления «после себя» на РN40, DN25,50 c диапазоном настройки от 0,5 до 35кгс/см2 ( в зависимости от исполнений) для газообразных, паровых и жидких сред с температурой до 300⁰С. Благодаря своим уникальным параметрам и имеющемуся «малошумному» исполнению они находят широкое применение. Также, как и в случае с другими регуляторами при конструировании их максимальная пропускная способность определялась из условия задания максимального расхода при минимальном перепаде давления, а минимальная пропускная способность определялась из условия задания минимального расхода при максимальном перепаде давления.

Далее, после проведения испытаний и подтверждения, заданных заказчиком характеристик, они были внесены в Технические условия и в каталог. Итак, параметры регулятора стали достоянием проектировщиков систем и эксплуатационников. Заметим, однако, что редко и только в некоторых иностранных каталогах регуляторов автору удавалось найти расходные характеристики G = f(P1) при определённом Р2 для распространённых газов и паров, из которых можно было бы увидеть, что при закритических условиях течения среды в регуляторах не всегда достигается максимальная производительность, соответствующая максимальной пропускной способности по ТУ или каталогу. Это происходит в тех случаях, когда в выходном патрубке регулятора происходит так называемое «запирание потока» при достижении критической скорости в нём.

В работе [1] показано, как можно избежать этого явления, правильно определив размер выходного патрубка регулятора для случаев, если Р21˂ βкр. Определим по (2) необходимый размер выходного патрубка рассматриваемого регулятора с DN25 для режима Р1= 41кгс/см2, Р2 = 1,15кгс/см2, рабочая среда: воздух, Kvу=6,3. Изменением температуры при дросселировании в рассматриваемом примере пренебрегаем, так как оно незначительно и влияет в сторону повышения надёжности расчёта (при дросселировании потока температура воздуха уменьшается, снижается удельный объём и патрубок получится фактически немного меньшего диаметра, чем расчётный).

βкр………………………………..(2),

где:

F2- площадь выходного патрубка;

f-максимальная площадь для прохода среды в затворе регулятора.

Обычно в ТУ и в каталогах не указывается величина f, но достаточно точно её можно определить по формуле (3):

f = 20∙Kvу/μ, мм2………………………………………………………………(3),

где:

μ – коэффициент расхода [cм.2];

Kvу - указан в ТУ и в каталоге.

Выражая из (2) площадь выходного патрубка и определив из(3) f получаем:

F2 = (P'1/Р'2)∙f = (41/1,5)∙ 2,52 = 68,88см2;DN2= (68,88/0,785)0,5= 9,367см =100мм.

f = 20∙Κv/μ = 20∙6,3/0,5 = 252мм2= 2,52см2

На рис. 1.15 работы [1] показано схемное решение этой проблемы. То есть, к существующему выходному патрубку регулятора через переходник предлагается присоединить трубопровод

DN 100мм и перенести забор импульса к чувствительному элементу регулятора из его корпуса на трубопровод.

В заключение хотелось бы заметить, что как отмечалось ещё в работе [3], каталоги нашей арматуры ( в том числе и регуляторов) по наличию необходимой информации для выбора изделий значительно уступают соответствующим каталогам передовых иностранных фирм. Это заметно снижает конкурентоспособность отечественной арматуры. Причины этого понятны, но, господа директоры, пора бы уже и проснуться!

Список литературы:

В.П.Эйсмонт. Регуляторы. Учебно-справочное пособие. С.-Пб, 2012г,336с

Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: «Машиностроение», 1992.

В.П.Эйсмонт. О каталогах. Журнал «ТПА Экспресс». №3. 2011 г.

← Вернуться