Ventil znižuje prietok pridaním odporu k dráhe tekutiny. Kvapalina alebo plyn sa pohybuje iba preto, že medzi dvoma bodmi existuje tlakový rozdiel a čiastočne zatvorený ventil preberá časť tohto rozdielu pre seba. To, čo ventil spotrebuje, už nie je k dispozícii na pretlačenie kvapaliny cez zvyšok potrubia, takže prietok sa ustáli na nižšej hodnote. To je celý mechanizmus v jednej vete.
Užitočný detail spočíva v tom, aký tlak si ventil vyžaduje, ako sa mení tvar obloženia pri pohybe ventilu a čo sa stane so zvyškom systému, keď prietok klesá. Ventily a armatúry z nehrdzavejúcej ocele dodávame do prístrojových, hydraulických a všeobecných priemyselných liniek už viac ako desať rokov a otázky, ktoré zákazníci kladú na škrtenie, sa riadia veľmi známym vzorom. Tu to je.
Čo sa deje vo vnútri čiastočne uzavretého ventilu
Obmedzenie je vytvorené lemom: ihla, zátka, disk alebo guľa, ktorá sa pohybuje smerom k svojmu sedlu. Zatvorením ventilu sa zúži otvorená plocha a nasledujú dva efekty.
- Tekutina sa zrýchli. Kontinuita vyžaduje, aby rovnaká hmota prešla menšou oblasťou, takže rýchlosť stúpa v hrdle a podľa Bernoulliho princípu klesá lokálny statický tlak.
- Energia sa stráca po prúde. Zrýchlená kvapalina nikdy úplne neobnoví svoj tlak. Turbulencie a trenie v dôsledku obmedzenia premieňajú mechanickú energiu na teplo, ktoré kvapalina odvádza.
Tento druhý efekt je to, na čom skutočne záleží. Ventil nie je zátka, ktorá jednoducho blokuje potrubie; premieňa tlakovú energiu na nevratnú stratu. Čím väčšia je táto strata, tým menší tlakový rozdiel zostáva na poháňanie prietoku a tým nižší je prietok.
Pokles tlaku je mena, ktorá nakupuje tok
Tlak vytvorený čerpadlom, regulátorom alebo zberačom plynu berte ako rozpočet. Prívodné potrubie, filtre, výmenníky tepla, ventily a výtlačné potrubia, to všetko minú časť a všetko, čo zostane, je to, čo v skutočnosti pohybuje kvapalinou. Škrtenie zvyšuje podiel ventilu, prebytok sa zmenšuje a prietok klesá, až kým sa účtovné knihy opäť nevyrovnajú.
Pevný prívodný tlak verzus čerpadlo
S regulátorom tlaku alebo zberačom plynu pred prúdom sa prívodný tlak udržiava približne stabilný, keď zatvárate ventil. Vlastný pokles tlaku ventilu stúpa, prietok klesá a nižšie uvedená rovnica dimenzovania popisuje výsledok.
S odstredivým čerpadlom sa obraz mení. Škrtenie pridáva odpor a strmšie krivku systému, takže prevádzkový bod sa posúva pozdĺž krivky čerpadla smerom k vyššiemu výtlačnému tlaku a nižšiemu prietoku. Ventil skôr riadi čerpadlo ako pôsobí samostatne. Čerpadlo priškrtené ďaleko dozadu môže bežať doľava od bodu svojej najlepšej účinnosti, recirkulovať vnútorne, bežať teplejšie a hlučnejšie a skôr opotrebovať svoje tesnenia.
Čísla: Cv, Kv a pravidlo druhej odmocniny
Kapacita ventilu je vyjadrená ako prietokový koeficient. V amerických jednotkách je to Cv, galóny za minútu 60°F vody, ktoré pretečú s poklesom jedného psi cez ventil. Metrickým ekvivalentom je Kv. Pre tekutinu:
Q = Cv × √ (ΔP / SG)
kde Q je prietok, ΔP je pokles tlaku cez ventil a SG je špecifická hmotnosť kvapaliny. Pretože samotný Cv závisí od polohy ventilu, rovnica nesie oba účinky naraz: otváranie mení Cv a škrtenie mení ΔP.
Druhá odmocnina je to, čo ľudí upúta. Prietok nie je úmerný poklesu tlaku, ale jeho druhej odmocnine, takže pri pevnom otvore zníženie dostupného poklesu tlaku na štvrtinu zníži prietok na polovicu. Rovnaká matematika vysvetľuje, prečo malé otočenie drieku na takmer zatvorenom ventile tak prudko zmení prietok: pri nízkom zdvihu zlomková zmena v otvorenej ploche spôsobí veľkú percentuálnu zmenu v Cv.
Charakteristika ventilu: Ako hladko klesá prietok
Dva ventily s rovnakou kapacitou pri úplnom otvorení sa môžu pri polootvorenom správať veľmi odlišne. Vlastná charakteristika opisuje, ako Cv rastie s cestovaním.
| Stopkové cestovanie | Lineárne lemovanie | Rovnopercentné obloženie | Obloženie s rýchlym otváraním |
|---|---|---|---|
| 10% | 10% | 3% | 50 % |
| 30 % | 30 % | 7 % | 85 % |
| 50 % | 50 % | 14 % | 100% |
| 70 % | 70 % | 31 % | 100% |
| 100% | 100% | 100% | 100% |
Rýchlootváracie lišty dosahujú väčšinu svojej kapacity v prvej tretine pohybu, čo vyhovuje v službe aj mimo nej. Rovnopercentné trimy poskytujú najširší rozsah ovládania a sú obvyklou voľbou pre regulačné slučky. Lineárne ozdoby sú vhodné pre prípady, kde pokles tlaku na ventile zostáva pomerne konštantný.
Inštalované správanie sa nikdy presne nezhoduje s publikovanou krivkou, pretože ΔP naprieč ventilom sa mení so zmenou prietoku, čo je ďalší dôvod, prečo je rovnopercentná úprava taká bežná v systémoch škrtených čerpadiel.
Keď ďalšie zatváranie prestane znižovať prietok
Existuje limit toho, čo jeden ventil dokáže. Keď sa kvapalina zrýchľuje cez najužší bod tesne za sedadlom, známy ako vena contracta, jej tlak môže klesnúť pod tlak pár kvapaliny. Vytvárajú sa bubliny, a keď sa zrútia ďalej po prúde, zatĺkajú obloženie a stenu potrubia. To je kavitácia a ohlási sa rachotením a pomaly erodujúcim sedadlom.
Ak tlak po prúde zostane pod tlakom pary, bubliny sa nikdy nezrútia a kvapalina opustí ventil čiastočne odparená. To bliká a môže to zničiť ventil za niekoľko týždňov. Plyny majú svoj vlastný strop: akonáhle rýchlosť v hrdle dosiahne akustickú rýchlosť, prúdenie sa priškrtí a znižovanie tlaku na výstupe nič nemení. Symptóm je vždy rovnaký. Stále zatvárate ventil, prietok prestane reagovať a hluk narastá.
Zvyčajnými opravnými prostriedkami je rozdelenie poklesu tlaku medzi dva ventily v sérii, špecifikácia antikavitačnej úpravy alebo zvýšenie tlaku na výstupe.
Priradenie typu ventilu k úlohe
Nie každý ventil je stavaný na škrtenie. Použitie izolačného ventilu na reguláciu prietoku je jednou z najčastejších chýb, s ktorými sa stretávame, a zvyčajne to končí poškodeným sedlom a záhadnou stratou kontroly.
| Typ ventilu | Škrtiace správanie | Typická rola |
|---|---|---|
| Ihlový ventil | Jemné, opakovateľné nastavenie v malom rozsahu prietoku | Prístrojové vedenia, odber vzoriek, regulácia nízkeho prietoku |
| Guľový ventil | Hladká, postupná zmena s dobrým rozsahom | Všeobecné riadenie a regulácia prietoku |
| Guľový ventil | Malá zmena až do zatvorenia, potom náhla | Izolácia a zapnutie/vypnutie |
| Uzatvárací ventil | Chudobný; brána a sedadlo sa môžu poškodiť | Iba izolácia |
| Motýľový ventil | Stredné a vysoko závislé od polohy disku | Veľké čiary, všeobecná regulácia |
| Spätný ventil | Nenastaviteľné; reaguje na smer prúdenia | Zabránenie spätnému toku |
Ihlové ventily: prirodzená voľba pre jemnú redukciu
Kužeľová ihla, ktorá sa pohybuje do malého sedla, vytvára dlhú, postupnú zmenu v otvorenej oblasti, a preto sú ihlové ventily štandardnou odpoveďou, keď treba prietok presne orezať a udržať tam: vzorkovacie potrubia, preplachovacie toky, prívody do analyzátora a okruhy s nízkym prietokom. Náš sprievodca po aplikácie ihlových ventilov kryty, kde si zaslúžia svoje miesto.
Nerezový ihlový ventil s vnútorným závitom Pre odberové potrubia a okruhy s nízkym prietokom ponúka tento ihlový ventil z nehrdzavejúcej ocele jemné nastavenie prietoku a zrkadlovo leštený otvor pre stabilnú reguláciu. Zobraziť produkt → Guľové ventily: výborná izolácia, slabé škrtenie
Guľový ventil je najšťastnejší úplne otvorený alebo úplne zatvorený. Čiastočne otvorená, dráha prúdenia je nepohodlná, sedadlo je vystavené vysokorýchlostnej kvapaline a prúdenie sa v posledných stupňoch pohybu prudko mení.
Dvojitý guľový ventil z nehrdzavejúcej ocele Keď sa prietok musí úplne otvoriť alebo zatvoriť, a nie škrtiť, tento vysokotlakový prístrojový guľový ventil ponúka jednodielnu konštrukciu a horný vstup. Zobraziť produkt → Uvedenie do prevádzky v prístrojových a hydraulických obvodoch
V prístrojovej technike je zníženie prietoku zvyčajne malou lokálnou úlohou: izolovať vysielač, odvzdušniť meradlo alebo upraviť prietok vzorky do analyzátora. Dvojcestný rozdeľovač s ihlovým ventilom vám poskytuje toto nastavenie a pozitívne uzatváranie v jednej zostave, čím sa počet spojov a počet možných únikových ciest udržiava na minime.
Rozdeľovací ihlový ventil s dvojcestným ventilom z nehrdzavejúcej ocele Na izoláciu prístrojového vybavenia a úpravu prietoku vzorky tento dvojcestný rozdeľovací ihlový ventil kombinuje jemné nastavenie s uzatváraním v jednej zostave. Zobraziť produkt → V hydraulických obvodoch je princíp rovnaký pri oveľa vyššom tlaku, kde je erózia skutočným rizikom a vytvrdené obloženie, veľká hrúbka steny a spoľahlivé tesnenie stoja za malé dodatočné náklady.
Praktický kontrolný zoznam na zníženie prietoku
- Vytvorte potrebný prietok za normálnych a minimálnych podmienok a tlak dostupný na každom konci okruhu.
- Vypočítajte požadované Cv alebo Kv namiesto hádania z veľkosti potrubia.
- Veľkosť ventilu tak, aby bežná prevádzka bola otvorená približne na 20 až 80 percent, pričom ponecháva priestor na nastavenie v oboch smeroch.
- Priraďte charakteristiku k slučke: rovnaké percento tam, kde ventil zaberá veľkú časť poklesu tlaku, lineárne tam, kde nie.
- Udržujte izoláciu a škrtenie oddelené a skontrolujte kavitáciu alebo dusený prietok vždy, keď dôjde k veľkému poklesu tlaku v jednom kroku.
Krátka verzia
Ventil znižuje prietok, pretože odoberá kvapaline tlak a mení ju na teplo, ktoré sa nikdy nezískava. Uzavretím ventilu sa zvýši jeho podiel na dostupnom tlakovom rozdiele a to, čo zostane, už nestačí na udržanie pôvodného prietoku. Ako hladko sa to stane, závisí od úpravy; ako ďaleko to môže zájsť závisí od tekutiny. Ak dimenzujete ventil pre konkrétny prietok, radi s vami preberieme čísla. Pozrite sa na kvapalinové systémové riešenia postavíme, alebo nám jednoducho pošlite svoje podmienky linky a nechajte nás spolu upraviť veľkosť.
