Zawór regulacyjny jest urządzeniem, które reguluje przepływ w rurociągu. Wiele zakładów przemysłowych posiada rozbudowaną sieć rurociągów do transportu mediów potrzebnych do prowadzenia działalności produkcyjnej. Zawór regulacyjny stabilizuje lub zmienia z dużą dokładnością parametry, takie jak przepływ, ciśnienie, temperatura, w celu uzyskania precyzyjnego sterowania procesem. O tym, jak ważną rolę pełnią zawory regulacyjne, traktować będzie dzisiejszy wpis.
Zawór regulacyjny – charakterystyka
Wśród zaworów regulacyjnych wyróżniamy zawory grzybkowe, przepustnice regulacyjne oraz zawory kulowe regulacyjne. Najbardziej powszechny rodzaj zaworów to zawór regulacyjny grzybkowy przelotowy.
Budowa zaworów regulacyjnych grzybkowych
Podstawowe elementy budowy zaworu regulacyjnego grzybkowego to:
1) korpus
2) zespół grzyba/gniazda
3) dławnica
4) siłownik
Na co zwrócić uwagę, podczas doboru zaworu regulacyjnego?
Odpowiednio dobrany zawór regulacyjny jest bardzo istotny dla prawidłowego działania instalacji. Pamiętajmy, że parametry takie jak: medium, temperatura, wymagany przepływ, ciśnienie przed zaworem, ciśnienie za zaworem, funkcja, rozmiar zaworu i usytuowanie zaworu w systemie, to podstawy dla uzyskania optymalnego rozwiązania. Błędy na tym etapie mogą spowodować, że nasz system nigdy nie będzie działał na wydajnym poziomie.
Warto dodać, że za optymalnym wyborem zaworu stoi również właściwa charakterystyka jego pracy. Jest to zależność pomiędzy stopniem jego otwarcia i osiąganym natężeniem. Jeżeli zmiana przepływu odbywa się przy stałym spadku ciśnienia, mówimy o charakterystyce wewnętrznej.
Trzy główne charakterystyki zaworów to:
- liniowa (linear) – natężenie przepływu przez zawór jest wprost proporcjonalne do skoku grzyba w całym zakresie ruchu.
- stałoprocentowa (equal%) – powoduje taką samą procentową zmianę natężenia przepływu na określoną zmianę skoku zaworu.
- szybkootwierająca (quick open) – mały ruch trzpienia powoduje szybki przyrost przepływu przez zawór, ma mniejsze znaczenie dla zaworów regulacyjnych.
Ważnym aspektem jest również szczelność zaworu. Chociaż w większości zawory regulacyjne pracują dławiąc przepływ (więc są one częściowo otwarte), w niektórych przypadkach ważne jest całkowite odcięcie strumienia medium. O ile w przypadku zaworów otwórz/zamknij całkowita szczelność wydaje się wymogiem naturalnym, o tyle w odniesieniu do zaworów regulacyjnych już niekoniecznie.
Zjawiska niepożądane w pracy zaworów regulacyjnych
Natężenie przepływu w zaworze regulacyjnym jest wprost proporcjonalne do pierwiastka różnicy ciśnień. To stwierdzenie jest prawdziwe do momentu, w którym pewna wartość różnicy ciśnień zostaje przekroczona. W tym miejscu Δpmaks przepływu zaczyna być przepływem zdławionym. Następuje wtedy krytyczny spadek ciśnienia. Również przepływ zdławiony jest nazywany przepływem krytycznym i występuje, gdy wzrost spadku ciśnienia na zaworze nie powoduje już wzrostu przepływu. W przypadku cieczy, zdławienie przepływu zaczyna się pojawiać, gdy wystąpi flashing lub kawitacja natomiast w przypadku gazów, wtedy kiedy osiągnięta zostanie prędkość 1 Mach. zaworu.
Czym jest kawitacja?
Kawitacja w zaworze regulacyjnym, przez który przepływa ciecz, występuje, jeśli ciśnienie statyczne przepływającej cieczy spadnie do wartości mniejszej niż ciśnienie pary płynu pv. Zaczynają się tworzyć pęcherzyki pary, które hamują przepływ. Dzieje się to w momencie, kiedy ciecz znajduje się w miejscu największego przewężenia w zaworze (tzw. vena contracta), gdzie ciśnienie najniższe, a prędkość medium najwyższa. W dalszej części zaworu ciśnienie i objętość wzrasta, a prędkość maleje.
Flashing
W przypadku, gdy ciśnienie w obszarze vena contracta spadnie poniżej ciśnienia parowania cieczy, ale nie wzrośnie ponownie powyżej pv w dalszej części zaworu, mamy do czynienia ze zjawiskiem nazywanym jako flashing. Zarówno w przypadku niebezpieczeństwa wystąpienia kawitacji, jak i flashingu, zalecane jest stosowanie grzybów z perforacjami.
Podsumowując, dobór właściwego zaworu regulacyjnego wcale nie jest takie prosty, jak mogłoby się to wydawać. Prawidłową i bezawaryjną pracę zapewni szereg kluczowych parametrów. Warto zatem konsultować te kwestie ze specjalistami, którzy wraz ze wsparciem producenta, mogą zaproponować odpowiednie do potrzeb rozwiązanie techniczne.
Do zgłębienia wiedzy na temat regulatorów przemysłowych w aplikacjach przemysłowych, polecamy artykuł w „Pod kontrolą”
Akademia automatyki: Zawory regulacyjne w aplikacjach przemysłowych
