Zawory pilotowe Danfoss

Zawory pilotowe Danfoss
Pozycja regulatorów bezpośredniego działania pomimo nieustającego rozwoju układów regulacyjnych
elektronicznych jest nie do podważenia. Bezobsługowe działanie i trwałość są niewątpliwymi atutami
tych urządzeń. Jednak ze względu na proporcjonalną charakterystykę pracy w przypadku zaworów o
dużych średnicach a więc też dużych skokach grzybka otrzymujemy duże uchyby regulacji. Ponadto
regulatory te wykazują dużą niestabilność w zakresie małych obciążeń. Wady te udało się
wyeliminować Danfossowi w rozwiązaniu pracującym w oparciu o dwa zawory nastawcze o różnych
wymiarach.
Zasada działania zaworu pilotowego:
Rys. 1
Schematyczna budowa układu z zaworem sterującym typu regulator różnicy ciśnień i przepływu.
Główny zawór
Zawór pilotowy
Element sterujacy
Rurki impulsowe
Głównym elementem regulacji jest zawór membranowy o dużej średnicy zamontowany na przewodzie
głównym. Na przewodzie obejścia zamontowany jest regulator w tym przypadku różnicy ciśnień i
przepływu oraz dysza sterująca o małych stratach ciśnienia typu dyszy Venturiego.
Początkowo medium przepływa jedynie przez przewód obejścia. Równocześnie podczas przepływu
przez dyszę sterującą tworzy się względne podciśnienie odniesione do ciśnienia wejściowego zaworu
sterującego. Ta różnica ciśnień zależna od strumienia objętości przepływającego przez przewód
obejścia doprowadzana jest rurkami impulsowymi do napędu membranowego i służy do wysterowania
zaworu nastawczego. Dopóki różnica ciśnień jest mniejsza od określonej wartości, sprężyna utrzymuje
zawór główny w pozycji zamkniętej i układ jest regulowany jedynie poprzez regulator umieszczony na
przewodzie obejścia. Powyżej określonego przepływu granicznego w obejściu i związanej z nim różnicy
ciśnień w elemencie strującym zawór główny zaczyna pracować włączając się płynnie do regulacji.
Sytuacja taka ma miejsce, gdy przez przewód obejścia płynie około 45% maksymalnego strumienia
objętości. Gdy strumień ponownie maleje zawór główny zostaje zamknięty i regulacja odbywa się przy
wykorzystaniu regulatora na obejściu. Do całkowitego otwarcia zaworu nastawczego niezbędna jest
różnica ciśnień 1200mbar na napędzie membranowym, która występuje przy maksymalnej
przepustowości przez przewód obejścia.
! Zróżnicowane funkcje
W zależności od rodzaju zamontowanego regulatora na przewodzie obejścia Danfoss uzyskał układ,
który spełnia różnorodne wymagania. Na rysunku nr 2 przedstawiono układ z regulatorem różnicy
ciśnień. Fotografia zaworu pilotowego przedstawia połączony szeregowo regulator różnicy ciśnień i
zawór z napędem elektrycznym. W przypadku awarii uzyskano dzięki takiemu połączeniu możliwość
zamknięcia układu.
Rys. 2A
Regulator różnicy ciśnień
Możliwe są też dowolne kombinacje umożliwiające połączenie równoległe na przewodzie obejścia
dowolnego regulatora i normalnie zamkniętego zaworu z siłownikiem. W momencie wystąpienia takiej
potrzeby wysyłany jest impuls otwierający do siłownika i zawór otwiera przepływ na przewodzie
obejścia.
Połączenia mieszane umożliwiają, więc wykorzystanie jednego urządzenia do wielu funkcji.
! Analiza jakości regulacji zaworu pilotowego różnicy ciśnień
Przedsiębiorstwo „Therma” w Bielsku-Białej poddało stację wymiennikową badaniom mającym na celu
sprawdzenie przydatności zaworu pilotowego różnicy ciśnień o DN 65 produkcji Danfossa.
Stacja dostarcza ciepło na potrzeby centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej. Pracuje w
układzie szeregowo-równoległym z wymiennikami I i II stopnia.
Na wykresie 1 przedstawiono przebiegi zmian parametrów podczas normalnej pracy w godzinach
zwiększonego rozbioru.
Wykres 1
Objaśnienia:
P1-Ciśnienie manometryczne na zasilaniu (bar)
P2-Ciśnienie manometryczne na powrocie przed zaworem regulacyjnym (bar)
P3-Ciśnienie manometryczne na powrocie ze stacji (bar)
∆P=P1-P2
Q-Przepływ chwilowy (t/h)
Dla zmian wartości przepływu od wartości średniej +_ 2 do 8 % oraz zmian ciśnienia na zasilaniu w
granicach +_3 do 5 % a na powrocie+_ 24 do 29% przebieg wykresu zmienności wartości żądanej
różnicy ciśnienia przebiega prawie na jednym poziomie i nie przekracza zakładanej odchyłki +_5%.
Zauważono, że zwłaszcza przy małych przepływach poniżej 7% przepływu nominalnego pojawiają się
pulsacje ciśnienia. W następnych badaniach użycie tłumiacych pulsacje specjalnych zaworków
zabudowanych na rurkach impulsowych zniosło tę niedogodność.
Badania wykazały również bardzo dobrą współpracę zaworu pilotowego z zaworem głównym
nastawczym, Włączanie i wyłączanie zaworu nastawczego głównego odbywały się bez nagłych skoków
ciśnienia czy przepływu. Maksymalny uchyb regulacji w badanym układzie zależał od skoku grzybka
zaworu pilotowego na obejściu i dzięki temu był znacznie mniejszy od parametrów otrzymywanych w
niepilotowym regulatorze różnicy ciśnień.
! Wnioski.
Zawór pilotowy pozwala wyeliminować wady układów bezpośredniego działania w przypadku regulacji
dużych przepływów:
! Zapewnia dużą stabilność w utrzymywaniu żądanych parametrów pomimo znacznych wahań
przepływu.
! Umożliwia wysoką jakość regulacji i stabilność także w zakresie małych i niepełnych obciążeń
! Powoduje wydatne zmniejszenie rozmiarów regulatora co jest szczególnie przydatne przy
montażu tych urządzeń w komorach.
! stosowanie różnorodnych kombinacji urządzeń stwarza możliwość niewielkim kosztem
rozbudowania układu o kolejną funkcję
! daje szeroki zakres regulacji od 200:1 dla DN 65 do 750:1 dla DN 250
Autor: mgr inż. Dorota Musiał
Konsultacja: mgr inż. Zbigniew Lenarczyk