Ventiler og rørkoblinger

Ventiler og rørkoblinger Indholdsfortegnelse: 1. Ventiltyper... 2 Kegleventil (Sædeventil)... 2 Cylindergliderventil (stempelventil)... 4 Planskiveventilen... 5 Cylinderdrejeventil... 5 Drejespjældventilen (butterflyventilen)... 6 2. Ventilkoefficient... 6 Sammenkobling af flere ventiler:... 8 Tryktabsdiagram: Ventildimensionering, Vand... 9 3. Ventilkarakteristik... 10 Lineær karakteristik... 10 Ikke normerede karakteristikker... 12 4. Kavitation... 13 5. Ventilautoritet... 14 6. Installation... 20 System 1... 21 System 2... 21 System 3... 22 System 4... 23 7. Valg af ventil... 24 Rørdiagrammer... 27 Ventiler og rørkoblinger - Multi choice test... 29 Ofj Side 1

1. VENTILTYPER Indenfor VVS-teknikken anvendes hovedsageligt fem forskellige typer styringsventiler: Kegleventiler, planskiveventiler, cylinderdrejeventiler, cylindergliderventiler og drejespjældsventiler (butterflyventiler). Kegleventil (Sædeventil) Vandstrømmen styres af en kegle, som tætner mod et sæde. Tætningsfladens plan er altid vinkelret på spindelbevægelsen. Fig. 1: Kegleventil For at en kegleventil skal fungere korrekt, skal gennemstrømningsretningen være korrekt. Gennemstrømningsretningen er altid imod keglens bevægelse mod lukning. Hvis strømretningen vendes, kan der opstå vibrationer tæt ved lukkestillingen (badekarpropeffekten), hvilket kan skade ventilen. Den rigtige gennemstrømningsretning er altid angivet ved en pil på tovejsventiler og med bogstaver på trevejsventiler. Kegleventiler har en ganske ringe lækage ved lukket stilling (f.eks. 0,05% af max. gennemstrømning), og de kan anvendes til store trykfald. Trevejsventilen er, afhængigt af keglens udformning, enten udført som blandeventil eller som fordelingsventil. Blandeventilen har to indgangsporte og en fælles udgangsport, og blander to delstrømme til en fællesstrøm. Fordelingsventilen deler en fællesstrøm i to delstrømme og har keglehalvdelene vendte. Ofj Side 2

Fig. 2: Blandeventilen er den almindeligst forekommende. Ved lave trykfald kan blandeventilen ligeledes anvendes til fordeling. Tovejs kegleventiler i store dimensioner kræver stor lukkekraft af motoren ved store trykfald over ventilen. For at mindske den nødvendige lukkekraft er disse ventiler undertiden mere eller mindre aflastede. Ventilen er så konstrueret således, at trykfaldet over ventilen ikke giver nævneværdigt tryk på ventilkeglen. Fig. 3 viser et eksempel på en aflastet ventil. I en helt aflastet ventil er lukkekraften blot afhængig af friktionen ved pakningerne. Fig. 3: Aflastet ventil En anden udvikling af ventilkeglen er det såkaldte split-range princip. Ventilen har her på samme spindel to kegler, som dækker forskellige vandmængde-områder, og som træder i funktion efter hinanden, når ventilspindlen bevæger sig fra den ene yderstilling til den anden. Fig. 4 viser keglen i en sådan ventil. Ofj Side 3

Fig. 4: Split range ventil Den øverste keglehalvdel (2) er forskydelig på spindlen og har små kanaler langs spindlen. Når spindlen er i øverste stilling, er ventilen lukket mod port A. Når den derefter bevæger sig nedefter, åbnes først en vandpassage ved (5), hvor en meget lille vandmængde kan styres. Fjederen holder stadig keglen (2) lukket mod sit ydre sæde. Når stoppet (8) går mod keglen, følger denne med spindlen nedefter, og en vandpassage åbnes nu ved (4). Gennemstrømningen kan nu øges yderligere. Med dette princip kan reguleringsområdet gøres ca. 10 gange større end ved en konventionel ventil, hvilket indebærer, at den klarer store belastningsændringer og overdimensionerede anlæg. Cylindergliderventil (stempelventil) I cylindergliderventilen er der to koncentriske cylindre, af hvilke den yderste normalt er fastgjort i ventilhuset, og den indre manøvreres med spindlen. Når den indre cylinder bevæger sig opefter, fritlægges der huller i cylinderen, så der dannes en vandpassage. Ved at variere hullernes udformning og placering fås forskellige karakteristikker. Cylinderventilen er altid aflastet og kræver derfor relativ lille motorkraft. Ventiltypen anvendes først og fremmest ved fjernvarmeanlæg med meget høje differenstryk. Ofj Side 4

Fig. 5: Stempelventil Planskiveventilen Denne ventil har en drejelig skive, som ligger an mod et plant sæde ved hjælp af en fjeder. Fig. 6 Planskiveventil Når skiven drejes, afskærer den en større eller mindre del af vandstrømmen. Drejningsvinklen mellem lukket og åben stilling er 180 grader. Gennemstrømningsretningen skal her være således, at planskiven trykkes an mod sædet for at give tæthed i lukket stilling. Ved planskiveventilen skelner man i reglen ikke mellem blandings- og fordelingsanvendelse. En trevejs planskiveventil kan derfor anvendes på begge måder med godt resultat. Planskiveventilen er relativt billig, men har en større lækage i lukket stilling, da tætningen er ren metallisk. Den er derfor i stor udstrækning blevet erstattet af kegleventilen ved tovejsanvendelser, men anvendes stadig i varmeanlæg med små differenstryk. Cylinderdrejeventil Denne ventiltype har ej drejeligt cylinderudsnit der ligger an mod et sæde i ventilhuset. Cylinderudsnittet er parallelt med spindelen og fixeres ved hjælp af støttebeslag og trykkes mod sædet af fjedre. Ventilens karakteristik bestemmes af sædets udformning. Ventilen kan anvendes som fordeler eller blandeventil. Når ventilen anvendes som blandeventil skal det Ofj Side 5

maximale trykfald angivet i datablad iagttages. Maximal trykfald over ventil falder drastisk ved større ventiler. Anvendes ventilen som fordelerventil virker trykfaldet over ventilen som hjælp mod lækage ved lukket ventil. Drejningsviklen for ventilen er 90 grader og anvendes ventilen som to vejs ventil proppes shuntporten. Ventilen er prisgunstig og ikke særlig følsom overfor snavs. Drejespjældventilen (butterflyventilen) Denne ventil har et drejeligt spjæld, som styrer gennemstrømningen. Konstruktionen er enkel, og den optager kun lidt plads. Fig. 7: Spindlens drejningsvinkel er 90 grader. Drejespjældventilen har relativt dårlige reguleringsegenskaber. Den anvendes som tostillingsventil i varmeanlæg, hvor meget store vandmængder skal styres, og hvor der ikke stilles krav om god tæthed. 2. VENTILKOEFFICIENT Indsættes en ventil i et rørsystem, opstår der et trykfald over ventilen, som er proportionalt med kvadratet på gennemstrømningen. Ved fordobling af gennemstrømningen firedobles trykfaldet, og ved tredobling af gennemstrømningen nidobles trykfaldet o.s.v. For at slippe for at regne med gennemstrømningshastighed anvendes i stedet den såkaldte ventilkoefficient. Den angiver gennemstrømningen ved et bestemt trykfald. Gennemstrømningen kan derefter let beregnes ved andre trykfald. Ventilkoefficienten benævnes forskelligt, afhængigt af hvilke måleenheder, man har valgt. Indenfor VVS-teknikken anvendes oftest ventilkoefficienten K v, som beregnes efter følgende formel: K v = ventilkoefficient Q = gennemstrømning i m 3 /h Ofj Side 6

p = trykfald i bar (= [kp/cm 2] ) ς = mediets specifikke vægt i [kg/dm 3] (=1 for vand) Ofte forekommer benævnelsen K vs, som angiver K v -værdien ved helt åben ventil. Det er denne værdi, som er anført på ventilens mærkeskilt. Der findes ligeledes en ventilkoefficient, som bygger på SI-systemet, men som desværre ikke har fået nogen større anvendelse. Denne ventilkoefficient benævnes Av. Q A v = ς P A v = ventilkoefficient Q = gennemstrømning i m 3 /s p = trykfald i Pa ς = mediets specifikke vægt i kg/m 3 En mangel ved A v -koefficienten er, at tallene bliver uhåndterligt små. Omregning til K v, sker efter formlen: K v = A v 3,6 10 4 Indenfor procesindustrien forekommer ofte den amerikanske ventilkoefficient C v, som bygger på amerikanske enheder. Omregning til K v sker efter formlen: K v = C v 0,85 Eksempel: Beregn Kv for en ventil med 3 m 3 /h vandstrøm ved 1,5 bar trykfald. 3 K v = = 2,5 1,5 Formlen gælder for vædsker med tilnærmelsesvis samme viskositet som vand. For medier med anden viskositet henvises til speciallitteratur vedr. hydronik. K vs -værdierne for en ventilserie er ofte valgt i en såkaldt Reynard-serie. Dette indebærer, at det procentuelle spring mellem to K vs -værdier hele tiden er lige stor. En almindelig serie er: 1,0-1,6-2,5-4,0-6,3-10 - 16 o.s.v. Hver K vs -værdi er her ca. 60% større end den foregående. Ved dimensionering af en ventil vælges normalt en K v -værdi indenfor -20% til +40% af den beregnede værdi. Dette område dækker præcis afstanden mellem to K vs -værdier i Reynard-serien, så man altid finder en passende K v -værdi. For at forenkle beregningen anvendes ofte et såkaldt tryktabsdiagram, som viser sammenhængen mellem gennemstrømning og modstand for en ventil. Diagrammet har logaritmisk inddeling, så hver K vs -værdi repræsenteres ved en lige linie med hældningen 2:1. Beregningen af en K vs -værdi ved hjælp af tryktabsdiagrammet sker på følgende måde: 1. Træk en vandret linie gennem det dimensionerende tryktab over ventilen. 2. Træk en lodret linie gennem den dimensionerende vandmængde. 3. Gå lodret ned fra skæringspunktet til den nærmeste K vs -linie og aflæs K vs -værdien 4. Træk en ny vandret linie gennem dette punkt. Tryktabet ved denne K vs kan da aflæses. Med denne metode vælger man normalt den nærmest større K vs - værdi, hvilket undertiden giver unødig overdimensionering. Ved nøjagtig beregning bør man derfor kontrollere med K vs -formlen, om den valgte K vs -værdi ligger indenfor -20... +40% af K v. Tryktabsdiagrammet kan også anvendes til at beregne ændringer i vandmængde og tryktab for en bestemt ventil. Ofj Side 7

Eksempel: En ventil med K vs = 2,5 har vandmængden 3 m 3 /h ved helt åben stilling. Hvad er tryktabet? Løsning: 1. Træk en lodret linie gennem 3 m 3 /h 2. Aflæs tryktabet, hvor denne linie skærer K vs -linien for 2,5 Sammenkobling af flere ventiler: Hvis to eller flere styreventiler parallelkobles, bliver den resulterende ventilkoefficient summen af de indgåede ventilkoefficienter. Når flere ventiler seriekobles, bliver den resulterende ventilkoefficient noget mere kompliceret. For to ventiler kan dette udtryk skrives som: K v1 K v 2 K v = 2 2 K 1 + K 2 v v Eksempel: To ventiler med K vs = 2 hhv. K vs = 3 seriekobles. Hvad bliver den resulterende Kvs-værdi? 2 3 K v = = 1,7 2 2 2 + 3 Ofj Side 8

Tryktabsdiagram: Ventildimensionering, Vand Ofj Side 9

3. VENTILKARAKTERISTIK Med ventilkarakteristik menes sammenhængen mellem vandstrømmen gennem ventilen og ventilspindlens stilling h. I datablade og beskrivelser af en ventil som separat komponent angiver man normalt karakteristikken ved konstant tryktab over ventilen (normalt 1 bar). Denne kaldes ofte ventilens egenkarakteristik. Da karakteristikken kan udformes på mange måder, har man efterhånden forsøgt at standardisere ventilernes egenkarakteristik til to stykker. Den lineære og den logaritmiske. Lineær karakteristik Den lineære karakteristik fås af følgende udtryk: K v = K vo + (K vs - K vo ) h. K v = vandmængde ved 1 bar tryktab K vs = ventilkoefficienten K vo = teoretisk mindste vandmængde h = relativ spindelstilling (0-1) Fig. 1 Lineær bevægelse Indenfor området fra K vs ned til K vo. er der lineær sammenhæng mellem vandstrøm og ventilbevægelse. For at en ventil kan kaldes lineær, skal dens egenkarakteristik følge denne kurve med visse givne tolerancer. Ved meget små vandmængder afviger ventilens karakteristik normalt fra den teoretiske, så den går ned til K v = 0, når ventilen lukker. Det punkt på karakteristikken, hvor den forlader den teoretiske kurve, kaldes K vr. Det er den mindste regulerbare vandmængde med bibeholdt karakteristik. Bemærk forskellen mellem K vo og K vr. K vo er en teoretisk værdi, som angiver hvor den lineære karakteristik begynder. K vr er den mindste gennemstrømning, hvor ventilen kan regulere med bibeholdt karakteristik. Ofte anvendes begrebet reguleringsområde R i stedet for K vr. R = K vs /K vr Ofj Side 10

For en standardventil indenfor VVS ligger R på ca. 30. Ventilen kan da regulere ned til en tredivetedel af maksimal gennemstrømning. Når ventilen er helt lukket (h=0), findes der en vis utæthed, som oftest angives i % af K vs. Denne afhænger af ventilens konstruktion og fremstillingstolerancer og således ikke direkte af K vo eller K vr Fig. 2 viser en forstørrelse af karakteristikken ved små vandmængder, og viser sammenhængen mellem K vo, K vr og lækage. Fig. 2: Den lineære karakteristik anvendes i anlæg med lineær overføringsfunktion, f.eks. niveau- og trykregulering samt ved varmtvandsanlæg (forbrugsvandsanlæg). Logaritmisk karakteristik Den logaritmiske karakteristik fås af følgende ret komplicerede udtryk: K vs h ln Kv 0 K v = K v0 e Betegnelserne er de samme som for lineær karakteristik. Fig. 3: Logaritmisk karakteristik Tegningen viser karakteristikken for to forskellige værdier af K vo. På den logaritmiske karakteristik har værdien af K vo virkning over hele arbejdsområdet og ikke blot ved næsten lukket ventil, hvilket jo er tilfældet ved lineær karakteristik. K v, er derfor en vigtig parameter ved logaritmisk karakteristik. Visse fabrikanter anvender n gl i stedet for K vo K vs / n gl = ln K vo, Omvendt gælder: K vs / K vo = e ngl Den logaritmiske karakteristik er den normale ved regulering af varme- og køleanlæg. Anledningen til dette er, at man tilstræber konstant procesforstærkning. Se afsnittet om ventilautoritet. Ofj Side 11

Ikke normerede karakteristikker Tidligere anvendtes oftest en kvadratisk karakteristik, hvor gennemstrømningen er proportional med kvadratet på spindelbevægelsen. Fig. 4: Kvadratisk karakteristik Man kan sige, den er et kompromis mellem lineær og logaritmisk funktion. Den anvendes til visse trevejsventiler til varmeanlæg. Det er ønskeligt ud fra et reguleringssynspunkt at have en konstant overføringsfaktor ved alle belastninger i en reguleringskreds. Det indebærer, at ventilen skal have en sådan karakteristik, at den afgivne effekt, dvs. temperaturen ved føleren, er lineært proportional med ventilspindlens stilling. En ventil med en sådan karakteristik kaldes effektlineær. Lineariteten er dog ikke blot afhængig af ventilens egenkarakteristik, men ligeledes af objektets og rørnettets egenskaber. Ventilen bliver derfor strengt taget kun effektlineær ved en type af objekt og ved en vis driftstilstand. Se afsnittet ventilautoritet. I praksis viser det sig, at den effektlineære karakteristik oftest ligger ganske tæt på den logaritmiske og derfor kan erstattes af en sådan. I en trevejsventil er der to regulerede strømme, og den har derfor to egenkarakteristikker, en for objektvejen og en for by-pass vejen. Hvis de to karakteristikker er ens, kaldes ventilen symmetrisk, og er de forskellige, kaldes den usymmetrisk. En symmetrisk ventil har den fordel, at man ikke behøver holde styr på, hvilken port der er objekt- hhv. by-pass port, da karakteristikkerne er ens. Når der anvendes en ikke lineær karakteristik, får man dog ret store variationer i den samlede strøm gennem ventilens arbejdsområde. Fig. 5 viser egenkarakteristikken for en symmetrisk lineær og for en symmetrisk logaritmisk trevejsventil. Ofj Side 12

Fig. 5: Som det ses, varierer den samlede strøm kraftigt på log-log-ventilen. En måde at fjerne denne mangel på er at gøre ventilen usymmetrisk. Fig. 6 viser egenkarakteristikken for en logaritmisk-lineær og en logaritmisk-komplementært logaritmisk ventil. I den sidstnævnte er den komplementære karakteristik udformet således, den samlede strøm bliver konstant. Fig. 6: Den egnede karakteristik kan dog ikke bestemmes blot ved at studere ventilens egenkarakteristik, men man må ligeledes tage hensyn til de øvrige tryktab i anlægget. Dette beskrives i afsnittene om ventilautoritet og valg af ventil. I en usymmetrisk ventil må man ikke forveksle objektporten og by-pass porten. Det ville medføre katastrofalt dårlige reguleringsegenskaber. 4. KAVITATION Kavitation kan opstå i ventiler med meget store trykfald, f.eks. i fjernvarmeanlæg. Når vandet passerer drøvlestedet i ventilen, øges dets strømningshastighed kraftigt. Det medfører, at det dynamiske tryk øges. Da det totale tryk er konstant, vil det statiske tryk følgelig mindskes. Ofj Side 13

Hvis strømningshastigheden er tilstrækkelig stor, vil det statiske tryk komme under vandets dampdannelsestryk. I vandet vil der så dannes blærer af vanddamp på grund af, at vandet koger, hvor hastigheden er størst, dvs. hvor gennemstrøm-ningsarealet er mindst. Når arealet derefter øges, mindskes strømhastigheden og det statiske tryk øges. Dampblærerne trykkes da sammen (imploderer), og dette sker under stor energi- og støjudvikling. Kavitationen giver anledning til kraftig erosion i ventilen, og ødelægger den på kort tid. Risikoen for kavitation øges ved: lavt statisk tryk stort trykfald over ventilen høj vandtemperatur uheldig ventilkonstruktion I databladet for ventilen findes ofte et kavitationsdiagram, hvormed man kan kontrollere, om der er risiko for kavitation. Eksempel: I et anlæg med 1000 kpa statisk tryk er vandtemperaturen 120 C. Hvor stort trykfald over ventilen kan tillades uden risiko for kavitation? Træk en vandret linie gennem 1000 kpa. Aflæs trykfaldet, hvor den skærer linien for 120 C. Dette giver et tilladeligt trykfald på 450 kpa. 5. VENTILAUTORITET Fig. I Kaviationsdiagram Hidtil har vi kun studeret ventilen som en særskilt komponent. Når den indkobles i et rørsystem, ændres visse af ventilens egenskaber mere eller mindre, hvilket vi nu skal studere nærmere. I et system, hvor vandstrømmen varierer, vil trykfaldet over hver del påvirkes. Som vi tidligere har set, er forholdet mellem trykfald og strømning kvadratisk. Ofj Side 14

Fig. 1: Ventil indkoblet i system I fig. 1 er en styreventil indkoblet i serie med en varmeflade, hvorigennem strømningen skal styres. Vi antager, at systemet er en del af et stort anlæg, så at drivtrykket ikke varierer med ventilspindlens stilling. Trykket P deles nu op i et trykfald over ventilen, et over varmefladen og et over rørsystemet. Naturligvis er summen af disse trykfald altid lig med P Se fig. 2. Hvis nu ventilspindlens stilling ændres, påvirker dette ventilens strømningsmodstand. Opdelingen af trykfaldet P vil nu ændres. Hvis ventilen f.eks. lukker, øges trykfaldet over ventilen og mindskes over varmefladen og rørsystemet. Trykfaldet over ventilen vil således variere med ventilspindlens stilling. Da vi studerede ventilens karakteristik, antog vi, at trykfaldet over ventilen hele tiden var det samme. I virkeligheden må vi altid regne med mere eller mindre varierende trykfald, hvilket indebærer, at ventilens karakteristik forandres. Man skelner derfor mellem ventilens egenkarakteristik, som fås ved konstant tryktab, og driftskarakteristikken, som afhænger af trykforholdene i kredsen. For på en enkel måde at angive, hvorledes trykforholdet varierer, anvender man ventilautoriteten (β), som beregnes på følgende måde: β = P vc / P.t. P vc = trykfald over helt åben ventil. P.t. = totalt trykfald i den del af systemet (incl. ventil), hvor ventilen påvirker strømningen. Eksempel: Antag at trykfaldet over helt åben ventil er 70 kap og over varmefladen 20 kap. Der ses bort fra trykfaldet i rørsystemet. Beregn ventilautoriteten. 70/ (70 + 20) = 78% β kan således teoretisk variere mellem nul og 100%. En lille værdi af β indebærer Ofj Side 15

et lille trykfald over styreventilen. Strømningen kommer da til for en stor del at bestemmes af de øvrige trykfald i systemet, og ventilen kan kun styre strømningen tæt ved lukket stilling, hvor trykfaldet over ventilen er størst. Man siger da, at ventilen har en dårlig autoritet. Fig. 4 viser, hvorledes karakteristikken forandres ved forskellig ventilautoritet for lineær og logaritmisk egenkarakteristik. Fig. 4: Karakteristikkens ændring ved forskellige ventilautoriteter Af diagrammet kan man se, at ændringen af karakteristikken er relativt beskeden ned til β = 50%. En tommelfingerregel er derfor, at β skal være mindst 50 % for at sikre en god funktion. Dette indebærer således, at mindst halvdelen af det til rådighed stående trykfald skal ligge over styreventilen, når den er helt åben. Dårlig ventilautoritet beror næsten altid på, at ventilen har unødig stor K vs -værdi (overdimensioneret). Det afhjælpes ved at vælge en ventil med mindre K vs -værdi. På den anden side er der ingen anledning til at stræbe efter 100% autoritet, for man får da et unødvendigt stort trykfald i systemet. Dette kræver en stor pumpe, hvilket er uøkonomisk og ligeledes kan give anledning til støjproblemer i anlægget. For trevejsventiler defineres ventilautoriteten på samme måde som for tovejsventiler. Her findes der dog to porte med variable strømme, hvorfor vi får to β-værdier at holde rede på. Se fig. 5. Ofj Side 16

Fig. 5: Bemærk at det kun er på strækningen fra punkt C til ventilen, at vi har en variabel strømning. Autoriteten for port A bliver således: β A = P v A / PA og for port B: β B = P v B/ PB Da trykfaldet i shuntledningen normalt er meget lille, vil β B ligge tæt ved 100%. Når man taler om ventilautoriteten for en trevejsventil, mener man derfor normalt, β A da det er denne, der afgør ventilens driftskarakteristik. Fig. 6 viser driftskarakteristikken for en lineær trevejsventil med β A = 50% og β B 100%. Den fælles strøm er nu ikke længere konstant, men varierer med ventilspindlens stilling. Man ser, at driftskarakteristikken ikke er symmetrisk. Fig. 6: For at beholde symmetrien må β A og β B ligge så tæt ved hinanden som muligt. Fig. 7 viser tilsvarende diagram, hvor β A = β B = 50%. Ofj Side 17

Fig. 7 l praksis løser man dette ved at installere en drøvleventil i shuntledningen, så at trykfaldet bliver lige stort i begge ledninger. Den fælles strøm vil dog stadig variere, og være størst, når ventilen er i midterstilling. At ventilen bliver usymmetrisk er normalt ikke noget problem, hvis man har en regulator med PI-funktion, da usymmetrien kompenseres i regulatoren. Drøvleventilen udelades derfor ofte. Når en trevejsventil med usymmetrisk karakteristik kobles ind i et system, påvirkes naturligvis også her den fælles vandstrøm. Anledningen til at man overhovedet anvender usymmetriske ventiler er, at man ønsker en konstant fælles vandstrøm. Karakteristikken må derfor tilpasses, så dette krav opfyldes ved den aktuelle type anlæg. Der findes derfor et stort antal usymmetriske karakteristikker, hvor kravet om konstant fællesstrøm opfyldes ved forskellige værdier af β. Ofte anvendes en logaritmisk-lineær, som ved β A = β B = 50%. giver en næsten konstant fælles vandstrøm. Se fig. 9. Fig. 9 Desværre kompliceres trykforholdet for trevejsventiler yderligere, da man ikke har konstant drivtryk, p, se fig. 5. Det indebærer, at summen af trykfaldet over ventilen og objektet varierer Ofj Side 18

med ventilspindlens stilling. Påvirkningen bliver størst, når der anvendes en ventil med stor forskel i fællesstrømmen. Årsagen er naturligvis, at drivtrykket kommer fra en pumpe, som har en vis karakteristik, og et trykfald i rørledningerne fra pumpen og frem til vort system. Det bliver ganske besværligt at beregne den resulterende driftskarakteristik, da alle disse parametre varierer. Forenklet kan man dog sige, at ændringen i fællesvandstrømmen formindskes uanset hvilken ventil, der anvendes. Hvis ventilspindlen ændrer stilling, så fællesstrømmen f.eks. mindskes, giver pumpen jo et ændret drivtryk, som modvirker ændringen i strømmen. Ofj Side 19

6. INSTALLATION En styreventil kan i princippet indkobles som vist i de følgende fem eksempler. Belastningen B er en varmebelastning f.eks. en varmeflade eller en radiatorkreds. Ofj Side 20

System 1 Fig. 2 Denne kobling anvendes hovedsageligt til regulering af varmevekslere, hvor man ønsker en lav returtemperatur. Ventildimensionering: P v = P - P L K v = Q P v β = P vc P Denne kobling anvendes ligeledes til små luftvarmeflader f.eks. zonevarmeflader, hvor der ikke er frostfare. System 2 Dette er en shuntgruppe med variabel strømning i primærkredsen og konstant strøm i sekundærkredsen. Den anvendes til større luftvarmeflader, hvor man kræver god frostsikring (ved fjernvarme). Cirkulationspumpen P giver en konstant vandstrøm gennem objektet og drøvleventilen Sv 2. Kontraventilen forhindrer, at vandet går i forkert retning gennem shuntledningen, nar pumpen P standses. Dimensionering af ventil Sv 1: Vandstrøm = Q Ofj Side 21

Trykfaldet over ventilen bliver lig med det indkommende drivtryk P Trykfald over kontraventil og Sv 3 ses der bort fra ved dimensioneringen. Q K v = P Ventilautoritet: Trykfaldet over objektet er her konstant og påvirkes ikke af stillingen af Sv 1. Ventilautoriteten bestemmes derfor kun af trykfaldet over kontraventilen og Sv 3. Hvis kredsen er rigtigt dimensioneret, bliver disse trykfald små sammenlignet med trykfaldet over Sv 1. Ventilautoriteten bliver da tæt ved 100%. Hvis derimod Sv 1 er overdimensioneret, skal der ligge et vist trykfald over Sv 3, for at man skal få den rette vandmængde. Og ventilautoriteten falder. Indregulering af Sv 2 for at få laveste returtemperatur. A: Hvis der findes indreguleringsventiler med måleudtag: 1 Luk Sv 1. 2 Mål trykfaldet over Sv 2, og indjustér til den dimensionerede strømning til objektet. B: Hvis der ikke findes måleudtag: 1 Sv 1 åbnes helt. 2 Sv 2 drosles ned, så temperaturen i fremløbsledningen bliver ens på primær- og sekundærsiden. Indregulering af Sv 3: C: Hvis der ikke findes indreguleringsventil med måleudtag: 1 Sv 1 åbnes helt. 2 Mål trykfaldet over kontraventilen, og indjustér Sv 3, så dette bliver nul. Hvis dette ikke er muligt, måles trykfaldet over Sv 3, og gennemstrømningen justeres ind til den dimensionerede strøm på primærsiden. D: Hvis der ikke er måleudtag: Sv 3 åbnes helt. System 3 Fig. 3: Ofj Side 22

Dette er en shuntgruppe med konstant strøm i primærkredsen og variabel strøm gennem belastningen. Hvis trykfaldet over belastningen er relativt stort i forhold til trykfaldet over ventilen, kan der monteres en indreguleringsventil (drøvleventil) i shuntledningen. Dimensionering af Sv 1: P v = P - P L K v = Q P v β = Koblingen anvendes for små varmebelastninger i systemer med konstant vandstrøm. Indregulering af Sv 2.Sv 1 åbnes helt mod shuntporten (lukket for varmen). Sv 2 knibes, så at trykfaldet bliver lig med det dimensionerede trykfald for belastningen. P sv2 = P L System 4 P v P Dette er en shuntgruppe med tilsvarende anvendelser som system 2. Forskellen er, at både primær- og sekundærstrømmen er konstant. Koblingen anvendes i større kedelcentraler, hvor hvert objekt reguleres individuelt. Ventildimensionering og indregulering sker på nøjagtig samme måde som i system 2. System 5 Fig. 5 Ofj Side 23

Dette er ligeledes en shuntgruppe med konstante primær- og sekundærstrømme. Sekundærpumpen transporterer vandet gennem belastning og ventil. Afhængigt af styreventilens stilling trækker den mere eller mindre varmt vand fra primærsiden. Sammenlignet med system 4 har denne kobling den fordel, at trykforandringer i distributionssystemet ikke påvirker shuntgruppen. Dette indebærer. at sekundærkredsen heller ikke kan påvirke distributionssystemet. Dimensioneringen af store systemer med flere shuntgrupper bliver derved enklere. Koblingen har dog også mangler. Normalt får man en vis strømningsvariation gennem belastningen, hvis ventilen ikke har konstant fællesstrøm. Gruppen er ligeledes vanskelig at ombygge til en eventuel fjernvarmetilslutning. I dette system skal ventilen dimensioneres efter sekundærstrømmen, dvs. strømmen gennem belastningen. Iøvrigt sker dimensionering og indregulering på samme måde. 7. VALG AF VENTIL For at forstå hvilken karakteristik af ventilen, der er passende, må vi først studere et komplet reguleringssystem. Se fig. la. Systemet er ligeledes tegnet som et blokskema. Hver blok kendetegnes af et udgangssignal, som påvirkes af sit indgangssignal. Fig. 1b: Blokskema for reguleringssystem iflg. 1a Forholdet mellem en ændring af udgangssignalet: og tilsvarende indgangssignalændring for en blok kaldes overføringsfaktoren eller forstærkningen. Systemets totale forstærkning Ks bliver produktet af samtlige blokkes forstærkninger. Ofj Side 24

Da systemet er tilbagekoblet, er der imidlertid risiko for ustabilitet, hvis systemforstærkningen overskrider en kritisk værdi, som bl.a. beror på tidsforsinkelsen. I regulatoren er der derfor mulighed for at indstille forstærkningen (P-båndet), så den kritiske værdi ikke opnås, og systemet bliver stabilt. Det er derfor vigtigt, at systemforstærkningen er konstant og ikke varierer med belastningen, således at systemet beholder sin stabilitet under alle driftsforhold. Ønsket om en konstant systemforstærkning indebærer, at man tilstræber et lineært forhold mellem indgangssignaler og udgangssignaler i alle funktionsblokke. Fig. 2: I praksis er det dog umuligt altid at få alle komponenter lineære. Først og fremmest har varmevekslere af forskellige typer større eller mindre ulinearitet. Se fig. 2, hvor den afgivne varmeeffekt for en luftvarmeflade vises som funktion af den tilførte vandstrøm ved nogle forskellige værdier af t. Man forsøger da i stedet at tilpasse styreventilens karakteristik, så den sammen med varmeveksleren giver et lineært forhold mellem ventilspindlens stilling og den afgivne effekt. Tilpasningen kan illustreres med følgende diagram. Fig. 3: Ofj Side 25

I praksis kan man normalt ikke gennemføre denne tilpasning for hvert system, fordi alle de data, som behøves for en fuldstændig analyse, i reglen ikke forefindes ved projekteringen. Desuden er man henvist til de karakteristikker, som fabrikanterne leverer, hvilket stort set er lineær og logaritmisk. Dette dækker dog praktisk alle tilpasninger med godt reguleringsresultat. En god tommelfingerregel er, at der anvendes logaritmisk karakteristik ved regulering af systemer, hvor der sker en eller anden form for varmeoverførsel (f.eks. varmevekslere, luftvarmeflader), og lineær karakteristik hvor der sker blanding af forskellige medier (f.eks. varmt brugsvand, trykregulering). For at være sikker på at en anlæg kan yde fuld udgangseffekt under alle driftsforhold, dimensioneres det normalt for det mest ugunstige tilfælde, dvs. ved det mindst tilladte drivtryk. Under normale driftsforhold er ventilen da overdimensioneret. Dette indebærer, at kun en del af ventilens slaglængde udnyttes. Det er ikke usædvanligt, at ventilen på denne måde er to eller tre gange for stor. Hvis der derefter anvendes en indreguleringsventil for at mindske vandstrømmen til den korrekte værdi, når styreventilen er helt åben, vil trykfaldet over styreventilen mindskes, og vi får en dårlig ventilautoritet. Det er således vigtigt, at ventilen ikke overdimensioneres mere end nødvendigt, for at den skal beholde sine reguleringsegenskaber. Som vi ser, er det et stort antal faktorer, som påvirker den resulterende karakteristik på ventil og objekt. For at lette valget af ventil, kan man anvende tabeller, der anbefaler ventiltype til en given opgave. Her er den resulterende procesforstærkning Ks beregnet for et antal forskellige systemer og ventiler. Et ideelt system med lineær karakteristik indebærer, at Ks = 1. I virkeligheden opnår man aldrig dette over hele arbejdsområdet. Hvis Ks ligger indenfor 0,7... 1,5, får vi et næsten lineært system med gode reguleringsegenskaber. Disse områder er markeret med en sort ring. Når Ks ligger indenfor 0,4... 2,5, er reguleringsegenskaberne stadig acceptable, men kræver omhyggelig indregulering. Disse områder er markeret med en sort firkant. Hvis Ks ligger udenfor disse grænser, får vi stor variation i forstærkningen. Den pågældende ventil har da en uheldig karakteristik. Ofj Side 26

RØRDIAGRAMMER M Flade Filter Circ. pumpe Rørkobling med konstant vandmængde i primær og sekundærkreds Blandeventil i primærkreds Flade Filter M Circ. pumpe Rørkobling med konstant vandmængde i primær og sekundærkreds Blandeventil i sekundærkreds M P2 Flade Filter P1 Circ. pumpe Rørkobling med konstant vandmængde i sekundærkreds 2 vejs ventil i primærkreds (fjernvarme) Ofj Side 27

P2 Flade Filter P1 M Circ. pumpe Rørkobling med 3 vejs blandeventil i sekundærkreds Eks. beh. Filter M Circ. pumpe Rørkobling for genvindingsflader med konstant vandmængde i varmefladen Damp Manometer Filter M Dræn Flade Kondensat Vandudlader Filter Aftapning Vandudlader Filter Dampstrømsregulering med 2 vejs dampventil på dampsiden Ofj Side 28

VENTILER OG RØRKOBLINGER - MULTI CHOICE TEST Ventiltype der ikke anvendes som reguleringsventil er: Kegle sæde ventil Kugleventil Cylinderdrejeventil En aflastet ventil er en: Tre vejs ventil, der selv udbalancerer vandstrømmen 2 vejs ventil der kan manøvreres med ringe motorkraft Tre vejs ventil, hvor trykket er ens på reguleringsportene Ventilkoefficienten er: Væskestrømmen i en ventil i m 3 /h ved et trykfald på 1 bar Den vandmængde ventilen giver ved fuld åbning En angivelse af dimensionen for ventilens rørtilslutning En reguleringsventils karakteristik bestemmes af: Ventilens rørtilslutning Udformningen af sæde og kegle Trykket før og efter ventilen Kaviation opstår fordi: Ventilen er for stor Vandet koger i ventilen Det statiske tryk i systemet er for højt En reguleringsventils autoritet er bestemt af: Forholdet mellem rørdimension og ventildimension Trykfaldet over ventil i forhold til apparater og rørstræk med variabel vandmængde Gennemstrømningen i forhold til pumpens kapacitet Ved dimensionering af en reguleringsventil ønskes: En ventilautoritet på minimum 50 % Samme dimension som forsyningsrørene At halvdelen af cirkulationspumpens tryk ligger over ventilen Ved kontrol af en blandesløjfe: Checkes bl. a. komponentplaceringen i rørsystemet Ofj Side 29

Kontrolleres blot reguleringsventilens vandring. Aflæses returtemperaturen fra blandesløjfen Ved valg af reguleringsventil til en varmeflade vælges: En symmetrisk tre vejs ventil En ventil med logaritmisk karakteristik En ventil med lineær karakteristik Navn Ofj Side 30