| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Технический комитет по стандартизации Закрытое акционерное общество «Научно-производственная фирма
СТАНДАРТ ЦКБА СТ ЦКБА 040-2006 Арматура трубопроводная АРМАТУРА РЕГУЛИРУЮЩАЯ. Предисловие 1 РАЗРАБОТАН Закрытым акционерным обществом «Научно - производственная фирма «Центральное конструкторское бюро арматуростроения» (ЗАО «НПФ «ЦКБА»). 2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом ЗАО «НПФ «ЦКБА» от 29.12.2006 г. № 69. 3 СОГЛАСОВАН Техническим комитетом по стандартизации «Трубопроводная арматура и сильфоны» (ТК 259). 4 ВЗАМЕН РД РТМ 26-07-256-84 «Расчет и выбор регулирующих клапанов» СОДЕРЖАНИЕ
Дата введения 01.07.2007 г. 1 Область применения1.1 Настоящий стандарт распространяется на регулирующую арматуру различного типа (односедельные, двухседельные и клеточные клапаны, шаровые краны, дисковые затворы и т.д.), применяемую в гидравлических системах, транспортирующих однофазные ньютоновские среды в диапазоне режимов течения от ламинарного до развитой кавитации для несжимаемых сред (жидкостей) и до критических режимов течения для сжимаемых сред (газов). Настоящий стандарт устанавливает: - критерии выбора регулирующей арматуры; - методику выбора условной пропускной способности Kvy и номинального диаметра DN. 2 Критерии расчета и выбора РА2.1 Условные обозначения, термины с соответствующими определениями и сокращения, применяемые в настоящем стандарте, приведены в Приложении А. 2.2 Для обеспечения оптимальной и устойчивой работы РА в течение заданного срока службы должны быть соблюдены следующие критерии. 2.2.1 Температура среды на входе РА Т1 не должна превышать допустимого значения температуры рабочей среды Тдоп, указанной в КД Т1 ≤ Тдоп. (2.1) 2.2.2 Абсолютное давление на входе закрытой PA P1 не должно превышать максимальное рабочее давление Рр, указанное в КД и определенное при наибольшей температуре рабочей среды P1 ≤ Pр + 1. (2.2) 2.2.3 Минимальные потери давления (перепад давления) на РА ΔРРА min при максимальном расходе рабочей среды должны составлять не менее 40 % от потерь давления во всей ГС. 2.2.4 Перепад давления на закрытой РА ΔРРА не должен превышать допустимого перепада давления ΔРдоп, указанного в КД и определенного исходя из максимального усилия, развиваемого приводом ΔРРА ≤ ΔРдоп, (2.3) где ΔРдоп = P1 max - P2 min; P1 max - максимальное давление, создаваемое источником напора; P2 min - минимальное давление за клапаном. 2.2.5 Перепад давления на РА в промежуточном положении РЭл не должен превышать допустимый перепад давления, возникающий на штоке РА от гидродинамического воздействия рабочей среды. 2.2.6 При регулировании потока несжимаемой среды (жидкости) во всем диапазоне изменения хода РЭл (от минимального значения хода, при котором обеспечивается вид пропускной характеристики, до полностью открытого положения) перепад давления на РА ΔРРА не должен превышать допустимый кавитационный перепад ΔРдоп = ΔРбк, соответствующий началу паровой кавитации ΔPPA(l) ≤ ΔРбк(l). (2.4) 2.2.7 Отношение максимального расчетного значения пропускной способности Kvp к принятому значению условной пропускной способности Kvy должно находиться в диапазоне (2.5) Для линейной пропускной характеристики: N1 = 0,60; N2 = 0,92. Для равнопроцентной пропускной характеристики: N1 = 0,22; N2 = 0,75. 2.2.8 Значение расчетного диапазона регулирования Др, равное отношению максимального расчетного значения пропускной способности Kvр тах к минимальному Kvp min, должно быть не более диапазона регулирования Д, указанного в ТД (2.6) 2.2.9 Номинальный диаметр DN PA должен находиться в пределах 0,25 ∙ Dmp ≤ DN ≤ Dmp. (2.7) 2.2.10 Диаметр трубопровода следует выбирать исходя из условия (2.8) Максимальная скорость среды в трубопроводе на выходе из РА должна быть не более: для жидкости - V2 ≤ 10 м/с (скорость, при которой гарантируется отсутствие вибраций); для газа - V2 ≤ 90 м/с (скорость, при которой гарантируется допустимый уровень звукового давления 10 дБА). 3 Расчет пропускной способности и выбор номинального диаметра РА при течении несжимаемых сред3.1 Перечень исходных данных для расчета, а также исходные данные для примера расчета, приведены в таблице 1. В таблице 1 указываются значения расходов, давлений и перепадов давления для нескольких режимов работы РА: режим I: Qм max - максимальный массовый расход рабочей среды; P1(1) - абсолютное давление на входе РА при максимальном расходе среды; ΔPPA min - минимальный перепад давления на РА, соответствующий максимальному расходу среды; режим II: Qм min - минимальный массовый расход рабочей среды; P1 - абсолютное давление на входе РА при минимальном расходе среды; ΔР - перепад давления на РА, соответствующий минимальному расходу среды; режимы III ... N: - Заказчик указывает значения массовых расходов в диапазоне [Qм min; Qм max] и соответствующие им значения давления на входе РА и перепада давления на РА с целью определения возможности возникновения кавитационных режимов на промежуточных положениях РЭл. 3.2 Выбор типа РА следует проводить в соответствии с рекомендациями, приведенными в Приложении Б. 3.3 Алгоритм расчета, а также пример расчета приведен в таблице 2. Таблица 1
В гидравлическую систему следует установить односедельный регулирующий клапан номинального диаметра DN 80 с условной пропускной способностью Kvy = 63 м3/ч. Схема установки РА на трубопроводе приведена на рисунке 1. 1, 3, 7, 9 - трубопровод; 2, 8 - ЗА; 4 - конфузор; 5 - РА; 6 - конфузор Рисунок 1 - Схема установки РА на трубопроводе Основные размеры обвязки РА приведены в таблице 3. Таблица 3
4 Расчет пропускной способности и выбор номинального диаметра РА при течении сжимаемых сред4.1 Перечень исходных данных для расчета, а также исходные данные для примера расчета, приведены в таблице 4. В таблице 4 указываются значения расходов, давлений и перепадов давления для следующих режимов работы РА: режим I: Qм max - максимальный массовый расход рабочей среды, P1(1) - абсолютное давление на входе РА при максимальном расходе среды, ΔPPA min - минимальный перепад давления на РА, соответствующий максимальному расходу среды; режим II: Qм min - минимальный массовый расход рабочей среды, P1 - абсолютное давление на входе РА при минимальном расходе среды, ΔР - перепад давления на РА, соответствующий минимальному расходу среды. Таблица 4
4.2 Выбор типа РА следует проводить в соответствии с рекомендациями, приведенными в Приложении Б. 4.3 Алгоритм расчета, а также пример расчета приведены в таблице 5. Таблица 5
4.4 Результаты примера расчета В гидравлическую систему следует установить двухседельный регулирующий клапан номинального диаметра DN 40 с условной пропускной способностью Kvy = 25 м3/ч. Схема установки РА на трубопроводе приведена на рисунке 2. 1, 3, 7, 9 - трубопровод; 2, 8 - ЗА; 4 - конфузор; 5 - РА; 6 - конфузор Рисунок 2 - Схема установки РА на трубопроводе Основные размеры обвязки РА приведены в таблице 6. Таблица 6
Приложение А
|
В.2.1.1 Устранение кавитации с помощью изменения места установки РА |
|
Изменить место установки РА в ГС |
переместить РА выше по потоку, вследствие чего давление на входе РА увеличивается |
Для нового значения давления P1(1) до РА выполнить расчет в соответствии с 3.3.2 |
|
Если Kc(1)треб > 1 |
в данной ГС любая РА будет работать в режиме кавитации и для его устранения следует применить методы устранения кавитации описанные в В.2.1.2 - В.2.1.5 |
Если Кс(1)треб < 1 |
- определить режим течения в соответствии с 3.3.2; - в соответствии с 3.3.3 - 3.3.7: а) рассчитать Kvp; б) определить Кvу и DN |
В.2.1.2 Устранение кавитации с помощью установки одной диафрагмы (вариант 3 схемы обвязки РА - рисунок В.3) |
|
Принять |
минимальный перепад давления на PA ΔPPA min равным ΔРбк ΔРРА min = ΔРбк |
Рассчитать |
Pш1 = P1 - ΔPбk |
Если Pш1 < Рнп |
жидкость кипит, кавитации в РА нет, но через нее проходит парожидкостная смесь. Расчет и выбор РА следует проводить для условия течения парожидкостной смеси |
Если Рш1 ≥ Рнп |
рассчитать ΔРш1 = ΔР - (ΔРк + ΔРд) - ΔРбк;
|
Если Гп(т) > 0,6934 |
методы устранения кавитации применять не требуется |
Если Гп(т) < 9,4930 ∙ 10-4 |
следует применить методы устранения кавитации, описанные в В.2.1.3 - В.2.1.5 |
Если 9,4930 ∙ 10-4 ≤ Гп(т) Гп(т) ≤ 0,6934 |
- найти значение тр1 по значению Гп(т) по таблице В.3 методом линейной интерполяции; - рассчитать |
Если Cм(m)1 ≥ 0,4883 |
принять (mp1)н = 0,64 |
Если Cм(m)1 ≤ 0,0299 |
принять (mp1)н = 0,05 |
Если 0,0299 < См(т)1 < 0,4883 |
найти значение (mp1)н по значению См(т)1 по таблице В.3 методом линейной интерполяции |
Если условие (mp1)н ≤ mp1 не выполняется |
следует применить методы устранения кавитации, описанные в В.2.1.3 -В.2.1.5 |
Если условие (тр1)н ≤ тр1 выполняется |
- принять тш = mp1, где mp1 - определен по значению Гп(т) по таблице В.3 методом линейной интерполяции; - рассчитать - расчет закончен |
В.2.1.3 Устранение кавитации с помощью пакета диафрагм (вариант 4 схемы обвязки РА - рисунок В.4) |
|
Расчет каждой диафрагмы проводить в соответствии с В.2.1.2 |
|
Принять |
- на каждой диафрагме бескавитационный перепад давления ΔРш = ΔРбк; - давление до диафрагмы равным давлению после предыдущей диафрагмы (Pш1)i = (Рш2)i - 1 |
В.2.1.4 Устранение кавитации с помощью установки дополнительной РА (вариант 5 схемы обвязки РА - рисунок В.5) |
|
Первой по направлению потока устанавливается РА, выбранная в 3.3.1 - 3.3.3 и 3.3.5 - 3.3.6 |
|
Рассчитать |
- давление на входе во вторую PA (P1p)II = P1p - (ΔРРА min)I; - перепад давления на второй PA (ΔPPA)II = (P1p)II - P2 |
Определить режим течения в соответствии с 3.3.2 |
|
Если условие (2.4) выполняется |
- принять DNI = DNII; - рассчитать KvpII в соответствии с 3.3.3; - выбрать KvyII в соответствии с 3.3.3 и 3.3.7 |
Если условие (2.4) не выполняется |
- либо выбрать первую РА с большими коэффициентами кавитации и повторить выбор РА в соответствии с 3.3.1 - 3.3.7 и В.2.1.4; - либо применить методы устранения кавитации, описанные в В.2.1.3, В.2.1.5 |
В.2.1.5 Устранение кавитации с помощью установки дополнительной РА и диафрагмы (вариант 6 схемы обвязки РА - рисунок В.6) |
|
Первой по направлению потока устанавливается РА, выбранная в 3.3.1 - 3.3.3 и 3.3.5 - 3.3.6 |
|
Выбор второй РА |
в соответствии с В.2.1.4 |
Расчет диафрагмы |
в соответствии с В.2.1.2 |
В.3 Методы устранения критических режимов течения сжимаемых сред
В.3.1 Алгоритм расчета приведен в таблице В.2.
Таблица В.2
В.3.1.1 Устранение критического режима течения с помощью диафрагмы (вариант 3 схемы обвязки РА - рисунок В.3) |
|
Рассчитать |
|
Принять |
Рш1 = Р2р - давление на входе в диафрагму Рш1 равным предельному давлению на выходе PA P2p |
Рассчитать |
ΔРш1 = Рш1 - P2p;
где K1 - определяется по справочникам теплофизических свойств газов при значении Р = Рш1, либо по 4.3.2 |
Если Гп(т) < 9,4930 ∙ 10-4 |
следует применить методы устранения критических режимов, описанные в В.3.1.2 - В.3.1.4 |
Если Гп(т) ≥ 9,4930 ∙ 10-4 |
- найти значения (тр1)1 и Гс(тр1)I по значению Гп(т) по таблице В.3 методом линейной интерполяции; - рассчитать - уточнить значения (тр1)2 и Гс(тр1)2 по значению Гп(тр1)1 по таблице В.3; рассчитать - уточнить значения (тр1)3 и Гс(тр1)3 по значению Гп(тр1)2 по таблице В.3 |
Если условие (тр1)2 - (тр1)3 ≤ 0,00005 выполняется |
принять (тр1)1 = (тр1)3 |
Если условие (тр1)2 - (тр1)3 ≤ 0,00005 не выполняется |
- рассчитать - уточнить значения (mp1)4 и Гс(тр1)4 по значению Гп(тр1)2 по таблице В.3 - процедуру расчета модуля диафрагмы продолжать до тех пор, пока не выполнится условие (тр1)i - 1 - (тр1)i ≤ 0,00005; - рассчитать - уточнить |
Если условие не выполняется |
следует применить методы устранения критических режимов, описанные в В.3.1.2 - В.3.1.4 |
Если |
расчет закончен |
В.3.1.2 Устранение критического режима течения с помощью установки пакета диафрагм (вариант 4 схемы обвязки РА - рисунок В.4) |
|
Расчет каждой диафрагмы проводить в соответствии с В.3.1.2 |
|
Принять для каждой диафрагмы |
(Pш1)i = (Pш2)i - 1; (ΔРш)i = (ΔРш)i - 1 |
В.3.1.3 Устранение критического режима течения с помощью установки дополнительной РА (вариант 5 схемы обвязки РА - рисунок В.5) |
|
Первой по направлению потока устанавливается РА, выбранная в 4.3.1 - 4.3.3 и 4.3.5 - 4.3.6 |
|
Принять |
DN1 = DN2; (P1p)2 = (P2p)1; (Р2р)2 = Р2p |
Выбор второй РА |
|
В.3.1.4 Устранение критического режима течения с помощью установки дополнительной РА и диафрагмы (вариант 6 схемы обвязки РА - рисунок В.6) |
|
Первой по направлению потока устанавливается РА, выбранная в 4.3.1 - 4.3.3 и 4.3.5 - 4.3.6 |
|
Выбор второй РА |
в соответствии с В.3.1.3 |
Расчет диафрагмы |
в соответствии с В.3.1.1 |
См(т) |
Гп(т) |
Гс(т) |
|
0,05 |
0,0299 |
9,493Е-04 |
0,4362 |
0,06 |
0,0359 |
1,386Е-03 |
0,4419 |
0,07 |
0,0420 |
1,915Е-03 |
0,4478 |
0,08 |
0,0480 |
2,538Е-03 |
0,4598 |
0,09 |
0,0541 |
3,260Е-03 |
0,4600 |
0,10 |
0,0602 |
4,086Е-03 |
0,4665 |
0,11 |
0,0663 |
5,021Е-03 |
0,4731 |
0,12 |
0,0725 |
6,070Е-03 |
0,4799 |
0,13 |
0,0786 |
7,239Е-03 |
0,4869 |
0,14 |
0,0848 |
8,533Е-03 |
0,4942 |
0,15 |
0,0911 |
9,958Е-03 |
0,5016 |
0,16 |
0,0974 |
1,152Е-02 |
0,5093 |
0,17 |
0,1037 |
1,323Е-02 |
0,5173 |
0,18 |
0,1100 |
1,510Е-02 |
0,5255 |
0,19 |
0,1164 |
1,712Е-02 |
0,5340 |
0,20 |
0,1228 |
1,931Е-02 |
0,5427 |
0,21 |
0,1293 |
2,169Е-02 |
0,5518 |
0,22 |
0,1358 |
2,452Е-02 |
0,5612 |
0,23 |
0,1424 |
2,701Е-02 |
0,5758 |
0,24 |
0,1490 |
2,998Е-02 |
0,5808 |
0,25 |
0,1557 |
3,318Е-02 |
0,5911 |
0,26 |
0,1624 |
3,661Е-02 |
0,6018 |
0,27 |
0,1692 |
4,029Е-02 |
0,6129 |
0,28 |
0,1760 |
4,423Е-02 |
0,6244 |
0,29 |
0,1829 |
4,845Е-02 |
0,6362 |
0,30 |
0,1899 |
5,297Е-02 |
0,6485 |
0,31 |
0,1969 |
5,781Е-02 |
0,6612 |
0,32 |
0,2040 |
6,298Е-02 |
0,6744 |
0,33 |
0,2112 |
6,850Е-02 |
0,6881 |
0,34 |
0,2185 |
7,440Е-02 |
0,7023 |
0,35 |
0,2258 |
8,071Е-02 |
0,7170 |
0,36 |
0,2332 |
8,744Е-02 |
0,7323 |
0,37 |
0,2407 |
9,463Е-02 |
0,7482 |
0,38 |
0,2482 |
1,023Е-01 |
0,7647 |
0,39 |
0,2559 |
1,105Е-01 |
0,7818 |
0,40 |
0,2636 |
1,193Е-01 |
0,7997 |
0,41 |
0,2715 |
1,286Е-01 |
0,8182 |
0,42 |
0,2793 |
1,386Е-01 |
0,8376 |
0,43 |
0,2874 |
1,493Е-01 |
0,8577 |
0,44 |
0,2956 |
1,607Е-01 |
0,8787 |
0,45 |
0,3038 |
1,729E-01 |
0,9006 |
0,46 |
0,3122 |
1,859Е-01 |
0,9234 |
0,47 |
0,3206 |
1,999Е-01 |
0,9473 |
0,48 |
0,3292 |
2,148Е-01 |
0,9723 |
0,49 |
0,3380 |
2,308Е-01 |
0,9984 |
0,50 |
0,3468 |
2,408Е-01 |
1,0258 |
0,51 |
0,3558 |
2,664Е-01 |
1,0545 |
0,52 |
0,3649 |
2,862Е-01 |
1,0846 |
0,53 |
0,3742 |
3,075Е-01 |
1,1162 |
0,54 |
0,3836 |
3,304Е-01 |
1,1495 |
0,55 |
0,3932 |
3,550Е-01 |
1,1845 |
0,56 |
0,4030 |
3,816Е-01 |
1,2214 |
0,57 |
0,4129 |
4,103Е-01 |
1,2604 |
0,58 |
0,4230 |
4,414Е-01 |
1,3016 |
0,59 |
0,4334 |
4,750Е-01 |
1,3453 |
0,60 |
0,4439 |
5,115Е-01 |
1,3916 |
0,61 |
0,4546 |
5,512Е-01 |
1,4448 |
0,62 |
0,4656 |
5,945Е-01 |
1,4934 |
0,63 |
0,4768 |
6,420Е-01 |
1,5494 |
0,64 |
0,4883 |
6,943Е-01 |
1,6094 |
Гидродинамические характеристики РА
Таблица Г.1
Тип РА |
Коэффициенты |
||
а |
b |
с |
|
Односедельные клапаны |
55,4 |
1,70800 |
1,1770 |
Двухнедельные клапаны |
160,0 |
2,29200 |
1,3230 |
Дисковые затворы |
276,0 |
0,07154 |
0,7679 |
Прочая арматура |
240,0 |
1,30600 |
1,0770 |
Таблица Г.2
Тип РА |
Расчетные формулы Cfв |
Область применения |
|
Двухседельные клапаны |
|
|
|
|
|
||
|
|
||
|
|
||
Односедельные клапаны |
подача среды под РЭл |
|
|
подача среды на РЭл |
|
|
|
|
|
||
|
|
||
|
|
||
Шаровые краны |
|
|
|
|
|||
Дисковые затворы |
|
|
|
|
|
Формулы для расчета числа Рейнольдса и коэффициента гидравлического трения λ
Формулы для расчета числа Рейнольдса
- если
при
при
- если А1 = 0;
А0 = В - 4000 ∙ А1;
- если A1 > 0.
Формулы для расчета коэффициента гидравлического трения λ
- если Re ≤ Red;
λ = A0 + A1 ∙ Re - если Red < Re ≤ 4000;
- если 4000 < Re ≤ Reкр;
- если Re > Reкp.
В.П. Дыдычкин |
||
Первый заместитель генерального директора - директор по научной работе |
Ю.И. Тарасьев |
|
Заместитель генерального директора |
В.В. Ширяев |
|
Заместитель главного конструктора по арматуре общепромышленных систем - начальник отдела стандартизации |
С.Н. Дунаевский |
|
Начальник отдела экспертизы, диагностики, испытаний, гидравлических исследований и расчетов арматуры, к.т.н. |
Е.Г. Пинаева |
|
Заместитель начальника отдела экспертизы, диагностики, испытаний, гидравлических исследований и расчетов арматуры |
М.И. Силивина |
|
Ведущий математик отдела экспертизы, диагностики, испытаний, гидравлических исследований и расчетов арматуры |
М.И. Завьялова |
|
СОГЛАСОВАНО |
||
Председатель ТК 259 |
М.И. Власов |
Изм. |
Номера листов (страниц) |
Всего листов (страниц) в докум. |
№ докум. |
Входящий № сопроводительного документа и дата |
Подп. |
Дата |
|||
изменённых |
заменённых |
новых |
аннулированных |
||||||