belépés / regisztráció
2020. december 5. szombat
Aktuális lapszám

Egyutú, motoros szabályozó szelepek méretezése

„A fűtéstechnikai berendezések tervezése során általában nincs lehetőség szabályozástechnikus igénybevételére, hanem szinte kizárólag a berendezések gépész tervezője tervezi a szabályozásokat. Sőt, mivel ma épületgépészeti rendszer szabályozó berendezés nélkül elképzelhetetlen, a szabályozás megtervezése az épületgépész egyik nélkülözhetetlen feladatává vált. Természetesen ez nem azt jelenti, hogy minden egyes tervezés során a tervezőnek szabályozástechnikai és dinamikai vizsgálatokat kell végeznie, hiszen a különböző feladatokhoz a katalógusokban javasolt készülékek többnyire megfelelő eredményt adnak. A tervezés azonban nem azonos a katalógusban szereplő készülékek mechanikus kiválasztásával, hanem azon kívül, hogy a szabályozástechnikai alapfogalmakkal tisztában kell lenni, döntő, hogy a tervező ne statikusan gondolkozzon, hanem rendszerét folyamatában szemlélve, kis terhelések, változó üzemviszonyok között is jó berendezést tervezzen.” – Dr. Lipták A.: Mérés, Szabályozás és vezérlés az épületgépészetben. Hőellátás, 1983.

 

A fenti idézetet olvasva olyan érzésem támadt, mintha az nem is 1983-ban íródott volna, hanem napjainkban, talán azzal a különbséggel, hogy manapság az épületgépész tervezés során lehetőség lenne igénybe venni az „automatikás” kollégák segítségét. Vannak olyan épületgépészeti szerelvények, berendezések, amelyek részben gépész, részben automatika „fennhatóság” alá tartoznak (folyadékhűtők, kazánok, szivattyúk), a kiválasztásuk, méretezésük mégis tisztán épületgépész feladatkörbe tartozik. Ennek megfelelően a beruházási költségvetésben általában, ha a generál kivitelező ki nem mazsolázza magának, a gépészkivitelező költségvetésébe kerülnek be. Ezzel szemben a motoros szabályozó szelepek a legtöbb esetben az „automatikások” vállalásaiban szerepelnek, hiszen meghajtó motor van rajtuk. Félreértés ne essék, nem szeretném szítani a „gépészautomatikás” ellentétet, de véleményem szerint a motoros szabályozó szelepek kiválasztása, tervezése az épületgépész tervező feladata lenne, a szerelvény beszállítása, a hidraulikai rendszerbe való illesztése a gépészkivitelezőé, a meghajtó motor bekötése, épületfelügyeletbe való integrálása pedig az „automatikás” kollégáké. Ahhoz azonban, hogy az épületgépészet egyik mostohagyerekének számító motoros szabályozó szelepekre ne csak jó haszonnal kecsegtető költséghelyre tekintsenek, hanem úgy, mint a szabályozástechnikai kör egyik legfontosabb elemére, ezért bizony nekünk, épületgépészeknek is sokat kell tennünk. Az első feladatunk az lenne, hogy jól ki tudjuk választani a motoros szabályozó szelepeket, le tudjuk azokat méretezni rendszerben gondolkodva is, a megfelelő meghajtót és szabályozást kiválasztva, leírást adjunk arról, hogy a különböző üzemállapotokban mit várunk el a motoros szeleptől, az általa befolyásolt szabályozott jellemzőtől. Ezzel olyan segítséget adunk az „automatikás” kollégáknak, ami alapján ők már egyértelműen az épületfelügyeletbe fogják tudni illeszteni a meghajtót.

A motoros szabályozó szelepek méretezése autoritásra

Amikor az egyutú motoros szabályozó szelepeket autoritásra méretezzük, tulajdonképpen azt vesszük figyelembe, hogy milyen nyomásviszonyok jelentkeznek a motoros szelep két oldalán a különböző üzemállapotokban. Ennek a méretezésnek azért van jelentősége, mert a motoros szabályozó szelepek statikus jelleggörbéjét laboratóriumi körülmények között állandó nyomáskülönbség mellett mérik ki. Így kapjuk meg a jól ismert különböző típusú szabályozó szelep jelleggörbéket, úgymint az egyenszázalékos (EQ)-, módosított egyenszázalékos (EQM)-, lineáris- és gyorsnyitású szelep jelleggörbéket (1. ábra).

Azonban a hidraulikai hálózatban a nyomáskülönbség az egyutú motoros szabályozó szelepeken folyamatosan változik, ezáltal torzul a statikus jelleggörbe, befolyásolva az átömlő térfogatáramot, azaz tulajdonképpen a hőleadó teljesítményét. Lényegében a változó nyomáskülönbség hatására torzuló motoros szabályozó szelep jelleggörbe, szabályozástechnikai nehézségeket fog jelenteni, úgymint instabil és pontatlan szabályozott jellemző (pl. befújt levegő hőmérséklet), a nyitás, illetve zárás közeli állapotban a folyamatos szabályozás on/off szabályozássá válik. Így a valóban folyamatosan szabályozható teljesítménytartomány szűkül. Egy automatikás kolléga ezt a jelenséget a következőképpen fogalmazta meg: „a motoros szabályozó szelep a 30%-os nyitásáig nem szabályoz semmit. Vagy nyitva van, vagy zárva.”

Az elméleti autoritás

A motoros szabályozó szelep jelleggörbéjének torzulása tehát a szabályozó szelepen nyitott, illetve zárt állapotban létrejövő nyomáskülönbségek viszonyától függ. Ezt a viszonyszámot nevezik elméleti autoritásnak (jele: β – béta vagy szokás „a”-val is jelölni).

β = Dpmin / Dpmax

Azaz a számlálóban, a szabályozó szelepen üzem közben fellépő legkisebb (nyitott állapot), míg a nevezőben a legnagyobb nyomásesés található (zárt állapot). Tehát minél kisebb az elméleti autoritás értéke, annál nagyobb a két szélső érték között a különbség, azaz annál jobban torzul a szelep statikus szelep jelleggörbéje. Hangsúlyoznunk kell azonban, hogy az elméleti autoritás definíciójában a tervezett térfogatáram nem szerepel! Ezért a különböző üzemállapotban fellépő nyomáskülönbség változás a motoros szabályozó szelepen kialakuló legkisebb és legnagyobb nyomáskülönbséget ugyanolyan arányban változtatja meg. Magyarul, ha a hidraulikai hálózatban a többi egyutú motoros szabályozó szelep elkezd zárni, az általunk vizsgált motoros szabályozó szelepen átáramló többlet térfogatáram miatt mind a nyitott állapotban, mind a zárt állapotban ugyanolyan arányban megnő a nyomásesés. Emiatt az elméleti autoritás fogalma keveset mond arról, hogy a szabályozó szelep jelleggörbéje torzul-e, és milyen mértékben. Ezért vezették be a gyakorlati autoritás fogalmát.

A gyakorlati autoritás

A gyakorlati autoritás (jele: β’ – béta vessző) fogalmát úgy értelmezzük, mint a tervezett térfogatáram mellett létrejövő nyomásveszteség és a maximális nyomáskülönbség hányadosát.

β’ = Dpteljesen nyitott szelep, tervezett térfogatáram / Dpmax

Mivel a fenti hányados számlálóját tulajdonképpen „mesterségesen” rögzítettük, ezért a hidraulikai hálózatban található többi motoros szabályozó szelep zárásakor csak a maximális nyomáskülönbség fog változni abban az esetben, ha az általunk vizsgált motoros szabályozó szelep is elkezd lezárni (2. ábra).

A 2., 3., 4., 5. ábrák az autoritás kétféle értelmezése közötti különbséget szemléltetik. Amikor a hidraulikai hálózatban az általunk éppen vizsgált első fogyasztó motoros szabályozó szelepe és az összes többi is teljesen nyitva van (lift 100%), akkor az átáramló térfogatáram szintén mindenütt 100% (köszönhetően a beszabályozásnak). Az első fogyasztó motoros szelepének ellenállása 4,0 kPa. Majd lezár az általunk vizsgált első motoros szabályozó szelep és a két oldalán a nyomáskülönbség megnő 35,7 kPa-ra, azaz az autoritás β =4/35,7 = 0,11 (3. ábra).

Ebben az esetben az elméleti és gyakorlati autoritás megegyezik (β=0,11; β’=0,11). Részterhelés esetén lezár a második motoros szelep is. Ha most csak a második motoros szabályozó szelep zár le, az általunk vizsgált első motoros szabályozó szelepen nyitott állapotban is megnő a térfogatáram 120%-ra (a beszabályozás ellenére is). Azaz az elméleti autoritás számlálója megnő 5,8 kPa-ra (4. ábra).

Amikor az általunk vizsgált első motoros szabályozó szelep ismét lezár (50%-os részterhelés), akkor két oldalán fellépő nyomáskülönbség megnő 50,8 kPa-ra. Az elméleti autoritás hányadosa nem változik (β=5,8/50,8 = 0,11), így nem tudjuk megítélni, hogy a változó nyomáskülönbség mennyire torzítja el a szabályozó szelep jelleggörbéjét (5. ábra).

Ezzel szemben a gyakorlati autoritás alkalmazásakor nem vesszük figyelembe, hogy az 50%-os részterheléskor az általunk éppen vizsgált első motoros szabályozó szelepen nyitott állapotában is megnő a térfogatáram 120%-ra, azt a tervezett értékkel állandó 100%-nak tekintjük és a hozzá tartozó 4 kPa nyomáseséssel fogunk számolni. Amikor az általunk vizsgált első motoros szabályozó szelep is lezár, akkor tehát megnő rajta a nyomáskülönbség 50,8 kPa-ra, de a gyakorlati autoritás értéke: β’=4/50,8 = 0,07. Minél több motoros szabályozó szelep zár be, annál inkább megnő a tömegáram az általunk vizsgálton és annál inkább megnő a nyomáskülönbség a szelep két oldalán, ha már az is teljesen bezárt. A β’=0,07 hányados tehát azt fejezi ki, hogy 50%-os részterheléskor 1/0,07 = 14,28-szorosára nő meg a vizsgált első motoros szelepen a nyomáskülönbség, ha a szabályozó szelep is lezár.

Összefoglalás

Minél nagyobb a motoros szabályozó autoritása, annál kevésbé hat a hidraulikai rendszerben fellépő nyomásváltozás a jelleggörbére. Minél inkább változatlan a jelleggörbe, annál inkább képes kompenzálni a hőcserélő nem lineáris karakterisztikáját, ami stabilabb és pontosabb szabályozást, magasabb komfortot jelent. A legalább 0,5-ös maximális gyakorlati autoritás és a legalább 0,25-ös minimális gyakorlati autoritás figyelembe vétele ezt hivatott biztosítani.

***

1. ábra. Statikus szelep jelleggörbék (forrás: TA Hydronics)
2. ábra. Minden motoros szabályozó szelep nyitva (forrás: TA Simul)
3. ábra. Az általunk vizsgált első motoros szabályozó szelep zárva (forrás: TA Simul)
4. ábra. Részterhelés esetén megnő a nyitott első motoros szelepen a nyomásesés (forrás: TA Simul)
5. ábra. 50% részterhelés esetén, a zárt első motoros szelepen a nyomásesés 14,28 szorosára nő (forrás: TA Simul)

Vörös Szilárd
okl. épületgépész mérnök

A szerzõ egyéb cikkei:

  Egyutú, motoros szabályozó szelepek méretezése XI. – A TA-FUSION-P
  Egyutú, motoros szabályozó szelepek méretezése X. – A TA-FUSION-C
  Egyutú, motoros szabályozó szelepek méretezése IX.
  Egyutú, motoros szabályozó szelepek méretezése VIII.
  Egyutú, motoros szabályozó szelepek méretezése VII.
  Egyutú, motoros szabályozó szelepek méretezése VI.

A szerzõ összes korábbi cikke >>

Eseménynaptár

Hirdetés
Kiadja a Média az épületgépészetért Kft.
Szerkesztőség és kiadóhivatal:
H-1112 Budapest, Oltvány u. 43. I/2.
Telefon: +36 (1) 614 5688
E-mail: kiado@magyarinstallateur.hu

 
Előfizetésben terjeszti a Magyar Posta Zrt. Hírlap Igazg.
Előfizetés és reklamáció: +36 (1) 767-8262
E-mail: hirlapelofizetes@posta.hu
 
 
elfelejtettem a jelszavam