Widok rzeczywisty i schemat zaworu redukcji ciśnienia nr kat. 1500 Hawido Fabryka Armatury Hawle Spółka z o.o.
Widok rzeczywisty i schemat zaworu redukcji ciśnienia nr kat. 1500 Hawido Fabryka Armatury Hawle Spółka z o.o.

Sieci i instalacje wodociągowe pracują w zakresie projektowanych ciśnień np. 6 bar, 10 bar, 16 bar itd.. Oprócz ciśnienia roboczego, w instalacji może wystąpić również ciśnienie maksymalne. Wzrost ciśnienia w instalacji powyżej maksymalnego, może spowodować uszkodzenie urządzeń i rurociągów. Zawory regulujące ciśnienie mają za zadanie utrzymać ciśnienie w zadanym zakresie.
Zawory sterujące ciśnieniem znajdują się praktycznie w każdym układzie hydraulicznym i pomagają w różnych funkcjach np. utrzymywania żądanego ciśnienia w całym układzie lub jego części.

RODZAJE ZAWORÓW AUTOMATYCZNEJ REGULACJI CIŚNIENIA I PRZEPŁYWU

– zawory regulacji ciśnienia:

  • Zawory regulujące ciśnienie wejściowe,
  • Zawory regulujące ciśnienie wyjściowe
    (redukuje zmienne ciśnienie wejściowe do stałego ciśnienia wyjściowego. Zmienne ciśnienie wejściowe oraz przepływ wody nie mają wpływu na nastawione ciśnienie wyjściowe).

– zawory regulacji przepływu:

  • Zawór zaporowy ze sterowaniem elektrycznym.

– zawory regulacji poziomu wody:

  • Zawór pływakowy
    (Zaporowy zawór pływakowy służy do kontroli poziomu wody. Zawór otwiera się, gdy osiągnięty zostanie zaprogramowany wcześniej minimalny poziom wypełnienia zbiornika, natomiast zamyka się, przy osiągnięciu poziomu maksymalnego. Zawór montowany jest zazwyczaj w zbiorniku powyżej dopuszczalnego poziomu maksymalnego).
  • Zawór typu ON/OFF ze sterowaniem elektrycznym.

Poniżej przedstawiam zasadę działania wybranych zaworów. W zależności od funkcji, mamy dostępnych nawet kilkanaście zaworów o bardzo szerokim zastosowaniu. W celu wybrania odpowiedniego zaworu zalecam kontakt z producentem.

ZASADA DZIAŁANIA ZAWORÓW REDUKCJI CIŚNIENIA

Zawór regulacji ciśnienia jest zaworem dwudrogowym, którego elementem zamykającym jest membrana ze sprężyną, na które działa siła parcia przepływającego medium. Zawór główny jest zaworem membranowym, działającym hydraulicznie, sterowanym poprzez własne medium. Większość typów zaworów pracuje jedynie na zasadzie hydraulicznej, bez konieczności wykorzystywania zewnętrznego źródła energii.
Zastosowanie:

  • Redukcja ciśnienia w sieci wodociągowej.
  • Zasilanie awaryjne drugiej sieci (połączenia sieciowe).

Zawór redukcji ciśnienia redukuje zmienne ciśnienie na wejściu do zaworu (p1) na stałe niższe ciśnienie na wyjściu (p2). Zmienny przepływ i ciśnienie wejściowe nie mają wpływu na ciśnienie wyjściowe, regulowane zaworem sterującym. Ciśnienie wyjściowe można nastawić w przedziale od 1 do 15 bar (wykonanie standardowe).
Zasadę działania zaworów regulacyjnych redukcyjnych membranowych sterowanych własnym medium wyjaśnia schemat przedstawiony poniżej:

Widok rzeczywisty i schemat zaworu redukcji ciśnienia nr kat. 1500 Hawido Fabryka Armatury Hawle Spółka z o.o.
Widok rzeczywisty i schemat zaworu redukcji ciśnienia nr kat. 1500 Hawido Fabryka Armatury Hawle Spółka z o.o.

Medium wpływa do zaworu głównego (1) od strony wejściowej zaworu (p1) dalej przez zawór kulowy (2A), filtr (3), kryzę (4), zawór sterujący (6) i zawór kulowy (2C) do strony wyjściowej zaworu (p2). Kryza ogranicza natężenie przepływu ze strony wejściowej p1, zawór sterujący (6) zaś natężenie przepływu ze strony wyjściowej p2.
Jeżeli:

  • ciśnienie wyjściowe p2 za zaworem przekroczy nastawioną wartość na zaworze sterującym (6), zawór ten zamyka się; medium płynie poprzez zawór dławiąco-zwrotny (5) i zawór kulowy (2B) do komory sterującej zaworu głównego (1) i zawór główny się zamyka.
  • ciśnienie wyjściowe za zaworem jest niższe niż nastawiona wartość, zawór sterujący (6) otwiera się, medium płynie nie tylko od strony wejściowej P1 ale również z nad komory sterującej do strony wyjściowej – zawór główny (1) się otwiera. Filtr (3) zabezpiecza wtórnie obwód sterujący przed zanieczyszczeniem.
    Pisząc prostszym językiem, z powodu mniejszego rozbioru zawór pilotowy ogranicza wypływ, w komorze zaworu nad membraną panuje wyższe ciśnienie, a zawór główny dławi bardziej, aż do momentu, gdy zostaje znów osiągnięte ciśnienie nastawione na zaworze pilotowym.

ZASADA DZIAŁANIA ZAWORÓW BEZPIECZEŃSTWA I UTRZYMUJĄCYCH CIŚNIENIE

Zastosowanie:

  • Utrzymanie ciśnienia w sieci wodociągowej.
  • Ochrona sieci przed nadmiernym wzrostem ciśnienia poprzez spust wody.

Zawór spustowy utrzymuje wcześniej nastawione ciśnienie wejściowe (p1) na stałym poziomie. Każdy wzrost ciśnienia w sieci powyżej nastawionej wartości progowej zostaje zniwelowany przez szybkie otwarcie zaworu. Proces zamykania zaworu jest wolny, aby uniknąć uderzenia wodnego. Zmienny przepływ wody nie ma wpływu na ciśnienie progowe nastawione na zaworze sterującym.

Widok rzeczywisty i schemat zaworu bezpieczeństwa i zaworu utrzymującego ciśnienia nr kat. 1500 Hawido Fabryka Armatury Hawle Spółka z o.o.
Widok rzeczywisty i schemat zaworu bezpieczeństwa i zaworu utrzymującego ciśnienia nr kat. 1400 Hawido Fabryka Armatury Hawle Spółka z o.o.

Medium napływa do zaworu głównego (1) od strony wejściowej zaworu (p1) dalej przez zawór kulowy (2A), filtr (3), kryzę (4), zawór sterujący (6) i zawór kulowy (2B) do strony wyjściowej zaworu (p2). Kryza ogranicza natężenie przepływu ze strony wejściowej p1.
Jeżeli ciśnienie wejściowe (p1) przekroczy nastawioną na zaworze sterującym (6) wartość, zawór główny (1) się otwiera medium wypływa z komory sterującej zaworu głównego poprzez zawór dławiący (5) i zawór sterujący (6) do strony wyjściowej (p2).
Jeżeli ciśnienie po stronie wejściowej jest niższe niż nastawiona wartość, zawór sterujący zamyka się. Medium płynie od strony wejściowej poprzez zawór kulowy, filtr, kryzę i zawór dławiący do komory zaworu głównego. Zawór główny zamyka się.
Filtr (3) zabezpiecza wtórnie obwód sterujący przed zanieczyszczeniem.

ZASADA DZIAŁANIA ZAWORÓW KONTROLI I OGRANICZENIA NATĘŻENIA PRZEPŁYWU

Zawór kontroli i ograniczenia przepływu zapewnia, działając tylko na zasadzie hydraulicznej, ustalony wcześniej maksymalny przepływ wody, niezależnie od zmiennego ciśnienia roboczego. Nominalne natężenie przepływu można zmieniać bezstopniowo przy pomocy zaworu sterującego w zakresie ±15 %.
Zastosowanie:

  • Ograniczenie dopływu z jednej strefy ciśnienia do drugiej, o niższym ciśnieniu,
  • Utrzymywanie przepływu przez filtr na stałym poziomie,
  • W przypadku, gdy zasilanie sieci wtórnej wymaga ograniczenia przepływu, np. aby
    nie naruszyć przeciwpożarowej rezerwy wody w sieci pierwotnej,
  • W przypadku sprzedaży wody do sąsiedniej miejscowości ograniczenie przepływu wody.
Widok rzeczywisty i schemat zaworu kontroli i ograniczenia natężenia przepływu nr kat. 1300 Hawido Fabryka Armatury Hawle Spółka z o.o.
Widok rzeczywisty i schemat zaworu kontroli i ograniczenia natężenia przepływu nr kat. 1300 Hawido Fabryka Armatury Hawle Spółka z o.o.

Medium wpływa do zaworu głównego (1) od strony wejściowej zaworu (p1) dalej przez obwód sterujący, zawór kulowy (2A), filtr (3), kryzę (4), zawór sterujący (6) i zawór kulowy (2C) do strony wyjściowej zaworu (p2). Kryza (7) generuje spadek ciśnienia który zostaje
przekazywany na zawór sterujący (6) który steruje zaworem głównym (1) zapewniając utrzymanie stałego nastawionego natężenia przepływu.
Jeżeli natężenie przepływu wzroście ponad nastawioną wartość zawór Hawido się przymyka.
Filtr (3) zabezpiecza wtórnie obwód sterujący przed zanieczyszczeniem.

ZASADY PRAWIDŁOWEGO DOBORU ZAWORÓW

  1. Określenie funkcji zaworu

Możliwe są następujące funkcje, sterowane w pełni hydraulicznie:
– redukcja ciśnienia,
– utrzymywanie ciśnienia,
– funkcja zaworu bezpieczeństwa,
– sterowanie pływakiem,
– sterowanie poziomem wody w zbiorniku,
– zapobieganie przepływowi zwrotnemu,
– zabezpieczenie przed awarią rury,
– zabezpieczanie pompy,
– wykonania specjalne.

2. Określenie ciśnienia pracy

Wybór ciśnienia wykonania i materiału armatury. Ciśnienie wykonania armatury regulacyjnej zawsze musi przekraczać maksymalne ciśnienie w układzie, niezależnie od innych urządzeń zabezpieczających.

Możliwe wykonanie zaworu: PN10, PN16, PN25.

3. Obliczenie współczynnika redukcji ciśnienia

Ciśnienie wlotowe p1 należy podzielić przez ciśnienie wylotowe p2. Ciśnienie wlotowe działające na grzybek zaworu powoduje otwarcie zaworu, podczas gdy ciśnienie wylotowe działa na membranę / sprężynę i powoduje zamknięcie zaworu.

Jeżeli stopień redukcji obliczony z danych wyjściowych jest większy niż podany poniżej, zawór nie zamknie się.

Maksymalny stopień redukcji P1 : P2  =  4 : 1 (praca ciągła)

Maksymalny stopień redukcji P1 : P2  =  6 : 1 (praca chwilowa)

4. Wyznaczenie z wykresu charakterystyki wydajności Kvs, czyli maksymalnej przepustowości przy stracie wynoszącej 1 bar.

Kv – ważny parametr przy doborze zaworów regulacyjnych, ale nie najważniejszy

Kv jest to przepustowość danego zaworu obliczana przez producenta. Kv określa przepływ przy danym stopniu otwarcia zaworu zakładając straty ciśnienia wynoszące 1 bar.
Kvs jest to przepustowość danego przepływu obliczona przy maksymalnym otwarciu zaworu zakładając straty ciśnienia wynoszące 1 bar.

Każdy inżynier powinien znać współczynnik Kv i Kvs. Jest to niewątpliwie jeden z najważniejszych parametrów przy doborze i porównywania zaworów w hydraulice.

Dlaczego w przypadku zaworów regulacyjnych nie możemy dobierać ich wyłącznie na podstawie Kv?

Ważniejszym parametrem są: ciśnienie wejściowe, ciśnienie wyjściowe i wymagany przepływ.  Dobór zaworu redukcji ciśnienia wyłącznie na podstawie Kv jest nieprawidłowy. Nie należy przewymiarowywać zaworów redukcyjnych.
Optymalny zakres pracy zaworów Hawido mieści się w przedziale od 15% do 80% ich wartości Kvs.

Wykres 1. Strata ciśnienia Δp w zależności od wartości Q oraz średnicy nominalnej zaworu DN. Współczynnik przepływu Kvs w m3/h oraz l/min przy Δp = 1 bar Źródło: https://www.hawle.pl/kategoria-produktu/woda-scieki/zawory-regulacyjne-hawido/
Wykres 1. Strata ciśnienia Δp w zależności od wartości Q oraz średnicy nominalnej zaworu DN. Współczynnik przepływu Kvs w m3/h oraz l/min przy Δp = 1 bar Źródło: https://www.hawle.pl/kategoria-produktu/woda-scieki/zawory-regulacyjne-hawido/

5. Dobór średnicy zaworu redukcyjnego

Wielkości charakterystyczne:

Q – natężenie przepływu w m3/h oraz l/min,
Δp – różnica ciśnień na wlocie i wylocie zaworu w bar,
H – stopień otwarcia w % maksymalnego otwarcia zaworu.
v – prędkość przepływu wody w m/s

Przykład (niebieskie strzałki):

– maksymalny przepływ Q max = 2000 l/min,
– ciśnienie wejściowe P1: 16 bar,
– ciśnienie wyjściowe P2: 10 bar,
– różnica ciśnień Δp = 6 bar,
– punkt przecięcia przy DN 100 w zakresie niebieskiego pola.

Ponadto z wykresu można odczytać:

H = ok. 60 %
v = ok. 4 m/s

Jeżeli wartość Q = 2000 l/min odpowiada przeciętnemu natężeniu przepływu, wówczas z uwagi na możliwe wyższe obciążenia zaleca się dobór zaworu o większej średnicy.

Wykres 2. Przykładowa charakterystyka pracy zaworu DN100 Hawido Fabryka Armatury Hawle Spółka z o.o. Źródło: https://www.hawle.pl/kategoria-produktu/woda-scieki/zawory-regulacyjne-hawido/
Wykres 2. Przykładowa charakterystyka pracy zaworu DN100 Hawido Fabryka Armatury Hawle Spółka z o.o. Źródło: https://www.hawle.pl/kategoria-produktu/woda-scieki/zawory-regulacyjne-hawido/

Pomiędzy liniami granicznymi wyznaczonymi przez stopień otwarcia zaworu H = 15 % oraz H = 80 % znajduje się optymalny obszar pracy zaworów HAWIDO (kolorowe pole). Obszar pracy zaworu ograniczony jest do prędkości przepływu wody max. 5 m/s.

Maksymalna prędkość przepływu w przyłączu – 3 m/s (praca ciągła)
Maksymalna  prędkość przepływu w przyłączu – 5 m/s (praca chwilowa np. przepływ wody do celów przeciwpożarowych)

Należy również zwrócić uwagę na przepływ minimalny, który również musi znajdować się w obszarze pracy zaworu.

6. Zapobieganie kawitacji

Wykres 3. Przykładowa charakterystyka pracy zaworu CLA-VAL.
Żródło: https://www.hawle.pl/wp-content/uploads/2020/09/Katalog-CLA-VAL-2019.pdf

Czy obszar roboczy położony jest poza strefą kawitacji?

Przykład:

– maksymalny przepływ Q max = 2000 l/min,
– ciśnienie wejściowe P1: 15 bar,
– ciśnienie wyjściowe P2: 5 bar,
– różnica ciśnień Δp = 10 bar,

P1 < 2 + 3 * P2
15 < 2 + 3 * 5
15 < 17 – warunek spełniony

Kiedy zawór byłby w strefie kawitacji?

– maksymalny przepływ Q max = 2000 l/min,
– ciśnienie wejściowe P1: 15 bar,
– ciśnienie wyjściowe P2: 2 bar,
– różnica ciśnień Δp = 13 bar,

P1 < 2 + 3 * P2
15 < 2 + 3 * 2
15 < 8 – warunek niespełniony (zawór narażony na działanie zjawiska kawitacji)

W powyższym przypadku, jeżeli nie spełnimy warunku uniknięcia kawitacji, należy zastosować podwójną redukcję w układzie szeregowym. Pierwszy zawór redukuje ciśnienie np. z 15 bar do 6 bar. Drugi zawór redukuje ciśnienia z 6 bar do 2 bar.
Każdorazowo należy sprawdzić, czy zawór nie będzie pracował w obszarze kawitacji.

7. Sprawdzenie maksymalnej prędkości przepływu na przyłączu
Maksymalna prędkość przepływu wody przez zawór, mierzona na przyłączu wynosi 3m/s dla pracy ciągłej i 5m/s dla pracy chwilowej.
Dobierając zawór z wykresów producenta, mamy graficznie zaznaczoną graniczną prędkość.
W momencie, gdy dobieramy zawór z obszaru pracy, wyznaczonego przez producenta, spełniamy warunek prędkości.
Maksymalna prędkość przepływu w przyłączu – 3 m/s (praca ciągła)
Maksymalna prędkość przepływu w przyłączu – 5 m/s (praca chwilowa np. przepływ wody do celów przeciwpożarowych)

8. Strata ciśnienia
Zaworu redukcyjnego nie należy dobierać kierując się wyłącznie średnicą instalacji i Kvs.. Standardowa strata ciśnienia na zaworze wynosi ~ 0,5 bara. W wyjątkowych sytuacjach, jeżeli nie zależy nam na dokładnej regulacji ciśnienia, możemy zwiększyć średnicę zaworu, aby zmniejszyć straty. Należy to jednak zrobić w uzgodnieniu z producentem.

9. Wybór zakresu nastawy
Aby uzyskać dobrą dokładność regulacji ciśnienia, należy wybrać zakres ustawień, który ustawia wymagane ciśnienie wylotowe w pobliżu górnej granicy. Jeśli na przykład kontrolowane ciśnienie wylotowe ma wynosić 2,5 bara, należy wybrać zakres od 1,0 do 3,0 bara, a nie od 2 do 5 bar.
Jeśli dostępny zakres ciśnień jest niewystarczająco szeroki, można zejść poniżej dolnej granicy ustawienia ciśnienia pod warunkiem, że obciążenie zaworu będzie niskie i nie jest wymagana wysoka dokładność redukcji.

10. Kiedy stosować redukcje dwustopniową szeregową?
W większości zastosowań wystarczy jeden zawór redukcyjny do regulacji ciśnienia, ponieważ max. stopień redukcji ciśnienia większości zaworów redukcyjnych wynosi 4:1 przy pracy ciągłej lub 6:1 przy pracy chwilowej.
Dwustopniowa redukcja jest stosowana w celu zapewnienia większego bezpieczeństwa, oprócz przypadku, w którym stosunek przekracza 6:1.
Na przykład instalacja, w której ciśnienie zmniejszane jest z P1 = 10 bar do aż P2 = 1 bar.
W przypadku awarii zaworu redukcyjnego, instalacja z jednym zaworem redukcyjnym będzie poddawana działaniu wody o ciśnieniu 10 bar!
Instalacja z dwustopniową redukcją, w której zmniejsza się ciśnienie wody z 10 bar do 3 bar przez pierwszy reduktor ciśnienia, a następnie zmniejszany z 3 bar do 1 bar przez drugi reduktor, zapewnia bezpieczeństwo w przypadku awarii pierwszego zaworu. Nawet jeśli drugi z nich nie działa, na instalację i urządzenia będzie działać ciśnienie mniejsze niż ciśnienie wejściowe P1.

Kryterium zabezpieczenia instalacji ma tutaj znaczenie drugorzędne. Podstawowym wymogiem zastosowania podwójnej redukcji jest konieczność spełnienia warunku prawidłowego stosunku ciśnień P1:P2.

11. Kiedy stosować redukcje dwustopniową równoległą?
Kiedy przepływ minimalny jest bardzo mały np. w nocy lub w czasie ewentualnych napraw, dla zapewnienia zasilania w wodę zaleca się zastosowanie obejścia z dwoma zaworami połączonymi równolegle (o wielkości odpowiedniej dla konkretnego przypadku).

WYTYCZNE ZABUDOWY ZAWORÓW REGULACYJNYCH

Zawory regulacyjne muszą być zabudowane w pozycji poziomej z pokrywą skierowaną ku górze – inny sposób zabudowy należy uzgodnić z Producentem przed złożeniem zamówienia.
Zaleca się zamontowanie przed i za zestawem zasuwy odcinającej, a dodatkowo od strony wejściowej przed zaworem należy zabudować filtr (łapacz zanieczyszczeń).
W przypadku zabudowy zaworów jako zaworów bezpieczeństwa przy odprowadzaniu medium do atmosfery można zrezygnować z zasuwy odcinającej na wyjściu za zaworem.
W zależności od warunków zabudowy, zalecamy zastosować dodatkowo za zaworem wstawkę montażowo-demontażową.
Filtr zabezpiecza zawór regulacyjny przez zanieczyszczeniami i zablokowaniem.
Zawór na- i odpowietrzający gwarantuje poprawną pracę zaworu regulacyjnego, uniknięcie hałasu podczas pracy instalacji oraz stabilizacje ciśnienia.
Decyzje o montażu zaworu na- odpowietrzającego podejmuje projektant instalacji sanitarnych. Zawór może być zamontowany zarówno przed zaworem redukcyjnym, aby pozbyć się powietrza z instalacji oraz za zaworem redukcyjnym, aby pozbyć się powietrza z instalacji po zredukowaniu ciśnienia.

Przykładowa zabudowa zaworów regulacji ciśnienia

Przykładowa zabudowa zaworów regulacji ciśnienia
Rysunek 1. Schemat zabudowy zaworu regulacji ciśnienia: 1 – zasuwa odcinająca, 2 – filtr, 3 – zawór regulacyjny, 4 – wstawka montażowa z zaworem kulowym upustowym, 5 – zawór na- i odpowietrzający z odcięciem zaworem kulowym. Źródło: https://www.hawle.pl/kategoria-produktu/woda-scieki/zawory-regulacyjne-hawido/

Przykładowa zabudowa zaworów regulacji przepływu

Kryza musi zostać zabudowana za zaworem. Zaleca się przestrzegać poniższych wymiarów:

X = 5 x DN, odcinek prostoliniowy pomiędzy zaworem a kryzą,
Y = 3 x DN, odcinek prostoliniowy za kryzą i elementem odcinającym.

Rysunek 2. Schemat zabudowy zaworu regulacji przepływu:. 1 – zasuwa odcinająca, 2 – filtr, 3 – zawór regulacyjny, 4  – kryza pomiarowa. Źródło: https://www.hawle.pl/kategoria-produktu/woda-scieki/zawory-regulacyjne-hawido/

Katalogi techniczne do pobrania:

Klikając w link poniżej zostaniecie przekierowani na stronę, z której możecie pobrać katalog techniczny z wszystkimi typami i możliwymi zastosowaniami zaworów Hawido i CLA-VAL.
https://www.hawle.pl/do-pobrania/

Link do pełnego katalogu zaworów regulacyjnych Hawido:
https://www.hawle.pl/kategoria-produktu/woda-scieki/zawory-regulacyjne-hawido/

Link do pełnego katalogu zaworów regulacyjnych CLA-VAL:
https://www.hawle.pl/kategoria-produktu/woda-scieki/zawory-regulacyjne-cla-val/

Opracował
mgr inż. Adam Masłowski przy współpracy z Fabryką Armatury Hawle Spółka z o.o.

Źródła:
Strony internetowe i katalogi techniczne
http://www.hawle.pl//

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Please enter your comment!
Please enter your name here