Proses Kontrol Vanaları
Quick open (Çabuk açar): Klapenin az bir hareketi ile akış son değerine süratle yaklaşır. Çabuk açar karakteristikli vanalar açık-kapalı (On-off) kontrol vanalarında ve maksimum kapasiteye ani ihtiyaç duyulan durumlarda kullanılır.
Hızlı açılma karakteristiğine sahip valf tapası, kapalı konumdan küçük bir valf kaldırma işlemi için akış hızında büyük bir değişiklik sağlayacaktır. Örneğin, %50'lik bir valf kaldırması, bir delik geçiş alanına ve maksimum potansiyelinin %90'ına kadar bir akış hızına neden olabilir.
Bu tip tapayı kullanan bir vanaya bazen 'açık/kapalı' özelliği denir.
Doğrusal ve eşit yüzdeli karakteristiklerden f arklı olarak hızlı açılma eğrisinin tam şekli standartlarda tanımlanmamıştır. Bu nedenle, biri %50 kaldırma için %80 akış, diğeri %60 kaldırma için %90 akış sağlayan iki valf in her ikisinin de hızlı açılma özelliğine sahip olduğu kabul edilebilir.
Hızlı açılan vanalar genellikle elektrikle veya pnömatik olarak çalıştırılır ve 'açma/kapama' kontrolü için kullanılır.
Lineer (Doğrusal) : Debi yüzdesi klapenin açıklık yüzdesine göre doğrusal olarak artar. Lineer karakteristikli vanalar; akış miktarındaki değişimin büyük olduğu, sistemdeki değişikliklerin yavaş olduğu, sabit basınç düşüşlerinde kullanılır.
Doğrusal karakteristik valf tapası, sabit dif eransiyel basınçta akış hızının valf kaldırmasıyla (H) doğrudan orantılı olmasını sağlayacak şekilde şekillendirilmiştir. Doğrusal bir valf bunu, valf kaldırma kuvveti ile delik geçiş alanı arasında doğrusal bir ilişki kurarak başarır (bkz. Şekil 6.5.3).
Örneğin %40 valf kaldırmasında, %40 orif is boyutu tam akışın %40'ının geçmesine izin verir.
Equal %(Eşit Yüzde): Klapenin herhangi bir konumda hareketi, bu konumdaki akıştan bağımsız olarak mevcut akışı eşit bir yüzde ile arttırır. Eşit yüzde karakteristikli vanalar; hızlı sistemlerde,sistem dinamiğinin iyi bilinmediği durumlarda, sıcaklık ve basınç kontrol uygulamalarında kullanılır.
Bu valf ler, valf kaldırmasındaki her artışın akış hızını önceki akışın belirli bir yüzdesi kadar artıracağı şekilde şekillendirilmiş bir valf tapasına sahiptir. Valf kaldırma kuvveti ile delik boyutu (ve dolayısıyla akış hızı) arasındaki ilişki doğrusal değil logaritmiktir
Eşit yüzde karakteristiğine sahip bir kontrol vanasından geçen maksimum akış hızı 10 m³/saattir. Eğer vananın kısma oranı 50:1 ise ve sabit dif eransiyel basınca maruz kalırsa, Denklem 6.5.1 kullanılarak sırasıyla %40, %50 ve %60 kaldırma oranlarıyla vanadan ne kadar miktar geçecektir?
Bu tip kontrol vanasından hacimsel akış hızındaki artış, vana hareketindeki eşit artış başına eşit yüzde oranında artar:
- Vana %50 açıkken 1.414 m³/saat'i geçecek olup, vana %40 açıkken 0.956 m³/saat'lik debiye göre %48 artış gösterecektir.
- Vana %60 açıkken 2.091 m³/saat'i geçecektir; vana %50 açıkken 1.414 m³/saat'lik debiye göre %48 artış gösterir.
(Sabit dif eransiyel basınçla) valf kaldırmasındaki herhangi bir %10'luk artış için, kontrol valf inden geçen akış hızında %48'lik bir artış olduğu görülebilir. Bu, aralık aralığı 50 olan eşit yüzdeli bir valf için her zaman geçerli olacaktır. İlgi açısından, bir valf in aralık aralığı 100 ise, valf kaldırma değerindeki %10'luk bir değişiklik için akış hızındaki artımlı artış %58 olur.
Tablo 6.5.1, Örnek 6.5.1'deki eşit yüzdeli valf için 50 aralık aralığı ve sabit dif eransiyel basınç ile valf kaldırma aralığı boyunca akış hızındaki değişimin nasıl değiştiğini göstermektedir.
Kontrol Oranı-Sv (Control Ratio/Rangeability): Sv olarak if ade edilen kontrol oranı; kontrol edilebilen maksimum akışın, minimum akışa oranıdır (Sv=Kvs/Kvo).
Emniyet Konumu (Fail Safe Position): Hattaki enerji kesildiğinde vananın geleceği konumdur. Açık, kapalı ve sabit olarak belirlenebilir.
Sızdırmazlık Oranı (Leakage Rate): Vana tam kapalı konumda iken klape ve sit arasından sızan, engellenemeyen akışkan miktarının değeridir. Bu değer genellikle Kvs değerinin yüzdesel if adesiyle belirtilir ve maksimum debinin %0,005’inden daha f azla kaçırma oranına sahip olamazlar.
Sıkı Kapama (Tight Shut-off): Vana tam kapalı konumda iken, akışkanının vana içerisinden geçişinin tam olarak önlenmesidir.
Sliding -Stem Vanalar:
Globe Vanalar:
Photograph showing a small port-guided globe valve plug appears in the following photograph:
Some globe valves use a pair of plugs (on the same stem) and a matching pair of seats to throttle f luid f low. These are called double-ported globe valves. The purpose of a double-ported globe valve is to minimize the force applied to the stem by process f luid pressure across the plugs
Diff erential pressure of the process f luid (𝑃1−𝑃2) across a valve plug will generate a force parallel to the stem as described by the formula 𝐹=𝑃𝐴, with 𝐴 being the plug’s ef f ective area presented for the pressure to act upon. In a single-ported globe valve, there will only be one force generated by the process pressure. In a double-ported globe valve, there will be two opposed force vectors, one generated at the upper plug and another generated at the lower plug. If the plug areas are approximately equal, then the forces will likewise be approximately equal and theref ore nearly cancel. This makes for a control valve that is easier to actuate (i.e. the stem position is less affected by pressure drop across the valve). The following photograph shows a disassembled Fisher “A-body” double-ported globe valve, with the double plug plainly visible on the right:
This particular double-ported globe valve happens to be stem-guided, with bushings guiding the upper stem and also a lower stem (on the bottom side of the valve body). Double-ported, port-guided control valves also exist, with two sets of port-guided plugs and seats throttling f luid f low.
While double-ported globe valves certainly enjoy the advantage of easier actuation compared to their single-ported cousins, they also suf f er f rom a distinct disadvantage: the near impossibility of tight shut-off. With two plugs needing to come to simultaneous rest on two seats to achieve a f luid-tight seal, there is precious little room for error or dimensional instability. Even if a double-ported valve is prepared in a shop for the best shut-of f possible835, it may not completely shut off when installed due to dimensional changes caused by process f luid heating or cooling the valve stem and body. This is especially problematic when the stem is made of a diff erent material than the body. Globe valve stems are commonly manuf actured f rom stainless steel bar stock, while globe valve bodies are commonly made of cast steel. Cold-formed stainless steel has a different coef f icient of thermal expansion than hot-cast steel, which means the plugs will no longer simultaneously seat once the valve warms or cools much f rom the temperature it was at when it seated tightly.
A more modern version of the globe valve design uses a piston-shaped plug inside a
surrounding cage with ports cast or machined into it. These cage-guided globe valves throttle f low by uncovering more or less of the port area in the surrounding cage as the plug moves up and down. The cage also serves to guide the plug so the stem need not be subjected to lateral forces as in a stem-guided valve design. A photograph of a cut-away control valve shows the appearance of the cage (in this case, with the plug in the fully closed position). Note the “T”-shaped ports in the cage, through which f luid f lows as the plug moves up and out of the way:
An advantage of the cage-guided design is that the valve’s f lowing characteristics may be easily altered just by replacing the cage with another having diff erent size or shape of holes. By contrast, stem-guided and port-guided globe valves are characterized by the shape of the plug, which requires f urther disassembly to replace than the cage in a cage-guided globe valve. With most cage-guided valves all that is needed to replace the cage is to separate the bonnet f rom the rest of the valve body, at which point the cage may be lif ted out of the body and swapped with another cage. In order to change a globe valve’s plug, you must f irst separate the bonnet f rom the rest of the body and then de-couple the plug and plug stem f rom the actuator stem, being careful not to disturb the packing inside of the bonnet as you do so. After replacing a plug, the “bench-set” of the valve must be re-adjusted to ensure proper seating pressure and stroke calibration.
Cage-guided globe valves are available with both balanced and unbalanced plugs. A balanced plug has one or more ports drilled f rom top to bottom, allowing f luid pressure to equalize on both sides of the plug. This helps minimize the forces acting on the plug which must be overcome by the actuator:
Unbalanced plugs generate a force equal to the product of the diff erential pressure across the plug and the plug’s area (𝐹=𝑃𝐴), which may be quite substantial in some applications. Balanced plugs do not generate this same force because they equalize the pressure on both sides of the plug, however, they exhibit the disadvantage of one more leak path when the valve is in the f ully closed position (through the balancing ports, past the piston ring, and out the cage ports):
Thus, balanced and unbalanced cage-guided globe valves exhibit similar characteristics to double-ported and single-ported stem- or port-guided globe valves, and for similar reasons. Balanced cage-guided valves are easy to position, just like double-ported stem-guided and port-guided globe valves. However, balanced cage-guided valves tend to leak more when in the shut position due to a greater number of leak paths, much the same as with double-ported stem-guided and port-guided globe valves.
Another style of globe valve body is the three-way body, sometimes called a mixing or a diverting valve. This valve design has three ports on it, with the plug (in this particular case, a cage-guided plug) controlling the degree to which two of the ports connect with the third port:
This dual illustration shows a three-way valve in its two extreme stem positions. If the stem is positioned between these two extremes, all three ports will be “connected” to varying degrees. Three-way valves are usef ul in services where a f low stream must be diverted (split) between two diff erent directions, or where two f low streams must converge (mix) within the valve to form a single f low stream.
A photograph of a three-way globe valve mixing hot and cold water to control temperature is shown here:
Gate valves
Gate valves work by inserting a dam (“gate”) into the path of the f low to restrict it, in a manner similar to the action of a sliding door. Gate valves are more often used for on/off control than for throttling.
The following set of photographs shows a hand-operated gate valve (cut away and painted for use as an instructional tool) in three different positions, f rom full closed to full open (lef t to right):
Diaphragm valves
Diaphragm valves use a f lexible sheet pressed close to the edge of a solid dam to narrow the f low path for f luid. Their operation is not unlike controlling the f low of water through a f lexible hose by pinching the hose. These valves are well suited for f lows containing solid particulate matter such as slurries, although precise throttling may be difficult to achieve due to the elasticity of the diaphragm. The next photograph
shows a diaphragm valve actuated by an electric motor, used to control the f low of treated sewage:
The following photograph shows a hand-actuated diaphragm valve, the external shape of the valve body revealing the “dam” structure against which the f lexible diaphragm is pressed to create a leak-tight seal when shut:
VANA ÇEŞİTLERİ | ||||||
AKIŞ KONTROLÜ | GLOB VANA | SÜRGÜLÜ VANA | KELEBEK VANA | KÜRESEL VANA | KONİK VANA | DİYAFRAM VANA |
KAPAMA | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 |
KISMA, AYAR | 1 | 2 | 2 | 3 | 3 | 2 |
1 = MÜKEMMEL; 2 = TATMİNKAR; 3 = UYGUN DEĞİL |
VANA ÇEŞİTLERİ | ||||||
KRİTERLER | GLOB VANA | SÜRGÜLÜ VANA | KELEBEK VANA | KÜRESEL VANA | KONİK VANA | DİYAFRAM VANA |
Sızdırmazlık | 3 | 3 | 2 | 1 | 1 | 1 |
Kısma, Ayar İmkanı | 1 | 2 | 2 | 3 | 3 | 2 |
Korozyona Dayanım | 2 | 2 | 1 | 2 | 2 | 1 |
Basınç Kaybı | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 |
Yer İhtiyacı | 3 | 2 | 1 | 2/3 | 2/3 | 3 |
Ağırlık | 3 | 2 | 1 | 3 | 3 | 3 |
Kullanma Kolaylığı | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 | 2 |
Isıtma/ İzolasyon | 3 | 3 | 1 | 2 | 2 | 2 |
Kirlenme Tehlikesi | 3 | 3 | 1 | 2 | 2 | 1 |
Montaj Kolaylığı | 2 | 2 | 1 | 2 | 2 | 2 |
Tamirat Kolaylığı | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | 3 |
Yüksek Basınç | 1 | 2 | 2/3 | 2 | 1/2 | 3 |
Yüksek Sıcaklık | 1 | 3 | 2/3 | 3 | 2 | 3 |
Koç Darbeleri | 1 | 1 | 3 | 3 | 3 | 1 |
1 = MÜKEMMEL; 2 = TATMİNKAR; 3 = UYGUN DEĞİL |
DEBİ FAKTÖRÜ, KV (m3 / saat) | ||||||
ANMA ÖLÇÜSÜ |
GLOB VANA |
SÜRGÜLÜ VANA |
KELEBEK VANA |
KÜRESEL VANA |
KONİK VANA |
|
TAM GEÇ. | DAR GEÇ. | |||||
DN15 | 4-7,5 | 8-12 | 10-14 | 9-12 | ||
DN20 | 7-11,5 | 10-16 | 21-25 | 9-14 | 15-20 | |
DN25 | 12-16 | 17-25 | 35-45 | 15-22 | 20-30 | |
DN32 | 19-22 | 30-50 | 60-75 | 25-40 | 35-50 | |
DN40 | 30-35 | 55-95 | 95-120 | 43-80 | 75-100 | |
DN50 | 40-55 | 100-180 | 85-150 | 155-200 | 70-110 | 100-160 |
DN65 | 75-82 | 150-250 | 195-250 | 430-620 | 125-180 | 200-300 |
DN80 | 120-135 | 400-600 | 300-420 | 980-1100 | 350-400 | 500-800 |
DN100 | 175-190 | 600-1100 | 500-800 | 1600-2000 | 550-670 | 700-1200 |
DN125 | 275-300 | 1000-1500 | 800-1150 | 2700-3300 | 940-1100 | |
DN150 | 385-430 | 1500-2200 | 1250-2100 | 4100-4600 | 1350-1550 | |
DN200 | 720-750 | 2500-4000 | 2450-4000 | 8000-8600 | 2150-2500 |
Vana Boyutlandırması (Formüller, Kavramlar, Tanımlar)
Bir tesisatı projelendiren mühendisin görevi; var olan veya yeni yapılacak olan bir boru hattında verilmiş çalışma şartları altında, en uygun kontrol imkanını verecek vana, diğer armatürler, vb.. ile en uygun boruları seçmektir. Vanalarda da; debi, çalışma basıncı, sıcaklık, akışkan, korozyon vb.. ile ilgili kabuller ve standartlarla, yönetmeliklerin öngördüğü şartları yerine getirecek armatürün, tipi, anma ölçüsü, anma basıncı, malzemesi vb..’nin tespiti gereklidir.
Vanalar, tahrik şekillerine göre el kumandalı olabilecekleri gibi, çeşitli şekilde (elektrikle, pnömatik, v.d.) tahrik edilen ayar vanalarından da söz edebiliriz. Vanalar, tesisatta öngörülen en büyük debiyi geçirebilmeli, aynı zamanda ayar için gerekli küçük debilerde de fonksiyonunu yerine getirebilmelidir.
Kısma yolu ile çalışan cihazlarda (vanalarda) Bernoulli’ye göre, debi; etkin kısma alanı A ve kısma alanına etkili dif eransiyel basıncın (Δp) karekökü ile doğru orantılı, akışkan yoğunluğunun (ρ) karekökü ile ters orantılıdır. Cihazın direnç f aktörü ξ ile gösterilirse, debiyi
Q= ξ×A× √(Δp/ρ) şeklinde formüle edebiliriz.
Direnç f aktörü ve etkin alanı beraber olarak ele alan bir debi kapasite f aktörü tanımlanmış ve “Vana Kv” değeri olarak isimlendirilmiştir.
Kv değerinin tanımı: Kv değeri; 20 ºC sıcaklıktaki suyun, 1 Bar basınç kaybı ile belirli bir oranda açık vanadan geçen, m³/saat cinsinden debisini belirtmektedir,
Kv değeri, belirli, sabit tutulan bir doğrultudaki akış sırasında yapılan ölçümlerle tespit edilir.
A.B.D’nde kullanılan, eşdeğer CV (Valve Coef f icient) değeri de basınç f arkı 1.0 psi (0,07 bar) ve akışkan sıcaklığı 60 ºF olmak üzere US-Galon/ dak cinsinden debi olarak tanımlanmıştır.
CV = 1,17 x Kv veya Kv = 0,86 x Cv (Formül 6) Formül olarak; (Formül 7) şeklinde verilmektedir. Bu formülden yola çıkarak;
Kv : Vana debi kapasite faktörü ( m³/saat ) Q : Debi ( m³/saat )
G : Ağırlıksal debi ( kg/saat )
Qn : Hacimsel debi- Gazlar için normal şartlar altında, 0 ºC, 760 Torr ( Nm³/saat ) P1 : Vana giriş basıncı (Qmaks veya Gmaks’ta) (kgf/cm2)
P2 : Vana çıkış basıncı (Qmaks veya Gmaks’ta) (kgf/cm2 )
Δp : p1-p2
ρ1 : Akışkanın vana girişindeki çalışma şartlarında (T1 ve p1) yoğunluğu (kg/m³)
ρN : Gazların normal şartlar altında yoğunluğu ( kg/Nm³ )
V” : Özgül buhar hacmi T1 ve p2’ de veya Δp> p1 / 2 ise, T1 ve p1 / 2’de (m3/kg)</span
T1 : Akışkanın vana girişindeki mutlak sıcaklığı (ºK), T1 = t ºC +273 v : Tavsiye edilen akışkan hızı (m/san) olmak üzere,
“Kv“ değerini aşağıda verildiği şekilde hesaplayabiliriz.
Pratik olarak bu formüllere göre KV değeri hesaplanır veya bu formüllere dayanılarak hazırlanmış diyagramlardan bulunur.
Belirli bir açıklıkta bu KV değerini sağlayabilen vana, bir boru hattında istenilen çalışma şartlarını sağlayabilir. Bu şekilde tanımlanan KV değeri; önceden belirtilmesi gerekli açma mesaf esi, etkin alan, akış f aktörü ve kayıp f aktörleri gibi değerlerin ayrıca seçimine gerek bırakmaz.
Vananın seçilen ölçü ve direnç özellikleri ile öngörülen çalışma şartlarında, maksimum debi rahatlıkla kontrol edilebilmelidir.
Anma Stroku H100’ün tanımı:Vanalarda, vananın tam açık konumunu belirten anma stroku, H100 olarak gösterilir.
Kvs değerinin tanımı: Kvs değeri; vana imalatçısının belirli bir vana tipinde H100 için verdiği, anma KV değeridir.
Değişken çalışma şartlarında, mümkünse her şart için Kv değeri ayrı ayrı hesaplanmalı ve hesaplanan en yüksek Kv değerinin uygun bir katsayı ile çarpılmış değerine eşit Kvs değeri olan bir vana seçilmelidir.
Bu katsayı; genellikle 1,25 ile 1,3 arasında bir değer taşımaktadır.
Kvs = (1,25÷1,3) x Kv (Formül 14)Su buharı için Ağırlıksal debinin ( kg/saat ), hacimsel debiye ( m³/saat ) dönüştürülmesi:
Q = G x V”(V” : p2 ve T2’deki özgül buhar hacmi, m³/kg ) (Formül 15) Gazların, çalışma şartlarında hacimsel debilerinin bulunması:
Q = QN × 1/p² × T/273 (Formül 16)
Vana Anma Ölçüsü
Bir boru sistemini oluşturan parçaların tanımlanmasında kullanılan, alf anumerik bir ref erans değeridir. (EN ISO 6708, Haziran 1995) Başında DN harf leri bulunur. Arkada ise; mm cinsinden düşünülen, armatür deliğinin fiziksel büyüklüğü veya bağlantı dış çapı ile ilişkili boyutsuz bir tam sayı gelir. Burada ilişki endirekt olarak düşünülmektedir, yani; Anma Ölçüsü, ölçülebilir bir değer değildir ve aksi belirtilmedikçe, hesaplamalarda kullanılamaz.
Standart, Anma Ölçülerini aşağıdaki sıra ile vermektedir.
DN10, DN15, DN20, DN25, DN32, DN40, DN50, DN65, DN80, DN100, DN125, DN150, DN200, DN250, DN300, DN350, DN400, DN450, DN500, DN600, DN700, DN800, DN900, DN1000, DN1100, DN1200, DN1400, DN1500, DN1600, DN1800, DN2000, DN2200, DN2400, DN2600, DN2800, DN3000, DN3200, DN3400, DN3600, DN3800, DN4000
Amerikan sisteminde; Anma Ölçüleri “Inch” olarak verilmektedir ve yine f iziksel ölçüler ile endirekt ilişki söz konusudur. (ANSI Anma Ölçüleri)
1/4 “, 3/8”, 1/2 “, 3/4”, 1”, 1 1/4 “, 1 1/2 “, 2”, 2 1/2 “, 3”, 4”, 5”, 6”, 8”, 10”, 12”, 14”, 16”, 18”, 20”, 24”, 30”,
36”, 42”, 48”
Vana Anma Basıncı
Bir boru sistemini oluşturan parçaların mekanik ve ölçüsel özelliklerine bağlı olarak, tanımlanan, alf anumerik bir ref erans değeridir. Başında PN harf leri bulunan, birimsiz bir sayı ile belirtilir. (EN 1333, Ağustos 1996) Genelde, PN arkasından gelen sayı “bar” cinsinden izin verilen işletme basıncı olarak bilinmekte ise de, bir boru sistem parçası için izin verilen işletme basıncı; armatürün PN Kademesi, Malzemesi, Yapısı, izin verilen akışkan sıcaklığı gibi değerlere bağlıdır ve Basınç- Sıcaklık ilişkileri ilgili standartlarda verilmiştir. Yükselen sıcaklıklarda, malzeme mukavemeti düştüğü için, parçalarda izin verilen işletme basıncı ters orantılı olarak düşmektedir.
Standart, Anma Basınç Kademelerini aşağıdaki sıra ile vermektedir. PN2,5; PN6; PN10; PN16; PN25; PN 40; PN63, PN100
Amerikan sisteminde; Anma Basınçlarında “ANSI Class” harf lerinden sonra, genelde “psi- pounds of force
per square inch of surf ace area” olarak verilen sayılardan oluşmaktadır. ANSI Basınç Kademeleri, kullandığımız SI- Sistemi değerlerine tam olarak uyuşmaz. Bu değerler;
ANSI Class 125, Class 150, Class 250, Class 300, Class 600, Class 900, Class 1500, Class 2500 şeklinde verilmektedir.
Vana Anma Ölçüsünün Hesabı
İhtiyaç duyulan Vananın Anma Ölçüsü DN; Q (m3/saat), v (m/san) olmak üzere,
Q = v × (π×d²/4) olduğundan, buradan çıkan; DN(mm)= 18,8 × √(Q/v) (Formül 17) formülü ile bulunabilir. Tavsiye edilen akışkan vana giriş hızları:
Sıvılarda 2÷3 m/san
Gazlarda 20÷40 m/san
Su Buharında 15÷25 m/san (Doymuş buhar) 40÷50 m/san (Kızgın buhar)
Delik çapı olarak hesaplanan değer, standartlarla belirlenmiş bulunan ve liste olarak verilmiş, anma ölçülerinden birine yuvarlatılır.
Geriye dönerek; v = Q × (18,8/DN)² şeklinde bu anma ölçüsünde, hız değeri kontrol edilir. Bu anma boyutu için hesaplanan hız, tavsiye edilen sınır değerleri içinde ise, uygun anma ölçüsü bulunmuş demektir.
Vanalar hakkındaki bu özet giriş sonrası, Vanalar ile ilgili vana çeşitleri, kullanım alanları, formüller ve örnek hesaplamaların bulunduğu yayını inceleyelim.
Sosyal Medya Hesaplarımız :
Hızlı Menü
Ürünlerimiz
© Copyright 2022 Hanwell Otomasyon Tüm Hakları Saklıdır
Web Tasarım Digital Küre®