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電動調節弁の設計選定における知識のポイント

2020-10-21View Original

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  電動調節バルブの選定設計は非常に重要で、適切な選定かどうかがシステムの調節結果に影響を与えます。また、電動調節弁の使用過程で圧力降下が過大になる場合には、手動調節弁や圧力差制御弁を直列に接続することで電動調節弁の動作圧力降下を抑え、その調節性能を維持することができる。 一、電動調節弁の技術仕様 (一) 流通能力 電動調節弁の流通能力とは、その弁がどれだけの流量を通過させることができるかを示すものであり、定義としては弁の両端の圧力差が1barのときに弁を通過する流量のことです。これは一般的にKvで表され、Kv=Q/ΔPとなります。ここでQは調節弁を通過する流量を意味し、単位はm3/hです;ΔPは調節弁の前後の圧力差を示し、単位はbarです。バルブが全開のとき、流量は最大となり、Kv値も最大となり、これをKvsと呼ぶ;バルブが閉じているとき、流量は0になります。 (二)流量特性曲線 電動調節弁の流量特性曲線は、定格ストロークが0から100%に変化する際の、弁を通過する流量と定格ストロークの割合との関係を示しており、また調節弁の相対流量と相対開度との関係も表している。バルブの圧力損失が一定の場合、バルブを通過する流量特性は理想的な流量特性と呼ばれる;バルブの圧力損失が変化したとき、バルブを通過する流量の特性を作動流量特性と呼ぶ。 (三)バルブの制御度 電動調節弁のバルブの制御度とは、調節弁が完全に開いている時の両端の圧力差と、調節弁が完全に閉じている時の調節システムの両端の圧力差との比率を指す。電動調節弁のバルブ特性の大きさは、システムの調節能力に関わっています。バルブの制御度が低いほど、システムの調整能力は低下する;逆ならば、それに越したことはない。 (四)調整比と閉止圧力差 電動調節弁の調整比とは、制御可能な上限流量と下限流量の比率のことである。運転時、流量の変動は調節弁の制御範囲内であるべきです。閉止圧力差とは、調節弁が完全に閉じた時のバルブ両端の上限圧力差のことです。もし調節弁の閉止圧力差が許容範囲を超えた場合は、直ちに対策を講じ(例えば圧力差制御弁を直列に接続するなど)、正常な範囲に戻さなければなりません。 二、電動調節弁の設計選定 (一)設計選定パラメーター 電動調節弁を設計・選定する際に考慮すべきパラメーターには、流量、バルブ前の圧力、圧力差、バルブ後の圧力、温度などがある。まず、熱供給施設の供給範囲内の供給面積、建物の断熱性能、ヒーターの種類、部屋の暖房温度といった要因が、熱供給施設の供給負荷を決定します;次に、一次側の給水・返水温度から熱源プラントの一次側流量を算出し、それによって調節弁の流量を決定する;最後に、調節弁の弁前圧力、圧力差、または弁後圧力は、給湯システムの一次管網の水圧図と熱供給施設の抵抗損失から求めることができ、給湯システムの実際の状況に応じて決定する必要がある。 (二)設計選定の原則  給熱システムを制御する上での最適な原則は、制御弁の開度変化と熱交換器の熱交換量の変化が線形関係にあることである。熱力プラントの水-水熱交換器の熱交換特性は上向きの曲線であるため、等パーセンテージ流量特性の調節弁を選択すべきである。また、実際の運用において調整性能を確保するために、調整弁のバルブ係数は0.25~0.3未満であってはならない。電動調節弁のバルブ本体の口径は、流量能力のKvsに基づいて選定し、アクチュエータの選定は最大閉止圧力差の要求を満たす必要がある。 (三)設計選定計算  熱供給施設の供給負荷および一次側の供給水・返水温度に基づき、電動調節弁の流量を算出する;一次側の水圧図、熱源プラントの抵抗、およびバルブの特性に基づき、電動調節弁の圧力損失を決定する;必要なKv値の計算;電動調節弁の選定サンプルを探し、Kv値より大きくかつ同じグレードのKvs値を選び、調節弁の口径を決定する;調節弁が実際に全開したときの圧力降下を計算し、さらに実際のバルブ特性値を算出する。この値は0.25~0.3未満であってはならない;選定サンプルの許容圧力差と許容温度を確認し、バルブタイプを選択する;選定サンプルに基づきバルブ本体に適合するアクチュエータを選び、閉止圧力差の要件を満たすように制御信号の種類を決定する。 三、過大な圧力を解消するための対策 (一) 並列型手動調節弁の使用 手動調節弁は抵抗要素として機能し、並列に手動調節弁を設置することで、給熱システムから供給される過剰な圧力を相殺し、電動調節弁が適切な圧力差のもとで動作できるようにする。これにより、調節弁の両端の圧力降下と動作時の圧力差の比率を0.25~0.3以上に保ち、調節性能を向上させることができる。厳密な意味で言えば、直列式手動調節弁は調節弁の開度特性を変えるものではなく、電動調節弁が調節過程において適切な開度範囲内で動作できるよう、その相対的な開度を変更するだけである。熱力プラントの一次側流量が減少すると、電動調節弁の動作時のバルブ端の圧力降下を低減し、その開度を許容範囲内に維持するために、手動調節弁を調整する必要がある。 (二)直列圧力差制御バルブ 熱源プラントの利用可能な圧力頭が過大な場合は、直列に圧力差制御バルブを接続し、電動調節バルブに一定の圧力差を供給することもできる。圧力差制御弁は、余分な圧力頭を吸収することで、電動調節弁が安定した作動状態で稼働し続けられるようにし、給熱システムから供給される圧力頭の変動や他の熱源施設の調整の影響を受けないようにします。直列圧差制御弁には多くの利点があるため、熱供給所の一次側に電動調節弁を設置する際には、同時に直列圧差制御弁も設置すべきである。

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