Çeşitli çok seviyeli basınç düşürme regülatörlerinin özellikleri ve seçimi

Thread Content

Çeşitli çok aşamalı basınç düşürme regülatörlerinin özellikleri ve seçimi: Çok aşamalı basınç düşürme regülatörlerinin yaygın yapı tipleri ve özellikleri sistemli bir şekilde anlatılmıştır. Kompresible ortamlardaki koşullara göre ayar vanalarının CV değerlerinin nasıl hesaplanacağına dair yaygın yöntemler özetlenmiştir; bu da kullanıcıların çok aşamalı basınç düşürme ayar vanalarının özelliklerini anlamalarına ve bunları uygun şekilde seçmelerine rehberlik etmektedir. I. Giriş: Modern endüstriyel üretim süreçlerinde, ayar vanaları, kontrol sistemleri aracılığıyla boru hatlarındaki akışkan akış hızını değiştirmek için kullanılan cihazlardır. Boru sistemlerindeki son kontrol elemanları olarak, akışkanların dağıtılmasında ve akış hızının ayarlanmasında önemli bir rol oynarlar. Son yıllarda endüstriyel teknolojinin sürekli ilerlemesiyle birlikte, gerçek üretimde karşılaşılan yüksek sıcaklık, yüksek basınç gibi özel çalışma koşulları, ayar vanalarından da daha yüksek taleplerde bulunmaktadır. Özellikle yüksek basınç farklarına sahip uygulamalarda kullanılan ayar vanalarında, akış hızının çok yüksek olması nedeniyle sık sık içerideki daraltıcı parçalarda aşındırma meydana gelir. Aynı zamanda kavitasyon olayından kaynaklanan buharlaşma, gürültü ve titreşim gibi sorunlar da ortaya çıkarak güvenli üretimi ciddi şekilde tehdit eder. Bu nedenle, yurt içi ve yurt dışındaki bazı üreticiler, yüksek basınç farkı koşullarında kullanılmak üzere özel olarak çok aşamalı basınç düşürme yapısına sahip regülatör valfler geliştirmişlerdir. Bu makalede, yaygın olarak kullanılan çeşitli çok aşamalı basınç düşürme regülatörlerinin yapısı, çalışma prensibi ve özellikleri ayrı ayrı açıklanmaktadır. Ayrıca, sıkıştırılabilir çalışma koşulları için, kullanıcıların gerçek akış gereksinimlerine göre ayar vanasının CV değerini nasıl hesaplayabileceklerine dair yaygın yöntemler özetlenmiştir. Kullanıcıların çok seviyeli basınç düşürme regülatörlerinin özelliklerini anlamalarına ve bunları uygun şekilde seçmelerine rehberlik eder. II. Çok aşamalı basınç düşürme regülatörlerinin yaygın türleri ve özellikleri: Regülatörlerde meydana gelen kavitasyon olayının temel nedeni, valfin önü ve arkasındaki basınç farkının çok yüksek olmasıdır. Genellikle Δp > 2,5 MPa olduğunda, akışkanın valfin içinde daralma bölgesine girdiğinde basıncının aniden düştüğü, akış kesit alanının en küçük olduğu noktada basıncın en düşük seviyeye indiği kabul edilir. Bu basınç, mevcut sıcaklıkta akışkanın doymuş buhar basıncından düşük olduğunda, sıvının bir kısmı buharlaşır ve çok sayıda küçük buhar kabarcığı oluşur. Akışkan daralma noktasından geçerken basınç tekrar yükseldiğinde, bu buhar kabarcıkları parçalanarak tekrar sıvı hale döner ve valf gövdesi ile valf çekirdeği gibi parçalara darbe uygular; bu da gürültü, titreşim gibi zararlara yol açar. Son yıllarda, hem yerli hem de yabancı bazı regülatör üreticileri, zorlu çalışma koşullarında kullanılmak üzere çeşitli tiplerde, kavitasyona dayanıklı çok aşamalı basınç düşürme regülatörleri geliştirmiştir. Yaygın olarak kullanılan çok aşamalı basınç düşürme regülatörleri üç kategoriye ayrılır. Yapıları farklı olsa da ortak bir çalışma prensibine sahiptirler; hepsi de yapısını değiştirerek toplam basınç farkını birden fazla aşamada düşürür ve her aşamadaki basınç düşüşünü Δp1 değerini, kavitasyonun meydana gelebileceği kritik basınç farkından daha küçük tutar. Böylece kavitasyon gibi zararlı durumların oluşması etkili bir şekilde önlenmiş olur. 1. Seri tip ayar vanası: Seri tip çok aşamalı basınç düşürme yapısı Şekil 1’de gösterilmiştir. Bu yapı, başlangıçta tek bir bütün halinde olan daralma bölgesini birbirine bağlı birden fazla ayrı daralma bölgesine dönüştürerek daha büyük basınç farklarını birkaç küçük basınç farkına dönüştürür. Böylece her basınç düşürme işlemi doymuş buhar basıncının üzerinde tutulur ve kavitasyon olayı ortaya çıkmaz. Şekil 1: Seri tip ayar vanası. Seri tip ayar vanaları, sıvı ortamlarda kullanılmak üzere tasarlanmıştır ve özellikleri şunlardır: 1) Açılıp kapanma sürecinde sürekli basınç farkını azaltabilir; her bir daraltma noktasının hareketi, bir önceki daraltma noktasından sonra gerçekleşir. Böylece açılıp kapanma sırasında vananın üzerindeki sürekli yüksek basınç adım adım azalır ve bu da ilk daraltma noktasının üzerindeki yükü hafifletir. 2) Akış direnci düşüktür; akışkanın saflığı düşük olan veya hatta katı-sıvı karışımı akışlar için uygundur. 3) Seri tip valf gövdeleri genellikle tungsten karbür püskürtme yoluyla sertleştirilir ve aşınmaya ve kavitasyona karşı iyi direnç gösterir. 4) Üretim süreci, diğer çok aşamalı basınç düşürme regülatörlerine kıyasla daha basittir; işlenmesi kolaydır ve üretim maliyetleri de daha düşüktür. 5) Seri tip ayar vanalarının genellikle sınırlı sayıda basınç düşürme seviyesi vardır; çoğunlukla 3–4 seviyedir ve çok yüksek basınç farklarının olduğu durumlarda kullanılamaz. 2. Çok katmanlı kovan tipi ayar vanası: Çok katmanlı kovan tipi çok aşamalı basınç düşürme yapısı Şekil 2’de gösterilmiştir ve genellikle elektrik santralleri veya kimya endüstrisi gibi alanlarda kullanılır. Şekil 2: Çok katmanlı kovan tipi ayar vanası. Çok katmanlı kovan tipi ayar vanasının tipik yapı özelliği, vananın daraltma elemanının, üzerinde küçük delikler bulunan birkaç katmandan oluşan kovanlardan meydana gelmesidir. Her kovan arasında belirli bir boşluk bırakılır; bu sayede akışkan kovanlardan geçerken yavaşlatılır ve böylece akışkanın hızı belirli bir aralıkta tutulur. Özellikleri şunlardır: 1) Çok seviyeli kovan tipi ayar vanasının basınç düşürme seviyeleri daha yüksek olarak tasarlanabilir; basınç düşürme kapasitesi seri bağlı sistemlere kıyasla daha güçlüdür ve yüksek basınç farklarına sahip ortamlarda kullanılabilir. 2) Çok katmanlı kovan tipi yapı, hem yüksek basınç düşüşü gereksinimlerini karşılayabilir hem de çalışma sırasında yüksek bir akış hızı sağlar. 3) İyi kavitasyon direncine sahiptir; sıvı ortamlarda kullanıldığında, akışkan en dıştaki kovanlardan en içteki kovanlara doğru ilerler. Sıvı ortam, kavitasyon olayını azaltmak için kovanlar içinde aşamalı olarak basınç kaybeder ve akışkan sonunda iç kovanlardaki küçük deliklerden merkezi valf boşluğuna püskürterek kabarcıkların kovanın merkezinde patlamasını sağlar; bu da valfin metal yüzeyine doğrudan zarar vermez. 4) Gürültü ve titreşimlere karşı iyi performansa sahiptir; gaz ortamında kullanıldığında sıvı, iç kovanın içinden dışarıya doğru akar. Dış kovanın delik çapları ve aralıkları, iç kısma kıyasla daha geniştir; bu sayede gaz ortamı basınç azaltma sürecinde sürekli genişler ve böylece gürültü ile titreşimlerin neden olduğu zararlar etkili bir şekilde azaltılır. 5) Kovan işleme süreci oldukça karmaşıktır ve maliyeti yüksektir. Ancak kurulumu ve bakımı kolaydır, değiştirilmesi basittir. 3. Labirent tipi ayar valfi: Labirent diskli çok aşamalı basınç düşürme yapısı Şekil 3’te gösterilmiştir; ana daraltma bölümü, üzerinde labirent şeklinde oluklar bulunan birden fazla metal diskin üst üste gelmesiyle oluşturulmuştur. Akışkan, labirent şeklindeki kanallar içinde birçok kez çarpışarak ve yönelim değiştirerek enerji tüketir; aynı zamanda basınç kademeli olarak azalırken akış hızı da kontrol altına alınır. Şekil 3: Labirent tipi ayar vanaları, genellikle nükleer enerji, elektrik santralleri gibi sektörlerde yüksek sıcaklık ve basınç koşullarında kullanılır. Çalışma ortamı çoğunlukla aşırı ısıtılmış buhar olmakla birlikte, sıvı ortamlarda da kullanılabilir. Özellikleri şunlardır. 1) Labirent akış kanalının dönüş sayısı, labirent tipi regülatör valfinin basınç düşürme seviyelerini belirler; bu sayı genellikle on ila yirmi arasında değişir. Bu nedenle labirent tipi çok aşamalı basınç düşürme yapısı, yaygın olarak kullanılan çok aşamalı basınç düşürme regülatör valfleri arasında en yüksek basınç düşürme kapasitesine sahip olanıdır. Yurtdışında bu tür ürünlerde maksimum basınç 40 MPa’ya kadar çıkabilmektedir. 2) Mükemmel kavitasyon dayanımı ve ses azaltma/ titreşim sönümleme özellikleri; çok seviyeli dönüşlü labirent tipi akış kanalları, sıvının akış hızını etkili bir şekilde kontrol ederek kavitasyon, gürültü ve titreşim gibi olumsuz durumların ortaya çıkmasını engeller. 3) Farklı şekillerdeki labirent disklerinin birleştirilmesi yoluyla, labirent tipi ayar vanaları farklı akış karakteristiği ayarlama eğrilerine ulaşabilir. 4) Labirent tipi disklerin üretim hassasiyeti çok yüksektir; genellikle Stellite alaşımı ile kaplanır ve uzun bir kullanım ömrüne sahiptir ； Kurulumu ve bakımı oldukça basittir, diskler kolayca değiştirilebilir. 5) Labirent tipi akış kanalları, akışkanın saflığı konusunda yüksek gereksinimler taşır; aksi takdirde labirent akış kanalları kolayca tıkanabilir. III. Çok aşamalı basınç düşürme regülatörlerinde CV değerinin hesaplanması: Akış katsayısı (CV), genellikle vananın akış kapasitesini ifade etmek için kullanılır. Uygun bir regülatör seçebilmek için, kullanım koşullarına göre gerekli CV değeri hesaplanmalı ve ardından nominal akış katsayısına göre uygun regülatör modeli seçilmelidir. Sıkıştırılabilir koşullarda, akışkanın daralma sürecinde basıncı düşer, hacmi genişler ve yoğunluğu azalır; valf içindeki akış durumu sıkıştırılamaz akışkınlara kıyasla çok daha karmaşıktır. Bu nedenle, genellikle sıkıştırılabilir koşullarda kullanılan çok aşamalı basınç düşürme regülatörleri için akış katsayısının hesaplama yöntemi de oldukça özeldir. Tipik sıkıştırılabilir koşullar altında CV değerinin hesaplanmasında esas olarak sıkıştırma katsayısı yöntemi ve genleşme katsayısı yöntemi olmak üzere iki yaygın yöntem kullanılır. 1. Sıkıştırma katsayısı yöntemi: Sıkıştırma katsayısı yöntemi, 1950’lerde Sovyetler Birliği tarafından önerilmiş olup, sıkıştırılabilir koşullar altındaki akış katsayısını hesaplamak için kullanılan erken dönem formüllerinden biridir. Sıkıştırılabilirlik katsayısı yöntemi, gazın sıkıştırılabilirliğini dikkate alarak, genel sıvı hesaplama formüllerine bir gaz sıkıştırılabilirlik katsayısı ε ekleyerek sıvı hesaplama formüllerini düzeltir. Bu yöntem, hesaplama modelini büyük ölçüde basitleştirmektedir; farklı şekillerdeki ayar vanalarını hepsini aynı akış nozulu olarak görmekte ve nozul içindeki gaz ortamının akış sürecinin adyabatik bir süreç olduğunu varsaymaktadır. Daha sonra enerji denklemi kullanılarak hesaplama formülü elde edilmektedir, yani: (1) Burada γN – standart koşullardaki gazın yoğunluğu olup birimi kgf/m3’tür (1 kgf = 9,8 N) ； S — Standart koşullardaki hacim akış hızı, birimi m3/saat ； T——Gaz sıcaklığı, birimi K ； p1——Vana önü basıncı, birimi kgf/m2 (1kgf=9,8N) ； ∆p——Vananın önü ve arkasındaki basınç farkı, birimi kgf/m2’dir. Sıkıştırma katsayısı ε, deneyler yoluyla belirlenebilir; genellikle hava üzerinde yapılan deneylerde şu sonuç elde edilir: (2) Sıkıştırma katsayısı yönteminin yanı sıra, daha önce valf öncesi yoğunluk yöntemi, valf sonrası yoğunluk yöntemi ve ortalama yoğunluk yöntemi gibi başka yöntemler de vardı. Erken dönem formülleri yalnızca basınç geri kazanımının düşük olduğu durumlarda uygulanabilir ve kritik olmayan akış aralığında iyi bir hesaplama doğruluğu sağlayabilir. Ancak formülün hesaplama modelini basitleştirmesi nedeniyle, ∆p/p1 kritik basınç farkı oranına ulaştıkça büyük hatalar oluşur ve geçiş bölgesi ile kritik bölgede gereksinimler karşılanamaz. 2. Genleşme katsayısı yöntemi: Erken dönemdeki hesaplama formüllerinin hiçbiri, vanaların basınç geri kazanım özelliklerinin hesaplamalar üzerindeki etkisini dikkate almamıştı. 1970’lerde bazı yabancı üreticiler, genleşme katsayısı yöntemi, polinom yöntemi ve sinüs yöntemi gibi bir dizi yeni formül önererek erken dönem formüllerini geliştirdiler; bu sayede kritik olmayan bölgelerden kritik bölgelere kadar olan hesaplama hassasiyeti daha iyi sağlanabildi. Erken dönem formülleriyle karşılaştırıldığında, genleşme katsayısı yöntemiyle temsil edilen sonraki dönem formüllerinin hesaplama sonuçları daha ekonomiktir ve gereksiz israfı azaltabilir. Bunlar arasında, hesaplama kolaylığı nedeniyle genleşme katsayısı yöntemi, IEC tarafından standart formül olarak önerilmiştir. Genleşme katsayısı yöntemi, sıvı durumları için kullanılan hesaplama formüllerine genleşme katsayısı Y’nin eklenmesiyle elde edilir ve Y=1 olduğunda bu yöntem sıkıştırılamaz sıvılar için de uygulanabilir. (3) Formülde ρN — standart koşullardaki gaz yoğunluğu olup, birimi kg/m3’tür ； S — Standart koşullardaki hacim akış hızı, birimi m3/saat ； T1——Gaz giriş sıcaklığı, birimi K ； p1——Valf önü basıncı, birimi kPa ； X — Basınç farkı oranı, X = ∆p/p1 ； Z——Sıkıştırma katsayısı. Genleşme katsayısı Y, aynı Reynolds sayısında, sıkıştırılabilir bir ortamın akış katsayısının sıkıştırılamaz bir ortamın akış katsayısına oranını ifade eder. Akışkanın valf girişinden, daralma kesitindeki en küçük akış alanına kadar olan bölgedeki yoğunluk değişimini ve basınç farkı değiştikçe daralma kesitinin alanındaki değişimi gösterir. (4) Formülde FK — ısı kapasitesi oranı katsayısıdır, FK = K/1,4. Hesaplama formülünün kendisi, akışkanın yukarı akış koşulları altındaki gerçek yoğunluğunu içermediğinden, genleşme katsayısı yöntemi, belirli koşullar altında gerçek gazlar ile ideal gazlar arasındaki farkı telafi etmek için sıkışma katsayısı Z’yi kullanır. Genleşme katsayısı Y, valf girişinden boğaz bölgesine kadar olan gaz yoğunluğundaki değişiklikleri düzeltmek için kullanılır ve Y, boğaz bölgesindeki alan ile giriş alanının oranı, kanal şekli, basınç farkı oranı X, Reynolds sayısı ve öz ısı oranı katsayısı FK gibi faktörlerle ilişkilidir. Genleşme katsayısı yöntemi, sıkıştırılabilir akışkanların akışını etkileyen birçok faktörü kapsamlı bir şekilde dikkate alır; bu sayede tüm akış aralıklarında yüksek hesaplama doğruluğu sağlar ve çeşitli tip valfler için uygundur, bu nedenle oldukça yaygın olarak kullanılır. IV. Sonuç: Yüksek basınç farkı koşullarında kullanılan çok aşamalı basınç düşürme regülatörleri, boru hattı sistemlerinde kritik ekipmanlar olarak kontrol sürecinde son derece önemli bir rol oynamaktadır. Bu makale, yaygın olarak kullanılan üç farklı türdeki çok aşamalı basınç düşürme regülatörü ürünlerinin çalışma prensiplerini, temel yapılarını, özelliklerini ve her birinin uygulanabileceği alanları sistemli bir şekilde açıklamaktadır; bu da kullanıcıların çok aşamalı basınç düşürme regülatörlerinin temel türlerini ve özelliklerini anlamalarına yardımcı olmaktadır. Ayrıca, çok aşamalı basınç düşürme regülatörleri sık sık sıkıştırılabilir koşullarda kullanıldığından, bu makalede sıkıştırılabilir koşullar altındaki akış katsayısının tipik hesaplama yöntemleri de özetlenmiştir. Böylece kullanıcılar, doğru hesaplama yöntemlerine dayanarak regülatörün belirli bir modelini seçebilmektedirler. Özetle, bu makale, kullanıcıların yüksek basınç farklarına sahip ortamlarda kullanılan çok aşamalı basınç düşürme regülatörlerinin özelliklerini anlamalarına ve bunları mantıklı bir şekilde seçmelerine yönelik belirli bir rehberlik sağlamaktadır.