Сколько напора теряется на угловом клапане по сравнению с проходным
Запорный клапан теряет больше напора, чем любая другая запорная арматура того же диаметра. Причина в геометрии: поток дважды меняет направление, огибая седло. В угловом корпусе поворот один, поэтому сопротивление примерно вдвое ниже, чем в проходном.
Откуда берутся потери
В проходном клапане среда входит горизонтально, поднимается через седло вверх, обтекает золотник и снова поворачивает к выходному патрубку. Два поворота на 90° и резкое изменение сечения создают вихревые зоны, в которых теряется энергия.
Угловой клапан устроен иначе. Среда входит снизу, проходит седло и уходит вбок. Поворот один, и он совмещен с поворотом самой трассы.
Коэффициенты сопротивления
Потери в арматуре оценивают коэффициентом местного сопротивления ?. Справочные значения для полностью открытого положения:
Арматура | ? |
Клапан запорный проходной с вертикальным шпинделем | 4–6 |
Клапан запорный угловой | 2–3 |
Клапан прямоточный с наклонным шпинделем | 0,5–1,5 |
Задвижка клиновая полнопроходная | 0,1–0,3 |
Отвод 90° крутоизогнутый | 0,3–0,5 |
Точное значение для конкретной модели указывает производитель в паспорте, там же обычно приведен коэффициент пропускной способности Kv.
Расчет на примере
Потерю давления считают по формуле ?p = ? · ? · v? / 2.
Возьмем воду, трубопровод DN 25, скорость 2 м/с. Динамический напор составляет 1000 · 2? / 2 = 2000 Па.
Проходной клапан с ? = 5 даст потерю 10 000 Па, то есть 10 кПа или около 1 м водяного столба. Угловой с ? = 2,5 даст 5 кПа, полметра.
Если трасса в этом месте поворачивает, сравнивать нужно узлы целиком. Проходной клапан с отводом имеет суммарный коэффициент 5,4 и теряет 10,8 кПа. Угловой клапан заменяет оба элемента и теряет 5 кПа. Экономия составляет 5,8 кПа на одном узле.
Потери растут с квадратом скорости. При 3 м/с те же узлы потеряют 24,3 и 11,25 кПа.
Когда разница существенна
- Длинные линии с десятками единиц арматуры. Двадцать клапанов на трассе при разнице 5 кПа на каждом дают 100 кПа, целую атмосферу, которую должен создать насос.
- Самотечные системы и линии с малым располагаемым напором. Там каждый метр столба на счету.
- Всасывающие линии насосов. Лишнее сопротивление снижает кавитационный запас.
- Газ и пар под высоким давлением. Плотность среды высокая, скорости большие, и потери в арматуре заметно влияют на расход.
Когда ею можно пренебречь
На коротких обвязках, дренажах, воздушниках, импульсных линиях к приборам потери не влияют на работу системы. Здесь клапан выбирают по герметичности, удобству монтажа и ремонтопригодности.
Что еще дает угловая компоновка
Одна единица арматуры вместо клапана с отводом означает на два сварных шва или на одно фланцевое соединение меньше. Узел получается компактнее, что важно в стесненных обвязках аппаратов и коллекторов.
Ограничение одно: угловые запорные клапаны ставят только там, где трубопровод поворачивает на 90°. На прямом участке они не применимы.
Что указать при заказе
Для расчета потерь нужен паспортный ? или Kv выбранной модели: справочный диапазон слишком широк. У производителя запрашивают: диаметр, давление, материал корпуса, тип присоединения, направление подачи среды.
Гидравлический расчет выполняют для полностью открытого клапана. В промежуточном положении золотника сопротивление возрастает в разы, и запорную арматуру в таком режиме не эксплуатируют.