Bài 1: Điều khiển van BÀI 1: ĐIỀU KHIỂN VAN 1.Mục đích thí nghiệm: • Trắc hiệu chỉnh lưu lượng của van. • Khảo sát ảnh hưởng của kích thước van đến lưu lượng dòng chảy. • Khảo sát các đặc trưng của van khi độ chênh áp không đổi và biến đổi. 2.Cơ sở lý thuyết: 2.1. Hệ số lưu lượng: Hệ số lưu lượng C v là lượng nước đo bằng gallon US trong một đơn vị thời gian thông qua một giới hạn khi độ chênh lệch áp suất là 1PSI Từ định nghĩa C v người ta đưa khái niệm K v vào hệ thống đo lường quốc tế C v , K v là lượng nước Q chảy qua một van (m 3 /h) với độ chênh lệch áp suất là 1bar mối quan hệ C v , K v trong cùng một van là: C v = 1.16K v Mối quan hệ giữa lưu lượng dòng chảy với độ chênh lệch áp suất: PKQ vv ∆= ; 21 PPP −=∆ Với K v là hằng số đặc trưng của van, nó tương ứng với lưu lượng dòng chảy thu được khi độ chênh lệch áp suất là 1bar và van mở hoàn toàn, nó phụ thuộc vào kích thước van. 2.2. Sự phụ thuộc của lưu lượng vào độ mở van: Tốc độ dòng chảy lớn nhất khi van mở hoàn toàn và nhỏ nhất khi van đóng hoàn toàn. Giữa hai độ mở này tốc độ dòng chảy có thể thay đổi theo hướng khác nhau. Sự biến đổi này tùy thuộc vào hình dạng của lỗ mở giữa tốc độ nhỏ nhất và lớn nhất. Nguyên lý điều chỉnh tốc độ dòng chảy là: đặc điểm, bản chất của van, được định nghĩa dưới điều kiện kiểm tra cụ thể khi xác định K v và C v là hằng số. Tốc độ dòng chảy sẽ tăng tuyến tính tương ứng với độ mở van. 2.3. Độ mở van Hiện tượng xâm thực là sự biến đổi một phần của chất lỏng thành hơi xảy ra khi có sự tăng tốc nhanh của dòng lưu chất chảy qua mặt tiếp xúc và vòng đệm của van. Hiện tượng này gồm có sự biến mất của bọt khí tại cửa ra của van, là nguyên nhân gây ra sự va đập thủy lực. Va đập thủy lực là nguyên nhân chính gây sự ăn mòn khi độ chênh lệch áp suất trong van lớn.Hiện tượng xâm thực không những chỉ ăn Bài 1: Điều khiển van mòn mà còn gây ra sự rung động và tiếng ồn.Nó không phát hiện được và thường thấy ở bơm, xuất hiện thường xuyên trong các van tự động, đưa ra độ chênh lệch áp suất đáng kể, luôn xảy ra ở những van có hệ số lưu lượng cao như van cửa hoặc van bướm có giá trị K v lớn hơn van cửa gập có cùng đường kính. Hệ số lưu lượng tới hạn C f: Hệ số lưu lượng tới hạn là trị số ở dưới điều kiện áp suất mà van sẽ phải chịu hiện tượng xâm thực. ∆P c độ chênh lệch áp suất tới hạn ( ở điều kiện xâm thực xảy ra) ( ) vfc PPCP −=∆ 1 2 P 1 áp suất đầu vào cửa van của chất lỏng (bar) P v áp suất hơi chất lỏng ở nhiệt độ dòng chất lỏng vào (bar) Phòng tránh hiện tượng xâm thực Dựa vào quan hệ: ( ) vfc PPCP −=∆ 1 2 thì độ chênh lệch áp suất trong van phải dưới ∆P c Bằng cách: • Tăng áp suất đầu vào P1 • Van cần lắp đặt ở vị trí thấp trên hệ thống để tăng giá trị tới hạn của áp suất thủy tĩnh. 3. Báo cáo thí nghiệm: 3.1. Xác định hệ số lưu lượng của van TN1: chế độ không có bộ định vị: Q (m 3 /giờ) 0.02 0.030 0.040 0.050 0.060 0.070 0.080 0.090 0.100 ∆P (bar) 0.15 0.26 0.41 0.6 0.83 1.1 1.41 1.74 2.13 K v (m 3 /h) 1.633 1.861 1.975 2.041 2.083 2.111 2.131 2.158 2.167 Hằng số lưu lượng K v : P QK v ∆ = ρ K v hệ số lưu lượng của van (m 3 /h) Q: lưu lương lưu chất chảy qua van (m 3 /h) ∆P độ chênh lệch áp suất qua van (bar) ρ khối lượng riêng của nước chảy qua van (kg/dm 3 ) ρ nước = 1000 kg/m 3  Nhận xét: Bài 1: Điều khiển van Khi lưu lượng dòng chảy qua van tăng lên thì áp suất cũng tăng theo dẫn đến hệ số lưu lượng của van cũng tăng. 3.2. Xác định các đặc trưng của van khi độ chênh lệch áp suất qua van không đổi TN 3: Chế độ không có bộ định vị Độ mở 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Q (lit/h) khi mở 0 0 0 0 3.4 16 24 37 57 85 Q (lit/h) khi đóng 0 0 0 3 18 27 43.5 66 85 85  Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa lưu lượng và bộ điều khiển tín hiệu trường hợp tăng dần tín hiệu điều khiển.  Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa lưu lượng và bộ điều khiển tín hiệu trường hợp giảm dần tín hiệu điều khiển Nhận xét: Qua 2 đồ thị ta thấy độ mở của van hay kích thước van ảnh hưởng đến lưu lượng dòng chảy . Khi độ mở van tăng lưu lượng dòng chảy cũng tăng. Bài 1: Điều khiển van Nguyên nhân là do khi độ mở van tăng cũng chính là đã tăng ω - tốc độ dòng chảy , nên theo công thức Q v = ω . f , lưu lượng cũng tăng. Vì vậy để lưu lượng dòng chảy lớn ta phải tăng độ mở của van. 3.3. Xác định các đặc trưng của van khi độ chênh lệch áp suất qua van thay đổi TN5: Chế độ không có bộ định vị Độ mở 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ∆P (bar) khi mở 2.5 2.22 2.11 1.77 2.3 2.35 1.72 1.82 2.03 2.02 1.6 Q(lít/giờ) khi mở 0 0 0 0 0 8 18 28 46 71 87 ∆P(bar) khi đóng 2.22 2.07 2.2 2.15 2.13 1.96 2.16 1.86 2.02 1.63 Q(lít/giờ) khi đóng 0 0 0 0 10 18 20 55 77 88  Đồ thị mối quan hệ giữa lưu lượng và bộ điều khiển tín hiệu trong trường hợp tăng dần tín hiệu điều khiển  Đồ thị mối quan hệ giữa lưu lượng và bộ điều khiển tín hiệu trong trường hợp tăng dần tín hiệu điều khiển Bài 1: Điều khiển van Đánh giá kết quả: Theo kết quả thực nghiệm, ta thấy rằng, khi tăng độ mở van thì giá trị lưu lượng cũng tăng. Và tốc độ dòng chảy là lớn nhất khi van mở hoàn toàn. Tốc độ dòng chảy là nhỏ nhất khi van đóng hoàn toàn. Mặt khác, ta biết rằng hệ số lưu lượng K V là hằng số đặc trưng của van. Do đó, nó phụ thuộc vào kích thước của van( hay nói cách khác là độ mở van). Bởi vậy, khi độ mở van tăng thì hệ số hiệu chỉnh lưu lượng K V cũng tăng. Theo lý thuyết ta có, đối với những van có hệ số lưu lượng càng cao thì độ chênh lệch áp suất càng lớn. Và chính độ chênh lệch áp suất là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng xâm thực cho hệ thống. Vì vậy, cách tốt nhất để tránh hiện tượng xâm thực, ta nên giảm độ chênh lệch áp suất trong van dưới ∆P C bằng cách: tăng áp suất đầu vào đồng thời cần lắp đặt van trên hệ thống ở vị trí thấp để tăng giá trị tới hạn của áp suất thủy tĩnh.