Grundlagen

Das Modul KV umfasst die Berechnung des Kv-Wertes für verschiedene Strömungsarten, für die Schallpegelberechnung und die Berechnung instationärer Vorgänge, z. B. beim Öffnen einer Armatur.

Die Berechnungen des Kv-Wertes basieren auf verschiedenen in der Literatur gebräuchlichen Formeln.

Die Schallpegelberechnung für kompressible und inkompressible Medien basiert auf der VDMA-Richtlinie
24 422, Ausgabe Januar 1989.

Instationäre Strömung – z. B. beim Öffnen eines Ventils oder bei einer Änderung des Vordruckes – wird nach "Mechanics of Fluids", Potter/Wiggert, Prentice Hall 1997 berechnet.

Für inkompressible Medien erfolgt die Berechnung in der nachfolgend dargestellten Maske. Nach Eingabe der erforderlichen Werte wird das Ergebnis automatisch berechnet und eingetragen.

Im folgenden Abschnitt finden Sie weitere Informationen zur Berechnung mit kompressiblen Medien, Dampf- und Zweiphasenströmung.

Wählen Sie nach dem Modulstart die Option "Kv gasförmig". In der Eingabemaske geben Sie die bekannten Daten ein.

Im folgenden Beispiel wurden die schwarz dargestellten Werte vom Benutzer eingegeben, die blau dargestellten Werte wurden vom Programm errechnet. Es spielt jedoch keine Rolle, welche Werte eingegeben werden.

Sobald ausreichend Werte vorgegeben wurden, berechnet das Programm nach den hinterlegten Formeln automatisch die jeweils fehlenden Werte.

Zur Berechnung des Kv-Wertes wird der Kv-Wert für den flüssigen und den gasförmigen Anteil zunächst separat ermittelt. Um den Gesamtwert zu erhalten, werden diese beiden Werte addiert und mit dem einzugebenden Korrekturfaktor für Zweiphasenströmung multipliziert.

Der Korrekturfaktor liegt im Bereich 1..2.

Korrekturfaktoren für an die Armatur angeschlossene Fittings usw. (Faktor für Rohrleitungsgeometrie), für die Turbulenz (Reynolds-Zahl-Faktor) und Druckrückgewinn werden in diesem Modul nicht berücksichtigt. Dies bedeutet, dass generell turbulente Strömung vorausgesetzt wird – wie sie in Regelventilen üblicherweise vorliegt. Angeschlossene Bauteile können nicht berücksichtigt werden.

Die Berechnungsmasken zur Schallpegelberechnung wurden an die Vorlagen in der VDMA-Richtlinie 24422 angepasst. Somit erfolgt die Berechnung analog, die Dokumentation – d. h. der Ausdruck der Masken entspricht im Aufbau den Berechnungsblättern.

Ausschnitt der Maske

Die Berechnung des Schließverhaltens einer Armatur finden Sie unter Schließverhalten einer Armatur.

Die Berechnung instationärer Strömungen erfolgt in diesem Modul ausschließlich für inkompressible Medien.

Vorzugeben ist der stationäre Ausgangszustand d.h.

·       der Ruhezustand

In diesem Fall sind Anfangsgeschwindigkeit bzw. Anfangsdurchfluss Null;

      oder

·       ein Anfangs-Durchflusswert

Beispiel:

Ausgehend von einer bestimmten Durchflussmenge wird der Vordruck erhöht.  Nach welcher Zeit

·       stellt sich der stationäre Zustand wieder ein?

·       wird eine bestimmte Durchflussmenge erreicht?

·       sind 95 Prozent der Endgeschwindigkeit erreicht?

Weitergehende Studien z.B. über die Abhängigkeit eines Parameters von zwei weiteren Parametern können mittels der Parameterstudie im Menüpunkt ATLAS erfolgen.

Eine Flüssigkeit mit einer gegebenen Dichte wird in einer Rohrleitung mit einem Innendurchmesser von
500 mm und 60 m Länge gefördert. Die relative Rauigkeit der Rohrleitung beträgt 0.00107, die anfängliche stationäre Durchflussmenge beträgt 10 m³/h.

In der Rohrleitung ist eine Armatur mit einem Wert ._Armatur = 0.8 eingebaut.

Für die instationäre Berechnung wird folgende Frage gestellt:

Wie ändern sich die Strömungsverhältnisse bei einer Erhöhung des Vordruckes, d.h. der wirksamen Druckdifferenz, um 0,5 bar?

Geben Sie hierzu im unteren Bereich der Maske den entsprechenden Wert ein (in schwarzer Schrift dargestellt):

Die in blau dargestellten Werte wurden vom Programm berechnet.

Beachten Sie:

Die Zeit für das Erreichen von 50 Prozent der Endgeschwindigkeit wird mit 0s angegeben. Die Anfangsgeschwindigkeit im stationären Ausgangszustand lag bereits höher als die entsprechende Geschwindigkeit. Nur bei der Ausgangsgeschwindigkeit (bzw. dem Ausgangsdurchfluss) Null werden stets alle Werte größer als Null.

Bei gleichen Eingabewerten wurde im folgenden Beispiel nur die erreichte stationäre Endgeschwindigkeit vorgegeben. Entsprechend werden die zusätzliche Druckdifferenz sowie die Werte in der Tabelle automatisch berechnet.

Im Bereich über der Tabelle können beliebige Zwischenschritte gerechnet werden. Geben Sie beispielsweise eine Druckerhöhung um 0,5 bar vor und errechnen Sie die Werte bei einer erreichten Geschwindigkeit von
1,9 m/s:

Im Beispiel – blau eingetragen – wurde diese Geschwindigkeit nach ca. 2,4 Sekunden erreicht. Der Durchfluss liegt bei 24 Prozent des Endwertes.

Vielfältige Berechnungsmöglichkeiten bietet Ihnen die Option Parameterstudie im Menü ATLAS

Hier berechnen Sie den maximalen Druckstoß beim Schließen einer Armatur und den verminderten Druckstoß entsprechend der vorgegebenen Schließzeit. Zusätzlich werden die Druckverluste der Rohrleitung und der Armatur im stationären Zustand errechnet. Falls der Dampfdruck des Fluids bekannt ist, kann beurteilt werden, ob beim Schließen der Armatur Kavitation auftritt.

Diese Berechnung erfolgt ausschließlich für inkompressible Medien. Die Schallgeschwindigkeit des Fluids ist vorzugeben.

Für eine vorgegebene Schließzeit der Armatur wird die Höhe der entsprechenden Druckwelle berechnet:

Unter anderem berechnet dieses Modul auch die Druckverlustwerte einer stationären Strömung:

Ist der Dampfdruck des Fluides bekannt, kann durch die Errechnung des minimalen statischen Druckes festgestellt werden, ob durch das Schließen der Armatur Kavitation auftritt.

Mittels Parameterstudien kann als eine von vielen Möglichkeiten der auftretende Druckstoß in Abhängigkeit der Schließzeit der Armatur berechnet werden.