sauter Sauter Manuel utilisateur

Curseur de calcul Sauter
permettant le calcul des vannes
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Aas
5 Curseur de calcul Sauter
permettant le calcul des vannes
7 7 000129 002 810
Table des matières:
1.0 Vue d'ensemble
1.1 Caractéristiques des éditions précédentes
1.2 Disposition et allure
1.3 Mode d'emploi succinet
2.0 Utilisation du curseur de calcul et exemples numériques
2.1 Eau en tant que support thermique
2.2 Débit avec des fluides de densité différente
2.3 Vapeur d'eau
2.4 Gaz et vapeur (réduction de la pression d'air)
2.5 Inversion de la suite logique du calcul
вый 3.0 Remarques quant à la détermination des paramètres
3.1 Conversion dans les unités du curseur de calcul
3.2 Pression différentielle Ap sur la vanne ouverte en fonction des caractéristiques de l'installation
3.3 Choix de la caractéristique de la vanne
4.0 Limites physiques d'utilisation
4.1 Cavitation lors de l’utilisation de liquides
4.2 Pression différentielle critique lors de l'utilisation de fluides compressibles
4.3 Influence du frottement lors de l'utilisation de fluides visqueux et lors de pressions différentielles réduites ~~
Annexe: Equations
Fr. SAUTER AG, CH-4016 Bâle
1.0 Vue d' ensemble
Le curseur de calcul Sauter est utilisé pour le dimensionnement des vannes de réglage en relation avec des
fluides liquides et gazeux.
1.1 Caractéristiques
— Réalisation mécanique stable, permettant une lecture exacte
— Mode d'emploi succinct avec exemples numériques
- Echelle graduée et numérotée avec regard vitré
— Avec eau en tant que support thermique: Débit obtenu par différence de
température et puissance.
— Données concernant la densité des gaz et des vapeurs
— Méthode de calcul éprouvée permettant de déterminer le type de vannes (valeur ky)
— Caleul avec des produits indépendants о
1.2 Mise en page et allure (voir fig. de la page 3)
Sur la première page avec | Liquides | et | Vapeurs d' eau | , sont directement visibles, les pas les plus
importants permettant de déterminer les appareils de réglage. -
Ceci permet de résoudre presque tous les problèmes de chauffage et de climatisation.
Pour les cas universels, en relation avec des fluides compressibles on détermine le coefficient k puis la valeur ky
et cela coté verso. |
Coté recto
Liquides Détermination de la valeur ky pour eau en tant que support thermique.
Détermination de la valeur k, pour liquide avec différentes densités.
© [56
ODO
Détermination du surchauffage et du coefficient k en tant que support
thermique (Suite avec l'échelle (6)
Vapeurs d'eau
Coté verso
Gaz (2) ... (5) Détermination du coefficient k pour gaz et vapeurs avec différentes
Vapeurs densités
peur s d'eau .. Détermination de la valeur ky en fonction du coefficient k pour vapeur
az
d'eau et gaz.
Vapeurs
Flux calori. O KW Curseur de calcul pour vannes Sauter
ik JL Recto
— (1) Temp. différentielle Ar K
— 7 ; | 45 7 10 1520 30 4050 70 100 a
Détermination de la e calort Q Wb ee ee ep Cl | SAUTER
. ux calorifique Fr. Sauter SA
valeur ky pour liquides Q kcal/h CH-4016 Bale
et eau en tant que (a Débit Y m3/h a 1 Lt Lhd 4 L 4
suppo T En E ne domos Ar 2 1 os | tiquides |
r ermi ue : iquides
pp! я ) Chute de pres. ApkPalbar 53 2 1 0,5 0,50,2 0,1 0,05 0,02 0,01 a 1
pry er RATES ETAPE GS 3 1 ; Le id | i { i i 1
JZ kym th | ETT ZE MET ET IX x {1 i
(8) Pression en amont de la
vanne p, bar abs. TT TT
- гг t Vapeur d'eau
(9) Temp. vapeur Pa Py
i saturée t, °C ! demas Ä 1 ot A
. 1
Coefficient k pour (19) Surchauffage — 3501000
vapeur d eau © pris °C | т т Ay i t I I Pod 1 i T F 1 rod } | — Ap +
= #* suite du calcul avec l' échelle 65
J
Verso
@ N
(3 eL a q A ых — Vapeurs Densité py en kg/m3
Coefficient k pour (3 Pres. en amont del_ 1 | Gaz avec0°C, 1,013 bar
tavanneplbarabs. 0,10 20.3 0,5 1 2 356
gaz et vapeurs @ Densité pp k amy AAA |
® + ;
N JL ma ** 2
(19 к 100 70 5040 30 20 15 10 7 54 3 215 1 07 ;
Determination de la Debitde | BEL SEES SEE WE BEE SEE EOS eh | gapeur d'eau
n th
valeur k, pour vapeur Es 7 Vapeurs
d' eau, gaz et vapeurs i (19 chute de pression Apin % de py к; —30 20 10 5432 1
E 19 ky m3/h Г KT XT K KT y wen! mur ves ser? Va) |
N 7
3 +
1.3 Mode d'emploi (1) Numéros des échelles SN Superposer
_— р eee me Changer sur l'échelle O ce Lire
Déterminer le fluide ) Définir le coefficient "k” Définir le chiffre carac- Déf. la dimension des vannes,type
et les paramètres (grandeur auxiliaire) téristique de débit ”k," de servomoteurs et les pressions
o
e y VA 4,3 m3/h
> 0-00)
Ay
20% 0,1 bar
<.
Définir la valeur k,, la plus
rapprochée (repère A)
At
°
Liquides T Ap T
|
|
Mux calorifique Q kW | * рочг Р еаи еп tant que AE <» Ÿ 3 À
—#| Température diff. Ât K y Support calorifique > (2) (7) — vum Valeur kys
Chute de pression Ap bar | | 100 kW 13.5m ЗА souhaitée
Débit V m3/h |
ébit Vm ' +
1] Densité p kg/dms + _— © | ® —y
Chute de pression Ap bar | 02 mm = es 0.3 bar Information produits et
| | LL LL y systémes (PSI)
2 ky
oa m surchauffe 09 == “O paragraphes 56 ou 76
Ap À. пт € Valeur k,,
Diametre nominal
Pression nominal
Type de vanne
Caractéristique de la vanne
Temperature de service admise
Pression différentielle admise
Type de servomoteur
. y e
| Vapeur d'eau
ww rite amas hs тонн м ен a A A eno менее = ame fm sm u ее
Pression absolue p, bar
Température t, °C
Débit de gaz rn t/h
Chute de pres. Ap % v. p,
Sie
A Se A em wa ee de eww wt nn]
A Sr mars 4 med A MAM WF DEER AT UD ah e WF de Wd EE EE WE mamas de Amps O Cp e er mie
|
E UN “O
В 13kgim3| , ih 1,52 m2/h
e |
|
. k
| Densité py kg/m3 а (13 ———
|5, 0 bar 5,0
Les chiffres représentés sont donnés en fonction d'un exemple de calcul (voir exemples sur les pages suivantes)
ir
il
Fr. SAUTER SA, CH-4016 Bâle 3
2.0 Utilisation du curseur de calcul en fonction d’exemples numériques
Pour ces exemples, il est conseillé d'utiliser simultanément le curseur de calcul.
(Les chiffres de la partie fixe et de la partie mobile, doivent concorder)
Dans ce paragraphe, les quatre méthodes possibles de calcul sont décrites:
1) Eau en tant que support thermique
2) Débit lors de densité différente
3) Vapeur d'eau
4) Gaz et vapeurs
Le mode d'emploi succinct reprend les mêmes exemples numériques. Pour la compréhension de la symbolique
utilisée, nous conseillons de répéter les exemples en fonction du mode d'emploi succinct.
2.1 Exemple 1: Eau en tant que support thermique
Maison locatives avec chauffage à eau chaude et circulateur (données pour l'installation en pleine charge)
Energie thermique nécessaire calculée ........222021200 0000 een aa eau ana Q = 100kW
Température différentielle (départ-retour) aux corps de chauffe ........... At = 20°C = 20K
Pression différentielle sur la vanne ouverte ............................. Ap = 0,1 bar
Marche à suivre en fonction de l'exemple
Indications supplémentaires
Détermination de la valeur ky
a) Coté recto du curseur de caleul:
Liquides
Ajuster l'échelle (2) jusqu' á ce que le flux
calorifique (100 kW) soit exactement positionné sur
la valeur de la tempérture différentielle At (20 K) de
l'échelle fixe.
Parce que ”l' eau en tant que support thermique”
débute avec l'échelle (2) flux calorifique”.
Si le flux calorifique est indiqué en kcal/h, il est alors
possible de débuter avec l'échelle (3).
b)
Lire le débit indiqué sur l'échelle (4)au niveau du
triangle À:
V = 4,3 m3/h
Positionner sur I' échelle (6) la pression
différentielle Ap (0,1 bar) et lire sur l'échelle © la
valeur ky:
k, = 13,5 m3/h
Avec l'ajustage selon a), tous les résultats peuvent
être lus sans devoir décaler le curseur.
La pression différentielle dépend presque toujours du
débit. Influence de la perte de charge dans I" instal-
lation, voir point 3.2.
Détermination des types de vanne
с)
Choisir sur la méme échelle (7) la valeur ky la plus
‘proche (caractérisée par À ) et lire (16), valeur kys
souhaitée.
Dans l'information produits et systèmes (PSI),
paragraphe 56 ou 76, sont mentionnées les valeurs
kys éxistantes ainsi que les données suivantes:
® Diamètre nominale
e Pression nominale
© Caractéristique de la vanne
e Types de vannes (de passage ou à trois voies)
® Types de servomoteurs (élect. hydr.,pneum.)
e Température de service admise
® Pression différencielle admise
La valeur k, (coefficient de débit) est une valeur
permettant de déterminer le diamétre nominal dela |
vanne souhaitée. La valeur ky, est le coefficient de
débit des vannes Sauter existantes lors d'une course
de 100 %. Littérature (10)
La valeur ky, et l'orifice nominal ne sont pas toujours
en relation directe k,, = DN2/63. Par exemple,
| avec de petites valeurs kg, le diamètre de passage est
réduit, sans que le corps de vanne (DN) soit modifié.
винт
2.2 Exemple 2: Débit avec fluides de différentes densités
Régulation du débit d'huile (données pour l'installation en pleine charge)
100 % du débit souhaité ................... e...
Poids spécifique (densité) ...........................
Pression différentiellesurlavanne ..................
LL & + + =» & += KB а вв вов
"hk BoE BE ROE BE OAR OEE EEE
Ce Lana V = 02m3/h
0,9 kg /dm3
0,3 bar
> ©
"с
Ho
Marche à suivre selon exemple
Indications supplémentaires
Détermination de la valeur k,y
a) Coté recto du curseur de calcul:
Liquides
Ajuster l'échelle (4) jusqu' á ce que le debit
souhaité (0,2 m3/h) soit exactement positionné sur
la densité correspondante (0,9 kg/dms)
Pour !' eau, la densité (1 kg/dm3) est mise en évidence
par le signe À . |
b) Lire sur l'échelle (6) la pression différenielle Ap
(0,3 bar) et lire sur l'échelle (7) située en dessous,
la valeur ky attribuée:
k, = 0,35 m3/h
Les pressions différentielles en kPa, peuvent être
converties directement à l'aide de l'échelle
(double échelle).Contrôler év. l'influence de la
viscosité. Voir paragraphe 4.3.
Détermination de la vanne et du servomoteur
с) Choisir sur la même échelle © la valeur ky la plus
proche (caractérisée par À ) et lire (0,4), valeur kys
souhaitée.
Dans l'information produits et systèmes (PSI),
paragraphe 56 ou 76, sont mentionnées les valeurs
kys éxistantes ainsi que les données suivantes:
e Diamètre nominale
e Pression nominale
e Caractéristique de la vanne
e Types de vannes (de passage ou à trois voies)
La valeur ky (coefficient de débit) est une valeur
permettant de déterminer le diamètre nominal de la
vanne souhaitée. La valeur ky, est le coefficient de
débit des vannes Sauter existantes lors d'une course
de 100 %. Littérature (10)
La valeur kys et l'orifice nominal ne sont pas toujours
en relation directe ky, = DNZ2/63. Par exemple,
avec de petites valeurs ky,, le diamètre de passage est
réduit, sans que le corps de vanne (DN) soit modifié.
e Types de servomoteurs (élect. hydr.pneum)
® Température de service admise
e Pression différencielle admise
Fr. SAUTER AG, CH-4016 Bâle
2.3 Exemple 3: Vapeur d'eau
Appareil de détente de vapeur (données pour l'installation en pleine charge)
100 % de débit de vapeur souhaitée
Pression absolue en amont de la vanne
Température en amont de la vanne
Pression différentielle sur la vanne
= #s + * # 6 #6 # # # # оон
“ + # + # # + BE OF BK #4 + FE + = 4
A ва т + + & бане в жа
a 4 мы в тв вв т нов 9 #4 U.
* Nécessaire pour l'échelle (Ap % = 100 - Ар/р1)
Cee m = 0,1th
ea p1 = 8 bar*
RAA ERG ts = 210°C
RAS Ap = 1,6 bar*
Caen Ap% = 20%
Marche a suivre selon exemple
Indications supplémentaires
Détermination de la valeur ky
Vapeur d'eau, gaz, vapeurs
Déplacer l'échelle (17 jusqu' á ce que le débit de
vapeur r (0,1 t/h) indique sur l'échelle fixe la
valeur k (5,0) (recherchée auparavant).
Rechercher la chute de pression Ap en % de py
(20%) sur l'échelle fixe (18) et lire sur I' échelle(19)
la valeur ky lui étant attribuée:
k, = 1,52 m3/h
a) Coté verso du curseur de caleul
Vapeur d'eau
Ajuster l'échelle jusqu' à ce que le triangle de La conversion correspond à la caractéristique
lecture soit sur py (8 bar). Lire sur l'échelle (s)la physique de la pression de vapeur d' eau saturée.
température de la vapeur saturée:
ts = 170 °C
Calculer mentalment le surchauffage t{ - tg, soit Par cette mesure, le contréle permettant de garantir
210-170 = 40°C. que l'on se trouve réellement dans un état
Ajuster la valeur du surchauffage sur l'échelle surchauffée (gazeux), est effectué automatiquement.
et lire sur l'échelle (11) le coefficient k lui étant
attribué:
k = 5,0 |
b) Coté verso du curseur de calcul Pour Ap% plus petit que 47 %, un débit min. critique
apparait. Pour Ap% supérieur a 47 %, lire
simplement la valeur “kr”. Voir 4.2, pression
différentielle critique.
Détermination de la vanne et du servomoteur
с)
Choisir sur la méme échelle la valeur ky la plus
proche (caractérisée par À ) et lire (1,6), valeur kyg
: 97 vs
souhaitée.
Dans l'information produits et systèmes (PSD,
paragraphe 56 ou 76, sont mentionnées les valeurs
kys éxistantes ainsi que les données suivantes:
® Diamètre nominale
® Pression nominale
© Caractéristique de la vanne
o Types de vannes (de passage ou à trois voies)
© Types de servomoteurs (élect.,hydr.,pneum.)
e Température de service admise
® Pression différencielle admise
La valeur ky (coefficient de débit) est une valeur
permettant de déterminer le diamètre nominal de la
vanne souhaitée. La valeur kys est le coefficient de
débit des vannes Sauter existantes lors d'une course
de 100 %. Littérature (10).
La valeur ky, et l'orifice nominal ne sont pas
toujours en relation directe kys — DNZ/63. Par
exemple, avec de petites valeurs ky, le diamètre de
passage est réduit, sans que le corps de vanne (DN)
soit modifié.
sine
Elomi
2.4 Exemple 4: Gaz et vapeurs
Réduction de l'air comprimé (données pour l'installation en plaine charge)
100 % de débit d'air souhaité (en mètre cube normals)**
Pression absolue en amont de la vanne ................
Température en amont de la vanne ...................
Pression différentielle sur la vanne ..................
Densité lors de 1' état normal ........................
++ Est nécessaire pour l'échelle
+ Est nécessaire pour l'échelle (Ap % = 100 - Ар/р1) ..............
+ + » = +: 8 F&F EN EA kaso
m = Vo * Po * 10-3
Vo = 77,5 m3,/h
a BF OB OW OE XO" BME FF Ex ER
eee р1 = 5 bar*
RAS to = 30°C
RS Ap = 1 bar*
Po = 1,29 kg/m3,
Ар% = 20 %
m = 0,1 НА
(Conversion selon 3.1)
a + = 1 = + = + + # + # + 5 2 +
Marche à suivre selon exemple
Indications supplémentaires
Détermination de la valeur ky
a) Coté recto du curseur de calcul
gaz + vapeurs
Ajuster l'échelle © jusqu’ à ce que la pression p,
(5 bar) soit exactement positionnée sur la
température t; (30 °C) de l'échelle fixe (2).
Lire la densité normale p, (1,29 kg/m3) sur
l'échelle fixe (16)et lire sur l'échelle(5) le
coefficient k:
k = 5,0
La densité des gaz les plus importants, peut être
relevée sur le tableau ”densité”.
b) Décaler 1 échelle(17) jusqu' á ce que le débit de gaz
mn (0,1 t/h) corresponde avec la valeur k (5,0)
(recherchée auparavant) de l'échelle fixe (16) .
Rechercher la chute de pression Âp en % de p, (20%)
sur l'échelle fixe (18) et lire sur l'échelle (19) la
valeur k, lui étant attribuée:
ky, = 1,52 m3/h
Pour Ap% plus petit que 47 %, un débit min. critique
apparait. Pour Ap% supérieur a 47 %, lire
simplement la valeur kr”. Voir 4.2, pression
différentielle critique.
Détermination de la vanne et du servomoteur
c) Choisir sur la même échelle la valeur ky la plus
proche (caractérisée par À ) et lire (1,6), valeur kys
goühaitée 000
Dans l'information produits et systèmes (PSI),
paragraphe 56 ou 76, sont mentionnées les valeurs
kys éxistantes ainsi que les données suivantes:
® Diameétre nominale
® Pression nominale
® Caractéristique de la vanne
e Types de vannes (de passage ou à trois voies) —
e Types de servomoteurs (élect., hydr.,pneum.)
e Température de service admise
© Pression différencielle admise
La valeur ky (coefficient de débit) est une valeur
permettant de déterminer le diamètre nominal de la
| vanne souhaitée. La valeur kys est le coefficientde
débit des vannes Sauter existantes lors d'une course
de 100 %. Littérature (10).
La valeur kys et l'orifice nominal ne sont pas
toujours en relation directe ky, = DN2/63. Par
exemple, avec de petites valeurs kyg, le diamètre de
passage est réduit, sans que le corps de vanne (DN)
soit modifié.
Fr. SAUTER SA, CH-4016 Bâle
2.5 Inversion de la suite du calcul
À l'aide des échelles de caleul, il est possible de déterminer à partir de grandeurs connues une gandeur inconnue.
Les exemples précédents sont spécialement prévus pour calculer la valeur ky (suite chronologique des numéros
d' échelles).
Le curseur de calcul permet 1' inversion de tous les pas de calcul:
Exemple 5:
Avec une vanne ayant un ky = 4, un débit de 2 m3/h doit étre atteint.
Quelle est 1a pression différentielle?
Décaler l’ échelle (4) de manière à ce que le débit (2m8/h) corresponde avec la densité 1 (eau). Rechercher sur
l'échelle (Mla valeur kys (4) et lire sur l'échelle (6) la pression différentielle: Ap = 0,25 bar
Exemple 6: |
Quel est le débit d' air ayant un coefficient d' état k = 5 s' écoulant dans une vanne ayant une valeur kyg 6,3 lors
d' une chute de pression critique Ap = 47%?
Décaler l'échelle de manière à ce que la valeur k, (6,3) corresponde avec la chute de pression critique = 47%.
Rechercher sur l'échelle le coefficient k (5) et lire sur l'échelle (17 le débit de gaz: m = 0,5 t/h
_ M
Vo - 108 = 387 m 3 /№ (conversion selon 3.1)
Po n
Remarque:
La pression de vapeur saturée ou la température de vapeur saturée de l'eau peuvent être lues sur les échelles
et (9) -
3.0 Remarques concernant la détermination des paramètres
3.1 Conversion dans les unités du curseur de calcul u
Les unités physiques ont été choisies en fonction de celles utilisées dans notre branche et, pour les liquides, ne
demandent aucune mesure particuliére.
En fonction de la terminologie utilisée en relation avec la vapeur, le débit de gaz m, sur l’ échelle(17) , est
indiqué en t/h.
Dans divers cas, il faut convertir cette unité en kg/h ou en débit volumique Vo:
V, = m/p, - 108 (voir exemple 6) menth
Po en kg / md
m= Vo - Po -103 (voir exemple 4) Ven m} Ih
Le calcul avec Ap en % de p; est particulier pour les fluides compressibles. Ce calcul permet de contróler
automatiquement si l'on se trouve dans un domaine critique. Ap% doit étre calculé d'avance (exemples 3 et 4).
Il faut être attentif, lors de calculs avec des fluides compressibles, à ce que toutes les pressions soient indiquées en
valeurs absolues. L' exactitude est en général suffisante si, pour les valeurs de pression relative en bar, l'on
ajoute 1 bar.
Sa
3.2 Pression différentielle en fonction des données d'installation
La pression différentielle Ap permettant le calcul de là valeur ky à l'aide du curseur de calcul, ne peut être définie
de manière constante et directe que lors de cas isolés.
Lors de la première phase de l'étude du projet, des valeurs en fonction d'expériences faites sont utilisées, ces
valeurs sont en général suffisantes pour un projet préliminaire et pour une première estimation de prix.
Lors de valeurs expérimentales incertaines, il faut prendre en considération que:
~ des vannes trop petites ne garantissent pas la puissance projetée
— des vannes trop grandes ne permettent pas une régulation optimale
— des vannes mal dimensionnées ne peuvent être corrigées qu'à grands frais (c'est-à-dire échangées).
Il ne reste ainsi plus qu' à contrôler le circuit hydraulique lors d'une deuxième phase de planification. C'est-à-dire,
lorsque la pompe, le générateur de chaleur, l'échangeur de chaleur ainsi que la résistance du circuit sont connus.
Le contrôle du surdimensionnement des échangeurs de chaleur, dont la régulation est réalisée avec un débit
d'eau variable et une vanne de passage (voir 3.3, fig. 2) est particulièrement important.
Dans ce cas, lors du choix de la vanne en fonction de l' échelle
supérieure la plus proche.
Pression différentielle y
Caractéristique de la pompe 100
Apyg АРУ оо
Caractéristique du circuit Apu,
0
0 V 100 A
Ap, оо = Pression différentielle avec la vanne ouverte
Ap, = pression différentielle avec la vanne fermée
,il n'est pas nécessaire de choisir la valeur kys
Di Apy —ta- Di ÂPp — at
— +50
Vanne \ Ротре
Résistance du circuit
——— APN ep
э>!-- Ар, Ар; —- Ар; —
A Я
Echangeur Conduites Générateur
de valeur de chaleur
La pression différentielle sur la vanne ouverte Apy,,, dépend du débit V 100 calculé (en fonction de l'énergie
thermique et de la température différentielle). Lorsque le débit augmente, la pression de la pompe diminue et la
chute de pression dans le circuit augmente. La définition d'un système de régulation est considéré comme
suffisant, lorsque la chute de pression avec la vanne ouverte (Apy, ,,) et avec la vanne fermée (Apy,) est connue
(autorité de la vanne P = Apy /Apy).
Littérature: (1, 2, 9)
Valeurk,
100
80
60
40
20
Kyo
0 20 40 60 80 100% Course
Caractéristique linéaire
Valeur k,
100 kys
80
60
40
20
Kyo
0 20 40 60 80 100% Course
Caractéristique exponentielle
t
4
Fr. SAUTER SA, CH-4016 Bäle
Ih
Ir
Pour la majorité des types de vanne, une caractéristique linéaire et une caractéristique exponentielle sont a
disposition: La pente de la caractéristique exponentielle est moins importante lors de petites courses et plus
importante lors de grandes courses, elle est plus importante que celle de la caractéristique linéaire.
Il est ainsi possible de linéariser le comportement de l' échange thermique d'une boucle de chauffage ou de
refroidissement:
1 lorsque la pression différentielle augmente fortement lors de la fermeture de la vanne (voir 3.2, fig, 1)
2 lorsque l'échangeur de chaleur a une caractéristique non-linéaire importante (fig. 2)
Débit Puissance thermique
100 100
80 80
60 60
40 40
20 20
0 0
0 20 40 60 80 100% 0 20 40 60 80 100%
Course Débit
fig. 1: fig. 2:
Caractéristique de fonctionnement Caractéristiques types d'un échangeur de chaleur:
lors de la fermeture d'une vanne linéaire, a) Régulation de mélange 90/70/20* resp. 50/40/20*
ceci lorsque la pression différentielle b) Régulation de débit d'eau 90/70/20* resp. 50/40/20*
augmente d'une valeur triple c) Régulation de débit d'eau 90/80/20* resp. 50/45/20*
parce que l'organe de réglage est surdimensionné
. A
Autorité de la vanne: Po 100 * Température en pleine charge: départ/retour/ air
101
À P, 8
0
En fonction de ces données, il est possible de définir certains cas particuliers.
— Unecaractéristique exponentielle est choisie avec raison, lorsque les deux influences 1 et 2 apparaîssent
simultanément ou, lorsqu' en raison d'un manque de données concernant l'installation, un
surdimensionnement possible doit être pris en considération (fig. 2c).
— Pour des circuits ayant une pression différentielle relativement constante et pour des échangeurs de chaleur
surdimensionnés (refroidissement important: départ / retour), une caractéristique linéaire peut éventuellement
être judicieuse.
— Des caractéristiques linéaires sont appropriées pour des robinets mélangeurs pour chauffage, commandés par
une régulation de la température de départ. Outre les utilisations en climatisation et chauffage, elles peuvent
également être retenues pour des boucles de régulation de niveau, de régulation du débit et de régualtion de la
pression, lorsque la pression différentielle (sur la vanne ouverte) est déterminée de manière exacte et que, iors
de la fermeture, elle n'augmente pas plus de trois fois (fig. 1).
Indications:
— Les vannes à trois voies sont en général raccordées en tant que vanne mélangeuse (avec servomoteur
hydraulique également en tant que vanne de distribution).
~ Pour l'assortiment existant de vannes, la voie de réglage se trouve sur le côté et la voie mélangeuse sur la
partie inférieure (exception: petites vannes BH). |
— Le plus petit débit réglable (kyg pour une course de 0) génère, grâce aux influences 1 et 2, une modification
amplifiée de l'énergie thermique. Afin que la variation de puissance ainsi provoquée soit petite, ky, doit, si
possible, être petit resp. le rapport de réglage Sy = kys/ kv, doit, si possible, être grand. Les vannes de réglage
Sauter ont généralement un rapport de réglage de 50. Littérature: (1, 2, 3, 4, 9, 10)
Faces
4.0 Limites physiques d' utilisation
4.1 Cavitation lors de I' utilisation de liquides
La répartition de la pression dans une vanne est semblable à celle rencontrée dans un diaphragme:
— Al'endroit le plus étroit, ou l'on mesure également la vitesse la plus élevée, la chute de pression ”Ap” la
plus importante est générée. Elle n'est pas mésurable directement.
— En aval de ce point, une partie de l'énergie cinétique des liquides est transformée en chaleur (tourbillon) et
l'autre à nouveau en pression.
— Ces différentes transformations (accélération / freinage) donnent comme résultante la chute de pression
restante mésurable Âp.
— Le rapport Ap/”Ap” est indépendant du débit et peut ainsi être désigné en tant que grandeur
caractéristique de l'armature. Etant donné que la vanne a pour mission d'éliminer la pression, la pression
résultante doit être aussi petite que possible, c'est-à-dire, z aussi grand que possible.
Répartition de la pression dans la vanne:
À Pression absolue Ap : An Ap
пло» = z = const.; =
Ap P 2
. . ow , — 2 » _ Ap
Pression minimale: Pmin = P1 - Ap” = pi —- >
Py i Endroitle p,
plus étroit Cavitation lorsque:
>
Pin > Py Endroit de _ A
0 y Mesure Pmin = Pu — Py=p1- 2
Apestalors une valeur limite —» Арсгй = (р1-ро) г
Pi PD Po — ;
Le — Ap ОО avec pi = pg + Арсгй TP ÂPerit = (P2- Py) —
1-2
py = Pression de la vapeur
Lors de petites contre-pressions p et de pressions différentielles Ap élevées, la pression à l'endroit le plus étroit
Pmin Peut être si petite, que la pression de la vapeur est atteinte et que le liquide s' évapore. De petites bulles de
vapeur peuvent se former qui, avec l'augmentation de la pression, sont immédiatement détruites.
Ce phénomène a pour conséquence une émission importante de bruit et à long terme une détérioration de la
vanne (attaque de la partie superficielle).
La cavitation en tant que phénomène permanent doit être évitée. La grandeur caractéristique z dépend de la
position de la vanne. Elle diminue lorsque la course augmente. Vannes de réglage Sauter: z = 0,35...0,65
Pour un calcul approximatif on admet z = 0,5. Ceci permet d'obtenir d'après les équations ci-dessous un calcul
très simple:
ÂPerit = (P2— Pv) po = Pression absolue en aval de la vanne, py = Pression de vapeur
eau froide: py = 0 bar —» ÂPerit = P2
eau 100 °C: py = 1 bar — Арсги = рэ - 1
Pour d'autres températures d’eau, la pression de vapeur peut être lue directement sur le curseur de calcul:
Ajuster la temp. sur l'échelle (Det lire sur l'échelle (8) la pression de vapeur:
Fr. SAUTER SA, CH-4016 Bâle 41
Mesures a prendre pour éviter la cavitation:
— augmenter la contre-pression po (réservoir à eau chaude sous pression, vase d'expansion plus élevé, installer
la vanne de réglage à un endroit plus bas)
- Lors d'un écoulement libre (p2 = Atm = 1 bar): détente progressive, par ex. deux vannes de réglage
similaires en série.
— Lorsque la contre-pression p» est inférieure à la pression de vapeur, le fluide reste alors à l'état de vapeur.
— Installez un disque perforé après la vanne en tant qu’ amortisseur de bruit. Ceci entraine que la pression
primaire doit-être augmentée parce que la résistance a augmenté.
Littérature: (5, 6)
4.2 Pression différentielle critique avec des fluides compressibles
Avec la pression différentielle Ap, le gaz se détend et augmente de volume. La vitesse dans la section la plus
étroite est, malgré le débit spécifique inférieur, beaucoup plus élevée que pour un liquide avec une même densité
p; à l'entrée de la vanne (voir fig.).
Etant donné que l'onde de pression ne peut pas se propager plus rapidement que la vitesse du son, la vitesse dans
la section la plus étroite ne peut pas être plus élevée que la vitesse du son.
Cet état est atteint avec un rapport déterminé de détente Ap/p,. Ceci est également la raison de l'utilisation de la
pression différentielle en % de p; pour le curseur de calcul.
Si le rapport critique de pression est dépassé, le débit spécifique (ra) n'augmente plus (même si la contre-pression
pa serait abaissée jusqu'à l'aspiration). Avec le curseur de calcul, on utilise dans ce cas la valeur Ap,
(échelle(18) ).
Delon l'équation adiabatique de détente on admet:
Ap % crit. = 47 % pour gaz à deux atomes (air)
Ap % crit. = 45 % pour gaz a trois atomes (vapeur d' eau)
Les valeurs critiques Ap sont valables pour la pression différentielle interne ”Ap” (voir fig. paragr. 4.1). La valeur
kys (valeur normée) doit être au minimum 10 % supérieure à la valeur k, lue sur kr.
Lorsque la pression différentielle augmente, le bruit augmente également. Une limitation d'utilisation comme
celle donnée lors de la cavitation, n'est pas nécessaire. L'influence peu importante de la contre-pression, peut
même être considérée en tant qu'avantage.
m% Débit massique
100
Liquide
Comparaison de la caractéristique de
débit d' un liquide et d' un gaz 12202
Densité p; identique a I' entrée de la vanne
Contre-pression réduite p» = p, … O bar
50
po © oo 0 50 100 8p %
0,5 0
p, = const. P,=Pp,...0
лож —
12
Hern
4.3 Influences du frottement lors de l'utilisation de fluides visqueux et lors de pressions différentielles peu
importantes
Lors du calcul avec la valeur ky, on admet que pour les liquides, seules des forces dues a I' inertie se
produisent:
V et ky en m3/h
у Ар Ри Ap, = pression différentielle lors de la mesure de
Yeh la valeur ky (1 bar)
Apo р a valeur ky (1 bar
pw = densité de l'eau
En effet, le coefficient de frottement de l'eau dans le domaine usuel de pression et d'orifices nominaux est si
petit, que la détermination de la valeur ky à l'aide du curseur de calcul se trouve asssez précise.
Le résultat donné par le curseur de calcul devra être corrigé si une des trois influences mentionnées ci-dessous
se présente:
— liquides visqueux
— pressions différentielles extrèmement petites (resp. vitesses)
— très petites ouvertures de vannes
Le coefficient de correction Fcorr représenté dans le tableau ci-dessous donne la différence qui existe entre le
débit avec frottement et la valeur d'entrée de l'équation indiquée. La valeur k, indiquée sur |’ échelle (7) et
est divisée par le coefficient Feorr et exige éventuellement une valeur kys étant une ou deux fois plus
importante.
Fcorr Coefficient de correction ~ Пи \/ Ар p
Re = °
1,0 А р
n Po w
| | >
1007 7 HH Re = Vw Ap . Py
08 FIA ALA У Аро р
, у
и LU 01 -
„ ~ Vi V
7 1 R = *
yd VAT | ° у ky
0,6 L
, 7
К 0.1/ À | k, m3
~ ky corr =
1 2 5 1 2 5 1 2 5 1 Re F corr h
0,001-- —- 0,01 0,1 1.0
La grandeur variable Re est un coefficient proportionnel. Il indique de combien le chiffre de Reynold, lors de
l'utilisation considérée, est plus petit que celui fait lors de la mesure de la valeur ky. Il peut être déterminé
avec les équations mentionnées ci-dessous.
Les valeurs actives lors de la mesure, sont indiquées ci-dessous. Lors du calcul de Re, il est important |
d'utiliser, pour la définition du coefficient proportionnel, les mêmes unités.
Mesure de la valeur ky. (eau 20°C)
kg
Viscosité dynamique ............. nw = 10-3 Ps ou Pa.s resp. 1 Poise
2e mê.
Viscosité cinématique ............ vp = 10-6 > resp. 1 ¢ Stokes
ez kg kg
Densité ......................... Pu = 1000 mi resp. 1 ams
Pression différentielle ........... . Ap, =105 Pa resp. 1 bar
Fr. SAUTER SA, CH-4016 Bâle
Exemple: Régulation du débit d'huile selon page 5
— Selon l'échelle (7) du curseur de calcul on lit, pour un débit de V = 0,2 m3/h et Ap = 0,3 bar, une valeur
ky de 0,35 m3/h.
— Avec l'indication supplémentaire de la viscosité cinématique, Re peut être déterminé:
у = 5cSt (huile de chauffage EL)
> Уш V 1 cSt 0,2
Re = — - = =
v ky 5cSt 0,35 0,11
— Selon la caractéristique (ky = 0,35) il en résulte Fcorr = 0,82
0,35
— Lavaleur ky corrigée est alors: ky, = 082 = 0,42
Mesures à prendre:
Etant donné qu’ une valeur k,y relativement petite est confrontée avec un liquide visqueux, l'influence du
frottement ne peut plus être négligée.
Si d'autres sécurités supplémentaires n' existent pas, la valeur normalisée kys = 0,63 supérieure la plus proche
doit être prise en considération pour l'étude du projet (sans l'influence du frottement, un kys = 0,4 serait
déterminé).
Littérature: (7, 8)
Littérature:
1 SWKi 79-1 Hydraul. Schaltungen in Heizungs- und Klimaanlagen
Postfach 2327 3001 Bern
2 VDI 2068 Regelgerite in heizungstechnischen Anlagen
3 VDI/VDE 3525 Regelung von raumlufttechnischen Anlagen
4 Sauter Bulletin 69d Linearisierbarkeit und Regelbarkeit des wasserbeheizten
Lufterhitzers B. Junker |
5 VDMA 24422 Richtlinien für die Geräuschberechnung an Regel-Armaturen
6 G.F. Stiles Cavitation in control valves, Control + Instrumentation April 1974
bzw. Sauter Technische Information: TID 837
7 Viskositátseinfluss bei der Dimensionierung von Stellventilen, H. Peter, atp Heft 1 1986 —
8 ANSI/ISAS 75.01 Control valve sizing Equations
DIN IEC 534, Stellventile fúr die Prozessregelung
9 B. Junker Klimaregelung Oldenbourg Verl. Múnchen, Wien
10 Strômungstechn. Kenngrôssen von Stellventilen
Sauter Technische Information: TID 772 bzw. VDI 2173
14
Annexe: équations
(Chiffres encerclés = no. des échelles)
Eau en tant que support thermique
® 0.0, ¿um = [| | [HE] asp
Q =f(V,At) h | Ре | Гоа kg°C
pw = 1000 c = 0.00116
Equation pour le débit de liquides
® (0.0.0); . | m3 m3 Ap Pw
V =f(p,Ap,ky) v =] = ho Ed Cp
Ap, Pp
Apo = lbar } Etat lors de la mesure
pw = 1 kg/dm3 de la valeur ky
Température de la vapeur saturée
(9) = (8)) ;
tg = f(p,)
wy = 229.6622 | mm C= )
Ls LCÍ = 7685 7 6,1078
Approximation empirique pour p, = 1...60 bar
Equation pour le débit de vapeur d'eau, gaz et vapeurs
(9) = (09), 65) ‚ (8)
m = f (ky, k, Ap%)
| C/k
| a | |
a [4] a, [22] JRE (de) JX (2 (2) ]
h > h - Apo mi X-1 Р1 P1
Ap, = lbar Etat lors de la mesure
pw = 1000 kg/m3 de la valeur К,
X =1,3 (valeur moyenne air-vapeur)
С 848,3 (constante du curseur de calcul)
Coefficients k
|
m3} _ 1,81 [30+
KL == V 273 +t; 350
Vapeur d'eau: kg p1(bar)
Gi = ЕС Go) Approximation empirique
k = f(t — ts)
Gaz et vapeurs: | mi | \/ Apo: Po: T1 | 27 273 +t1
— в | тт | =C- =—V oa
O =:0.0.0) he ра oo Pedo PR V par 273
k — f (ty, P1,Po)
Fr. SAUTER SA, CH-4016 Bale 15
">