VDI VDE 2178-2009 Fluidic characteristic quantities of quarter turn valves and their determination.pdf

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1、ICS 23.060.40, 25.040.40 VDI/VDE-RICHTLINIEN Juli 2009July 2009VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK Strmungstechnische Kenngren von Hhnen mit Stell- und Regelungsfunktion und deren Bestimmung Fluidic characteristic quantities of quarter turn valves an

2、d their determination VDI/VDE 2178Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI/VDE-Gesellschaft Mess- u

3、nd Automatisierungstechnik (GMA) Fachbereich Mechatronik, Robotik und Aktorik VDI/VDE-Handbuch Mess- und Automatisierungstechnik, Band 3: Automatisierungstechnik VDI-Handbuch Technische Gebudeausrstung, Band 1: Elektrotechnik Vervielfltigung auch fr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reprodu

4、ction even for internal use not permittedFrhere Ausgabe: 08.08Entwurf, deutsch Former edition: 08/08 Draft, inGerman only Zu beziehen durch / Available atBeuthVerlagGmbH, 10772 BerlinAlleRechtevorbehalten/ All rights reserved VereinDeutscherIngenieuree.V., Dsseldorf 2009 Inhalt Seite Contents Page V

5、orbemerkung . 2 Einleitung. 2 1 Anwendungsbereich. 2 2 Normative Verweise 2 3 Begriffe 2 4 Formelzeichen. 5 5 Kennlinienform 5 5.1 Grundformen von Kennlinien 5 5.2 Erreichte Kennlinien 6 5.3 Theoretische Kennlinien innerhalb des relativen Stellwinkels h 7 6 Kennlinienneigung 8 6.1 Kennlinienneigung

6、der Grundformen 8 6.2 Kennlinienneigung der erreichten Kennlinie 8 6.3 Toleranzen fr die Kennlinienneigung. 8 7 Stellverhltnis . 8 7.1 Stellverhltnis Sv8 7.2 ffnungs- und Schliemoment 9 8 Angabe der Kenngren auf Hhne 10 9 Beispiele fr Kennlinienbilder . 10 Schrifttum 11 Preliminary note .2 Introduct

7、ion 2 1 Scope .2 2 Normative references2 3 Terms and definitions.2 4 Symbols .5 5 Shape of characteristic.5 5.1 Basic shapes of characteristics .5 5.2 Actual characteristics .6 5.3 Theoretical characteristics within the range of the relative angle of rotation, h.7 6 Slope of characteristic8 6.1 Slop

8、e of the basic shapes8 6.2 Slope of the actual characteristic.8 6.3 Tolerances for slopes of characteristics.8 7 Rangeability.8 7.1 Rangeability, Sv8 7.2 Opening and closing torques 9 8 Marking of characteristic quantities on quarter turn valves10 9 Examples of characteristic curves 10 Bibliography.

9、11 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 2 VDI/VDE 2178 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unterBeachtung der Vorgaben und Empfehlungen derRichtlinie VDI 1000. Alle Rechte, i

10、nsbesondere das des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung derLizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), diein den

11、VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the guideline VDI 1000. All right

12、s are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this guideline without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specif

13、ied in the VDI Notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this guideline. Einleitung Der richtige Einsatz von Hhnen mit Stell- und Regelungsfunktion wird erleichtert, wenn ihreEigenschaften durch Messungen ermittelt werden.Aus diesen Messungen

14、lassen sich geeigneteKenngren ableiten, die das Durchflussverhaltender Hhne in Abhngigkeit vom Stellwinkel be-schreiben. Die vorliegende Richtlinie wurde erstellt, um die wesentlichen Festlegungen aus der bestehendenNormung zusammenzufassen und fr die Anwen-dung in der Praxis zur Verfgung zu stellen

15、. Die Richtlinie wurde erstellt vom FachausschussStellgerte fr strmende Stoffe“ der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik. Introduction Proper use of quarter turn valves is facilitated by measuring their characteristics. Such measure-ments allow to derive characteristic quantities t

16、hat are appropriate to describe the flow performance of quarter turn valves as a function of the angle of rotation. This guideline is intended to give a survey of the essential specifications in existing standards and make them available for practical application. The guideline has been drafted by t

17、he technical com-mittee “Control valves for fluids” of the VDI/VDE Society for Measurement and Automatic Control.1 Anwendungsbereich Diese Richtlinie gilt fr Hhne (z. B. mit einem Schliekrper in Form einer Kugel oder eines Ke-gels) mit Nennweiten DN 10 bis DN 250. DieNennweite DN kennzeichnet zueina

18、nder passendeFlansche oder Verschraubungen, mit denen dasStellglied mit der Rohrleitung verbunden wird. DieSitzweite (Bohrung) kann gleich oder reduziert zur Nennweite gewhlt werden. 1 Scope This guideline applies to quarter turn valves (hav-ing, e.g., a spherical or conical closure member) with nom

19、inal sizes between DN 10 and DN 250. The nominal size DN designates mating flanges or screw joints by which to connect the valve to the pipeline. The seat width (bore) may be equal to, or less than, the nominal width. 2 Normative Verweise VDI/VDE 2173:2007-09 Strmungstechnische Kenn-gren von Stellve

20、ntilen und deren Bestimmung 3 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten diefolgenden Begriffe: Durchflusskoeffizient (Cv) Der Durchflusskoeffizient Cvist ein nicht den SI-Einheiten entsprechender Durchflusskoeffizient, der in der ganzen Welt weit verbreitet ist. DerCv-Wert stellt die Anzahl

21、 der U.S.-Gallonen vonWasser dar, die bei einer Temperatur von 40 F bis 2 Normative references VDI/VDE 2173:2007-09 Fluidic characteristic quantities of control valves and their determination3 Terms and definitions For the purpose of this guideline, the followingterms and definitions apply: Flow coe

22、fficient (Cv) The flow coefficient, Cv, is a non-SI control valve flow coefficient which is in widespread use worldwide. The Cv-value is represented as the number of U. S. gallons of water, within a tem-perature range of 40 F to 100 F (4 C to 38 C), B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9Norm

23、CD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 VDI/VDE 2178 3 100 F (4 C bis 38 C) in einer Minute durch eineArmatur bei einem Druckverlust von 1 psi flieen (DIN EN 60534-1). Es besteht folgende zahlenmige Beziehung zwi-schen Kv-Wert und Cv-Wert: Cv= Kv/0,865.

24、 Kennlinie Unter der Kennlinie versteht man die Abhngigkeit des Kv-Werts zum relativen Stellwinkel h. Damit eine einheitliche Darstellung erreicht wird, sind dieKv-Werte in Prozent von Kvsund der relativeStellwinkel h in Prozent anzugeben. Fr die Ermittlung der Kennlinie mssen folgende Punkte gemess

25、en werden: 5 %, 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 % und 100 % des relativen Stellwinkels h.Es ist zu unterscheiden zwischen der bei der Kons-truktion angestrebten Grundform, welche meisteine einfache mathematische Beschreibung zulsst und der wirklich erreichten Kennlinie. Kv-Wert De

26、r Durchflusskoeffizient Kvin m3/h ist ein spezi-fischer Volumendurchfluss eines Hahns bei einemfestgelegten Stellwinkel, und zwar bei den folgen-den Bedingungen: Der Druckverlust (pKv) ber dem Hahn be-trgt 105 Pa (1 bar). Das Medium ist Wasser mit einer Temperatur zwischen 278 K und 313 K (5 C bis 4

27、0 C). Die Messeinrichtung, die Beschreibung der Kenn-werte und die Berechnung des Kv-Werts ist derVDI/VDE 2173 zu entnehmen. Kv0-Wert Der Kv0-Wert ist der Schnittpunkt der Kennlinien-grundform mit der Ordinatenachse (siehe auchBild 3). Kv100-Wert Der Kv-Wert von Hhnen bei dem Nennstellwinkel 100wird

28、 Kv100genannt. Es ist der tatschlich er-mittelte Wert und darf nicht mehr als 10 % (sieheDIN IEC 60534-1) vom angegebenen Kvs-Wert abweichen. Kvmax-Wert Der Kvmax-Wert von Hhnen stellt den grtmgli-chen Kv-Wert dar und wird dem maximalen Stell-winkel azugeordnet. Kvr-Wert Der kleinste Kv-Wert, welche

29、r die Bedingung derNeigungstoleranz der Kennliniengrundform (inner-halb von 0und 100) erfllt, wird mit Kvrbezeich-net (siehe auch Bild 4). that will flow through a valve in one minute when a pressure drop of 1 psi exists (EN 60534-1). The numerical relationship between the Kv-value and the Cv-value

30、is as follows: Cv= Kv/0,865. Characteristic The characteristic relates the Kv-value to the rela-tive angle of rotation, h. For the sake of harmo-nised representation, the Kv-values shall be indi-cated in terms of percentage of Kvs, and the relative angle of rotation, h, in terms of percentage. Measu

31、re the following points in order to determi-nee the valve characteristic: 5 %, 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 % and 100 % of the relative angle of rotation, h. A distinction has to be made between the designed basic shape, which is easy to describe mathemati-cally in most cases,

32、and the characteristic actually achieved. Kv-value The flow coefficient, Kv, is a specific volumetric flow rate, in m3/h, through a quarter turn valve at a specified angle of rotation and in the following conditions: The static pressure loss (pKv) across the quarter turn valve is 105 Pa (1 bar). The

33、 fluid is water within a temperature range of 278 K to 313 K (5 C to 40 C). Refer to VDI/VDE 2173 for the measuring equip-ment, the description of the characteristic values and the calculation of the Kv-value. Kv0-value The Kv0-value is the value at that point of the basic shape of the characteristi

34、c which intersects the y-axis (see also Figure 3). Kv100-value The Kv-value of quarter turn valves at the rated an-gle of rotation, 100, is designated as Kv100-value. It is the actual value determined, and must not deviate by more than 10 % (see DIN IEC 60534-1) from the stated Kvs-value. Kvmax-valu

35、e The Kvmax-value of quarter turn valves is the maximum possible Kv-value and is associated with the maximum angle of rotation, a. Kvr-value The smallest Kv-value at which the slope of the basic shape of the characteristic (within 0and 100) is still within the tolerance is designated as Kvr(see also

36、 Figure 4). B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 4 VDI/VDE 2178 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 Kvs-Wert Fr die Kennzeichnung von Hhnen wird ein WertKvsangegeben, der den vorgesehenen Kv-Wert beim Nennstellwinkel 100darstellt.

37、(DIN EN 60534-1) Leckagewert Die Leckage ist der Durchfluss eines Mediums (kompressibel oder inkompressibel), der durcheinen Hahn in der Zu“-Stellung unter festgelegten Prfbedingungen durchfliet. Die Spezifikation fr die Sitzleckage ist in DIN EN 12266-1 enthalten.Diese Norm findet vorzugsweise bei

38、Absperrarma-turen Anwendung. Optional knnen auch Leckagewerte und -pr-fungen fr Stellglieder mit Regelfunktion nachVDI/VDE 2173 vereinbart werden (weitere Infor-mationen in DIN IEC 60534-4). Nennstellwinkel (100) Der Nennstellwinkel 100ist der fr Durchflussre-gelungen maximal nutzbare Stellwinkel. I

39、n derRegel liegt der Nennstellwinkel zwischen 80 und90. ffnungswinkel (0) Der ffnungswinkel 0ist der Winkel zwischen der Senkrechten zur Durchflussrichtung zu derStellung des Schliekrpers, bei der die dichtschlieende Funktion des Stellglieds verlassenwird und kann zwischen 5 und 15 betragen. Relativ

40、er Stellwinkel (h) Der relative Stellwinkel h beschreibt das Verhlt-nis vom Stell- zu ffnungs- und Nennstellwinkel.Der Stellwinkel muss einen Wert innerhalb vomffnungswinkel 0und vom Nennstellwinkel 100haben: 01000=h Schliewinkel (z) Der Schliewinkel zdes Schliekrpers ist derWinkel der Senkrechten z

41、ur Durchflussrichtung. Stellverhltnis (Sv) Das Stellverhltnis Svist definiert als vrvsvKKS = . Stellwinkel () Der Stellwinkel des Schliekrpers ist der Win-kel zwischen der Senkrechten zur Durchflussrich-tung und der jeweiligen ffnungsstellung. Stellwinkel (a) Der maximal mgliche Stellwinkel betrgt i

42、n der Regel a= 90. Kvs-value The Kvs-value, representing the designed Kv-value at the rated angle of rotation, 100, is stated for the purposes of quarter turn valve identification. (EN 60534-1) Leakage rate The leakage is the rate of flow of a fluid (com-pressible or incompressible) passing through

43、a quarter turn valve in the closed position under specified test conditions. The seat leakage is speci-fied in EN 12266-1. This standard is preferably used for shutoff devices. Optionally, it is permissible to agree upon leakage rates and tests for control valves in accordance with VDI/VDE 2173. (Fu

44、rther information is pro-vided in IEC 60534-4.) Rated angle of rotation (100) The rated angle of rotation, 100, is the maximum angle of rotation usable for flow control tasks. As a rule, the rated angle of rotation lies between 80 and 90. Opening angle (0) The opening angle, 0, is the angle between

45、the vertical to the direction of flow and that position of the closure member at which the valve no longer affords a tight seal; it can range between 5 and 15. Relative angle of rotation (h) The relative angle of rotation, h, describes the rela-tion between the angle of rotation and opening angle an

46、d rated angle of rotation. The value of the angle of rotation, , must lie between the opening angle, 0, and the rated angle of rotation, 100: 01000=h Closing angle (z) The closing angle, z, of the closure member is the angle vertical to the direction of flow. Rangeability (Sv) The rangeability, Sv,

47、is defined as vrvsvKKS = . Angle of rotation () The angle of rotation, , of the closure member is the angle between the vertical to the direction of flow and the respective open position. Maximum angle of rotation (a) The maximum possible angle of rotation is, as a rule, a= 90. B55EB1B3E14C22109E918

48、E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 VDI/VDE 2178 5 4 Formelzeichen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet: zSchliewinkel Stellwinkel 0ffnungswinkel 100Nennstellwinkel amaximaler

49、Stellwinkel CvDurchflusskoeffizient gpmDN Rohrdurchmesser mmgl Kennzeichen fr gleichprozentige Kennlinie h relativer Stellwinkel hirelativer Stellwinkel bei i Prozent KvKv-Wert m3/hKv0Schnittpunkt der Kennlinien- Grundform mit der Ordinatenachse Kvrniedrigster Kv-Wert, bei dem die Nei-gungstoleranz noch eingehalten wird m3/hKvsvorgesehener Kv