Při správném výběru typu a rozměrů ventilu mohou být rozhodující různé výpočtové veličiny. Při hledání správného ventilu pro dané požadavky a aplikace pomáhá hodnota Kv, objemový průtok a hodnota tlakové ztráty.
Průtokový součinitel (Kv)
Co vyjadřuje průtokový součinitel Kv?
Hodnota Kv je normalizovaný ukazatel existující od 50. let 20. století, který uvádí dosažitelný průtok fluidu ventilem. Výpočet hodnoty Kv se provádí podle normy DIN EN 60 534, přičemž hodnota se podle směrnic VDE/VDI 2173 určuje měřením vody při tlakové ztrátě přibližně 1 bar a teplotě 5-30 °C. Jednotka výsledku se uvádí v m³/h.
Kromě toho tato charakteristická hodnota ventilu představuje pouze určitý zdvih ventilu, tedy specifický stupeň otevření. Ventil tedy vykazuje tolik hodnot Kv, kolik má stupňů nastavení. Otevírací/zavírací ventil má tedy pouze jednu hodnotu Kv a regulační ventily mají hodnoty Kv pro každou polohu. Ukazatel pro maximální zdvih 100 % je hodnota Kvs.
Rozdíl mezi hodnotami Cv a Kv
Hodnota Cv, která je často používána jako rovnocenná, je americká měrná jednotka, která se udává v USG/min (americký galon za minutu), a proto ji nelze postavit na stejnou úroveň s hodnotou Kv. K tomuto účelu existují přepočítací vzorce:
- Kv = 0.857 * Cv
- Cv = 1.165 * Kv
Vzorce pro výpočet průtokového součinitele pro různá skupenství
Výpočet hodnoty Kv kapalin
Pro výpočet hodnoty Kv kapalin je nutné znát průtok v l/min nebo m³/h, hustotu média před ventilem a tlakovou ztrátu přes ventil, tedy rozdíl vstupního a zpětného tlaku.
Čtěte také: Montáž betonových žlabů Hornbach
- Q = objemový průtok v m³/h
- Δp = tlaková ztráta v bar
- ρ = hustota kapaliny v kg/m³
Výpočet hodnoty Kv plynů
Při výpočtu pro plyny se rozlišuje mezi podkritickým a nadkritickým stavem proudění. Podkritický znamená, že vstupní a zpětný tlak ventilu určují průtočné množství. Čím větší je zpětný tlak, tedy tlak za ventilem (p2), tím menší je objemový průtok.
Nadkritický naopak znamená, že průtočné množství závisí pouze na vstupním tlaku, přičemž zde nastává průtokový efekt „škrcení“. Při něm nastává při velkém tlakovém rozdílu (Δp > p1/2) v nejužším průřezu ventilu teoreticky rychlost zvuku. Médium urychlené tlakovou ztrátou při tom nemůže téci rychleji než rychlost zvuku (Mach 1), i když se zpětný tlak dále sníží. U plynů se normalizovaný výpočet provádí při 1 013 hPa a 0 °C s QN jako normalizovaným průtočným množstvím a normalizovanou hustotou ρN. V tomto případě je nutné navíc zohlednit vliv teploty.
- p1 = vstupní tlak v bar
- p2 = zpětný tlak v bar
- Δp = tlaková ztráta v bar
- QN = objemový průtok, normalizovaný, v m³/h
- ρN = hustota, normalizovaná, v kg/m³
- T = absolutní teplota před ventilem v Kelvinech
Měřicí sestava pro výpočet hodnoty Kv ventilů
Níže uvedený obrázek znázorňuje měřicí sestavu k výpočtu hodnot Kv při dané tlakové ztrátě.
- 1 zkušební vzorek (zkoušený ventil)
- 2 průtokoměr
- 3 manometr: tlak před ventilem (vstupní tlak)
- 4 manometr: tlak za ventilem (zpětný tlak)
- 5 průtokový regulační ventil
- 6 teploměr (pro měření plynných médií)
Objemový průtok (Q)
Co vyjadřuje objemový průtok Q?
Další ukazatel z fluidní techniky je průtok, nebo rovněž nazývaný jako objemový průtok nebo objemový proud. Vyjadřuje, jaký objem fluidu proteče ventilem v daném čase.
Pro výpočet průtokového množství kapaliny musí být známa hodnota Kv, hustota média a tlakový rozdíl mezi vstupním a zpětným tlakem.
Čtěte také: Použití malých betonových žlabů v praxi
Vzorce pro výpočet objemového proudu pro různá skupenství
Výpočet průtoku u kapalin
Průtokové množství se vypočítá podle tohoto vzorce:
- Q = průtokové množství
- Kv = průtokový součinitel v m³/h
- Δp = tlaková ztráta v bar
- ρ = hustota v kg/m³
Výpočet průtoku plynů
Normalizovaný průtok plynu zase vyžaduje rovněž hodnotu Kv, kromě toho normalizovanou hustotu, vstupní a zpětný tlak a teplotu média. Navíc je i zde nutné opět rozlišovat mezi podkritickým a nadkritickým prouděním.
- p1 = vstupní tlak v bar
- p2 = zpětný tlak v bar
- Δp = tlaková ztráta v bar
- Kv = průtokový součinitel v m³/h
- ρN = hustota v kg/m³
- T = teplota v Kelvinech
Tlaková ztráta přes ventil
Jak vypočítat tlakovou ztrátu přes ventil
Tlaková ztráta vyjadřuje rozdíl mezi vstupním tlakem média před ventilem a zpětným tlakem za ventilem. Tato naměřená hodnota se vztahuje ke ztrátě energie fluidu při průtoku ventilem a uvádí se v barech. Pro výpočet tlakové ztráty kapaliny je potřeba hodnota Kv, hustota kapaliny a průtok.
Vzorce pro výpočet tlakové ztráty pro různá skupenství
Výpočet tlakové ztráty u kapalin
- ρ = hustota v kg/m³
- Q = objemový průtok v m³/h
- Kv = průtokový součinitel v m³/h
Výpočet tlakové ztráty u plynů
Při výpočtu pro plynné médium se rozlišuje mezi podkritickým a nadkritickým prouděním a jsou nutné tyto hodnoty: hodnota Kv, normalizovaný průtok při 1 013 hPa a 0 °C, navíc normalizovaná hustota, zpětný tlak a teplota média.
- p1 = vstupní tlak v bar
- p2 = zpětný tlak v bar
- ρN = hustota v kg/m³
- T = teplota v Kelvinech
- QN = objemový průtok, normalizovaný, v m³/h
- Kv = průtokový součinitel v m³/h
Parshallovy žlaby pro měření průtoku
Měrný žlab tvořený zužující se vtokovou částí s vodorovným dnem, částí s krátkým hrdlem se dnem skloněným po proudu ve sklonu 3:8 a rozšiřující se výtokovou částí se dnem skloněným proti proudu ve sklonu 1:6. Parshallovy žlaby mají pravoúhlý příčný průřez a velký rozsah šířek hrdla, od velmi malých (0.0254m) až k velkým (15m a více). Středně velké Parshallovy žlaby jsou doporučeny i normou ČSN ISO 9826 jako „standardní měřicí objekty“.
Čtěte také: Žlaby D400 s litinovou mříží pro náročné aplikace
Dodáváme následující typy: Ocelové, Plastové, Nerezové, Speciální. Všechny námi dodávané žlaby odpovídají podmínkám uvedeným v normě ČSN ISO 9826.
Výpočet (odhad) rozsahu průtoků
Základním vstupním údajem pro návrh měření je znalost rozsahu průtoků. Rozsah průtoků na oddílné kanalizaci se vypočítává ze směrných hodnot produkce vod pro jednotlivé zdroje a maximální průtok se určuje podle typu provozu, použité technologie, typu čerpadel a u městské kanalizace podle součinitele nerovnoměrností (funkcí EO).
U Jednotné kanalizace se vypočítává hodnota maximálního průtoku splaškového a hodnota maximálního průtoku dešťového (různé výpočtové metody dle tvaru povodí kanalizace). Výpočet minimálního průtoku není žádným normativem předepisován a výpočet je prováděn dle empirických vzorců, nebo je určován na základě odborného odhadu.
Výpočet dolní hladiny za žlabem Hd
Výpočet dolní hladiny za žlabem Hd se provádí pro tři průtoky: Qmin, Qprům, Qmax (resp. pro jednotnou kanalizace Qmin, Qmax splaškové, Qmax dešťové). Při zpětném vzdutí od recipientu do kanalizace je nutno brát v úvahu tuto nejnepříznivější variantu a proto se provádí výpočet průběhu hladiny ve stoce např. pro koeficient zatopení 0,6.
Pro průtok a Hh určíme z konzumčních křivek Parshallových žlabů nejvhodnější velikost (volíme velikost žlabu tak, aby hloubka z konzumční křivky Pars. žlabu byla větší než vypočtená hloubka Hh). Posoudíme, zda je hloubka před Parshallovým žlabem Hh bezpečně nad úrovní druhé vzájemné hloubky Hv2.
- Pokud tomu tak není, volíme při říčním proudění Parshallův žlab s užším hrdlem, nebo žlab nasedláme nad úroveň dna na přítoku.
- Při bystřinném proudění nastávají dva případy:
- Úroveň hladiny před žlabem je nad úrovní druhé vzájemné hloubky: Pak se vypočítává vzdálenost před Parshallovým žlabem, kde dochází k vytvoření vodního skoku a přechodu na bystřinné proudění. Posuzuje se, zda tato vzdálenost je z hlediska uklidnění vlnění dostatečná. Pokud není, pak je nutno znovu použít žlab s užším hrdlem, a nebo nasedlat měrný žlab nad úroveň dna přítokového potrubí.
- Úroveň hladiny před žlabem je pod úrovní druhé vzájemné hloubky: Pak se volí měrný žlab s užším hrdlem, a nebo se nasedlává nad úroveň dna přítokové kanalizace. Po této úpravě s vypočítává vzdálenost před Parshallovým žlabem, kde dochází k vytvoření vodního skoku a přechodu na bystřinné proudění. Posuzuje se, zda tato vzdálenost je dostatečná z hlediska uklidnění vlnění. Pokud není, pak je nutno znovu použít žlab s užším hrdlem, a nebo nasedlat měrný žlab nad úroveň dna přítokového.
Pro oba režimy proudění (bystřinné, říční) se vypočítává dosah vzdutí před měrným žlabem.
Bystřinné proudění na odtoku (Froudeho číslo Fr > 1)
Toto je nejbezpečnější a doporučovaná varianta návrhu odtokového potrubí (koryta) za Parshallovým žlabem. Při tomto návrhu koryto navazuje na dno výtoku z Parshallova žlabu (pozor dno na konci měrného žlabu je níže, než dno na přítoku). Odtokové poměry mohou být dotčeny pouze zvýšenou hladinou v recipientu. Obvykle se měření navrhuje tak, aby k zatopení měrného žlabu spodní vodou nedocházelo častěji, než jedenkrát za pět let (návrh na pětiletou vodu).
Pokud je vzdutí od recipientu častější, pak je nutno počítat polohu hladiny za Parshallovým žlabem pomocí výpočtu tvaru hladiny při nerovnoměrném proudění (např. metoda po úsecích nazývaná metodou Černomského). Při bystřinném proudění na odtoku v celém rozsahu měření je možno pro měření použít zkrácenou variantu Parshallova žlabu Montana ovšem pouze za předpokladu, že žlab lze nasedlat tak, aby dno měrného žlabu na konci hrdla navazovalo na dno odtokového koryta (za žlabem může být i spadiště).
Říční proudění na odtoku (Froudeho číslo Fr < 1)
Při tomto režimu je nutno pro různé průtoky spočítat úroveň hladiny za Parshallovým žlabem a posoudit, zda nedošlo k překročení koeficientu zatopení (poměr mezi hloubkou vody za Parshallovým žlabem a před žlabem, přičemž nulová úroveň hloubky je v niveletě úrovně dna Parshallova žlabu na začátku hrdla). Pro Parshallovy žlaby P1 až P4 je maximální koeficient zatopení roven 0,6, pro měrné žlaby větší je koeficient zatopení 0,7 (viz tabulka Parshallových žlabů).
Při rovnoměrném proudění se počítá úroveň hladiny dle Chezyho rovnice a v případě nerovnoměrného proudění, tj. při dosahu vzdutí od recipientu až k Parshallovu žlabu, se úroveň hladiny počítá např. pomocí metody Čarnomského (po úsecích) a to od recipientu proti vodě.
Poznámka: Velmi častou chybou při výpočtu bývá opomenutí místní ztráty při přechodu z obdélníkového profilu (nízká průřezová rychlost) na profil kruhový (vzorové projekty tuto skutečnost zohledňují a proto je úroveň dna potrubí snížena oproti úrovni dna na odtoku z Parshallova žlabu).
Poměry na přítoku
Před Parshallovým žlabem musí být pro celý rozsah průtoků říční proudění. Nejjednodušší a nejbezpečnější návrh se provede tak, že průměr, sklon a materiál stoky volíme tak, aby Froudeho číslo bylo menší pro všechny průtoky než hodnota 0,7 (Froudeho číslo se vypočte jako druhá mocnina průřezové rychlosti dělená gravitačním zrychlením g a střední hloubkou vody h Fr= v²/(g*h)). Vestavba Parshallova žlabu do stoky dále zklidní proudění před žlabem a návrh je na straně bezpečnosti.
Pokud je v samotné stoce bystřinné proudění, pak je nutno nasedlat dno Parshallova žlabu nebo zúžit hrdlo tak, aby platilo, že pro všechny průtoky je úroveň hladiny před Parshallovým žlabem (dáno jeho konzumční křivkou) pro všechny průtoky vyšší než je druhá vzájemná hloubka vodního skoku v daném korytě. Metodou např. Čarnomského se dopočítává průběh hladiny před Parshallovým žlabem tak daleko, až se hladina bude blížit druhé vzájemné hloubce vodního skoku. V tomto místě pak vzniká vodní skok. Místo vodního skoku musí být dostatečně daleko před Parshallovým žlabem, aby vlnění, které při tomto jevu vzniká, bylo dostatečně utlumeno.
Dosah vzdutí před Parshallovým žlabem se posuzuje především u čistíren odpadních vod, při zhoršených spádových podmínkách, při výskytu odlehčovacích komor apod. Před žlabem dochází k výraznému snížení přítokové rychlosti, a proto je nezbytné úsek před žlabem posoudit i z hlediska dostatečných unášecích rychlostí. U měrných žlabů P1 až P3 jsou tyto rychlosti obvykle nízké a k sedimentaci dochází. Přesnost měření však není ovlivněna, pokud sedimenty nedosáhnou až do místa, kde vzniká kritická hloubka (tj. v těsné blízkosti před hrdlem).
Tabulka Parshallových žlabů
| Typ žlabu | Qmin [l/s] | Qmax [l/s] | hd / h [-] | W [mm] | B' [mm] | C [mm] | D [mm] | E [mm] | L [mm] | U [mm] | V [mm] | O [mm] | S [mm] | m [kg] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| P1 | 0,26 | 6,22 | 0,5 | 24,4 | 300 | 92,9 | 168 | 230 | 635 | 248 | 307 | 46 | 180 | 9 |
| P2 | 0,52 | 15,1 | 0,6 | 50,8 | 340 | 135 | 214 | 264 | 775 | 286 | 354 | 64 | 180 | 10,6 |
| P3 | 0,78 | 54,6 | 0,7 | 76,2 | 390 | 178 | 259 | 467 | 915 | 492 | 399 | 82 | 180 | 19,1 |
| P4 | 1,52 | 168 | 152,4 | 530 | 394 | 397 | 620 | 1524 | 696 | 540 | 191 | 200 | 49 | |
| P5 | 2,25 | 368 | 228,6 | 725 | 381 | 575 | 800 | 1626 | 876 | 800 | 191 | 200 | 81 | |
| P6 | 2,91 | 598 | 304,8 | 1200 | 610 | 845 | 925 | 2867 | 1001 | 1000 | 176 | 200 | 146 | |
| P7 | 4,40 | 898 | 457 | 1300 | 762 | 1026 | 925 | 2943 | 1001 | 1200 | 176 | 220 | 183 | |
| P8 | 5,80 | 1211 | 610 | 1350 | 914 | 1207 | 925 | 3019 | 1001 | 1400 | 176 | 250 | 231 | |
| P9 | 8,70 | 1841 | 914 | 1500 | 1219 | 1572 | 925 | 3169 | 1001 | 1800 | 176 | 250 | 252 |
Kruhové žlaby FR pro měření průtoku
Naše firma MI FLOW s.r.o. vyrábí a dodává kompletní řadu měřících kruhových žlabů pro měření průtoku vod. Jedná se o žlaby FR, které jsou určeny pro měření v beztlakých potrubních systémech s volnou hladinou dle platné legislativy v ČR. Jejich přesnou funkci měření průtoku zaručuje stanovená Q/h charakteristika. Tyto měřící žlaby FR jsou využívány pro pitné, surové povrchové i odpadní vody. Dokážou měřit průsakové vody, srážkové vody i chemické vody v průmyslu.
Jejich předurčení a největší výhodou je kruhový příčný řez a pozvolný náběhový úhel prizmat. Většina potrubí je kruhového průřezu. Tímto je zabezpečen plynulý přechod tvaru potrubí na tvar měřícího žlabu FR bez porušení geometrických a hydraulických charakteristik proudící vody. Žlaby FR je tedy možné instalovat s minimálními stavebními úpravami, což velmi zefektivňuje realizaci celého měrného objektu s využitím nejlepších možných charakteristik proudění vody. Typizovaná řada měřících žlabů FR je standardizována dle běžných průměrů potrubí a platných norem EU.
- Kruhový příčný řez.
- Pozvolný náběhový úhel prizmat do tvaru „V“.
- Instalace měřícího žlabu FR za provozu.
- Univerzální úchytný systém.
- Velká kapacita přenesení přívalových vod.
- Možnost měřícího místa bez síťového napájení 230VAC.
- Přenos měřených hodnot přes GSM na provozovaný datový server.
- Kompletní dodávky.
Nabízíme i variantu žlabu FRP®, která je určena pro malé ČOV.
tags: #parshalluv #zlab #vypocet #prutoku