Control Valves (၉) - Control Valve Actuators and Positioners

control valves ေတြမွာ movable parts ေတြၿဖစ္တဲ႔၊ plug, ball သို႔မဟုတ္ vane နဲ႔ stationary part ၿဖစ္တဲ႔ seat တို႔ပါဝင္ပါတယ္။ actuator ဟာ control signal ကိုလက္ခံၿပီး၊ movable part ၿဖစ္တဲ႔ plug ရဲ႕ position ကိုေၿပာင္းလဲေစၿခင္းၿဖင္႔၊ control valve ကို၊ operate လုပ္ပါတယ္။ actuator မွ၊ control valve ကို fully-open, fully-closed, more open နဲ႔ more closed အစရိွတဲ႔ အေနအထား position အမၽိဳးမၽိဳး၊ ေၿပာင္းလဲေဆာင္ရြက္ေစ ပါတယ္။ actuators ေတြကို၊ Pneumatic, Electric, hydraulic နဲ႔ direct acting type ဆိုၿပီး ခြဲၿခားနိဳင္ပါတယ္။

Fig. Pneumatic piston actuators  

Pneumatic actuators ေတြကို၊ piston actuator နဲ႔ diaphragm actuator ဆိုၿပီးထပ္မံခြဲၿခားပါတယ္။ piston actuator ရဲ႕ stroke နဲ႔ thrust ဟာ၊ diaphragm actuator ရဲ႕ stroke နဲ႔ thrust ထက္ပိုႀကီးၿပီး၊ single acting နဲ႔ double acting actuators ေတြအၿဖစ္ေတြ႔နိဳင္ ပါတယ္။ cylinder အတြင္းမွ၊ solid piston ေပါါသို႔၊ compressed air ေပးသြင္းၿပီး၊ actuator stem ကိုေရြွ႕လၽားေစပါတယ္။ cylinder volume ေသးငယ္တဲ႔ အတြက္၊ ၿမင္႔မားတဲ႔ higher input pressure ကိုေပးသြင္းလိုက္တဲ႔အခါ၊ piston ဟာ လၽွင္ၿမန္စြာေရြွ႕လၽွားသြားပါတယ္။

Fig. Pneumatic diaphragm actuator

diaphragm actuators ေတြမွာ၊ flexible membrane လို႔ေခါါတဲ႔ diaphragm သို႔၊ compressed air ေပးသြင္းၿပီး၊ spring မွတဆင္႔ actuator stem ကိုေရြွ႕လၽားေစပါတယ္။ diaphragm သို႔၊ compressed air ေပးသြင္းကာ၊ stem ကိုေရြွ႕လွၽားေစၿခင္းကို၊ reverse acting (spring-to-extend) နဲ႔ direct acting (spring-to-retract) ဆိုၿပီး၊ ခြဲၿခားသတ္မွတ္ထားပါတယ္။

Reverse acting (spring-to-extend) - diaphragm အေပါါမွာ၊ spring တတ္ထားတဲ႔၊ actuators ေတြကို၊ reverse acting actuators ေတြအၿဖစ္သတ္မွတ္ပါတယ္။ spring မွ valve spindle ကိုတြန္းခၽထားတဲ႔႔အတြက္္၊ plug ဟာ seat အေပါါမွာ ထိုင္ေနပါတယ္။ compressed air ကို၊ flexible diaphragm ေအာက္မွ၊ operating force ၿဖင္႔ သက္ေရာက္ေစတဲ႔အခါ၊ spring ဟာ exerted အေနနဲ႔ မူလရိွေနတဲ႔ေနရာရဲ႕ အေပါါဖက္သို႔၊ ဆန္႔ကၽင္ဖက္ opposite direction နဲ႕ ေရြွ႕သြားပါတယ္။ control valve မွာ "direct acting plug" တတ္္ဆင္ ထားတဲ႔႔အတြက္၊ diaphragm ကိုအေပါါသို႔၊ တြန္းတင္ လိုက္တဲ႔အခါ၊ spindle နဲ႔အတူ plug ပါအေပါါသို႔ ႀကြတက္သြားၿပီး၊ normally closed အၿဖစ္ ပိတ္ေနတဲ႔ valve ဟာ၊ open အေနနဲ႔ ပြင္႔သြားပါတယ္။ 

Fig. Valve and actuator configurations - Reverse acting (spring-to-extend) 

diaphragm အေပါါသက္ေရာက္မယ္႔၊ air pressure ပမာဏ အနည္းအမၽား၊ အေၿပာင္းအလဲေပါါ၊ မူတည္ၿပီး၊ spindle movement အနည္းနဲ႔ အမၽား ၿဖစ္ေပါါပါတယ္။ fully-closed အပိတ္ အေနအထားမွ၊ fully-open အပြင္႔အေနအထားသို႔၊ complete stroke အၿဖစ္၊ spindle ေရြွ႕လၽွား သြားေစဖို႔၊ လံုေလာက္တဲ႔ compressed air pressure ပမာဏတခုကို၊ ေပးသြင္းရပါတယ္။ air pressure ပမာဏအနည္းအမၽား range ဟာ၊ actuator spring ေရြွ႕လၽွားနိဳင္မယ္႔ rating နံွဳးပမာဏနဲ႔ တိုက္ရိုက္အခၽိဳးကၽပါတယ္။ air pressure ကၽသြားတဲ႔အခါ၊ spring ဟာ၊ extend အေနနဲ႔ ၿပန္ဆန္႔ထြက္လာၿပီး၊ spindle ကို opposite direction အေနနဲ႔၊ ၿပန္လည္ေရြွ႕လၽွားေစ ပါတယ္။ အရြယ္အစားႀကီးမားတဲ႔ control valves ေတြနဲ႔ differential pressure ၿမင္႔မားတဲ႔ control valves ေတြမွာ၊ full valve movement အတြက္၊ compressed air pressure ပမာဏ ပိုမိုလိုအပ္ပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ spindle ေရြွ႕လၽွားသြားေစဖို႔၊ diaphragm အေပါါ သက္ေရာက္မယ္႔၊ air pressure ပမာဏပိုမို၊ လိုအပ္လာမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။

Direct acting actuator (spring-to-retract) - diaphragm ရဲ႕ ေအာက္မွာ၊ spring တတ္ထားတဲ႔၊ actuators ေတြကို၊ direct acting actuators ေတြအၿဖစ္သတ္မွတ္ပါတယ္။ spring မွ valve spindle ကို 'မ' တင္ထားတဲ႔႔အတြက္္၊ plug ဟာ seat အေပါါမွ 'ႀကြ' တက္ေန ပါတယ္။ compressed air ကို၊ flexible diaphragm အေပါါမွ၊ operating force ၿဖင္႔ သက္ေရာက္ေစတဲ႔ အခါ၊ spring ဟာ retract အေနနဲ႔ မူလရိွေနတဲ႔ေနရာရဲ႕ ေအာက္ဖက္သို႔၊ ေရြွ႕သြားပါတယ္။  

Fig. Valve and actuator configurations - Direct acting actuator (spring-to-retract)

control valve မွာ "direct acting plug" တတ္္ဆင္ထားတဲ႔႔အတြက္၊ diaphragm ကိုေအာက္သို႔၊ တြန္းခၽ လိုက္တဲ႔အခါ၊ spindle နဲ႔အတူ plug ပါေအာက္ဖက္သို႔၊ ဆင္းသြားၿပီး၊ normally open အၿဖစ္ ပြင္႔ေနတဲ႔ valve ဟာ၊ close အေနနဲ႔ ပိတ္သြားပါတယ္။ 

Fig. Direct acting actuator and reverse acting control valve

ေယဘုယၽအားၿဖင္႔ direct acting actuators ေတြကို၊ direct acting plugs ေတြတတ္ဆင္ထားတဲ႔၊ direct acting control valves ေတြနဲ႔၊ တြဲဖက္အသံုးၿပဳႀကသလို၊ တခါတရံ reverse acting plugs ေတြတတ္ဆင္ ထားတဲ႔၊ reverse acting control vales ေတြနဲ႔လည္း၊ တြဲဖက္ အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။ 

Fig. Net effect of various combinations for two-port valves

Fig. Net effect of the two combinations for three-port valves

direct acting သို႔မဟုတ္ reverse acting plugs ေတြတတ္ဆင္ထားတဲ႔၊ control valves ေတြကို၊ direct acting သို႔မဟုတ္ reverse acting actuators ေတြနဲ႔၊ တြဲဖက္အသံုးၿပဳတဲ႔အခါ compressed air supply ၿပတ္ေတာက္သြားစဥ္၊ valve မူလရိွခဲ႔တဲ႔ close သို႔မဟုတ္ open position သို႔ၿပန္လည္ေရာက္ရိွသြားရမယ္႔ အခၽက္ကိုအေၿခခံကာ ေရြးခၽယ္ရပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ process applications ေတြရဲ႕ nature နဲ႔ safety requirements တို႔ကို၊ အေၿခခံကာေရြးခၽယ္ၿခင္းၿဖစ္သလို၊ process အေပါါသက္ေရာက္မယ္႔ "net effect" တခုလံုးကို၊ ထည္႔သြင္းစဥ္းစားကာ၊ ေရြးခၽယ္ၿခင္းလည္းၿဖစ္ပါတယ္။ cooling applications ေတြ မွာ၊ compressed air supply ၿပတ္ေတာက္သြားတဲ႔အခါ၊ valve 'ပြင္႔' သြားေစမယ္႔၊ actuators ေတြနဲ႔၊ တြဲဖက္ အသံုးၿပဳၿပီး၊ steam systems ေတြမွာေတာ႔၊ valve 'ပိတ္' သြားမယ္႔၊ actuators ေတြနဲ႔၊ တြဲဖက္ အသံုးၿပဳပါတယ္။

Effect of differential pressure on the valve lift - pneumatic controller မွ၊ diaphragm သို႔၊ feed air အေနနဲ႔ ေပးသြင္းတဲ႔၊ compressed air ပမာဏဟာ၊ (0.2 ~ 1.0 bar) range အတြင္း မွာသာ ရိွ ၿပီး၊ spring ဟာ (0.2 ~ 1.0 bar) rating အတြင္း ေရြွ႕လၽွားပါတယ္။ spring-to extend အေနနဲ႔၊ plug အေပါါသို႔ 'ႀကြ' တက္သြားမယ္႔၊ reverse acting actuator တလံုးကို၊ direct acting control valve နဲ႔ တြဲဖက္အသံုးၿပဳတဲ႔ အခါ၊ ေပါါေပါက္လာမယ္႔ "differential pressure effect" ကို၊ ေဖာ္ၿပပါ ဦးမယ္။

actuator နဲ႔ valve ကို၊ 'bench set' အၿဖစ္၊ calibrated အေနနဲ႔ ခၽိန္ညွိထားတဲ႔အခါ၊ feed air ကို (0. 2 bar) ထက္ပိုေပးသြင္းလိုက္တာနဲ႔ seat မွာထိုင္ေနတဲ႔ valve plug ဟာ၊ စတင္ 'ႀကြ' တက္ ပါတယ္။ ေအာက္မွ diaphragm ကို တြန္းတဲ႔ အားဟာ၊ valve plug ကို အေပါါမွတြန္းဖိထားတဲ႔၊ spring ရဲ႕ ဖိအားထက္၊ ပိုလာတဲ႔အတြက္၊ plug ဟာ 'ႀကြ' တက္သြားၿခင္း ၿဖစ္ပါတယ္။ feed air pressure တိုးလာတာနဲ႔အမၽွ၊ valve plug ဟာ၊ အေပါါသို႔ ဆက္တက္သြားမွာၿဖစ္ၿပီး၊ air pressure  (1. 0 bar) ပမာဏသို႔၊ ေရာက္သြားတဲ႔ အခါ၊ ရာနံွဳးၿပည္႔ (100 %) fully open အၿဖစ္ control valve 'ပြင္႔' သြား ပါတယ္။ actuator နဲ႔ control valve assembly ကို၊ pipeline အတြင္းမွာ၊ pressure reduction application အေနနဲ႔ တတ္ဆင္အသံုးၿပဳတဲ႔ အခါမွာေတာ႔၊ valve 'ပြင္႔' တဲ႔ percentage ဟာ၊ differential pressure effect ေႀကာင္႔၊ 'bench set' အေနနဲ႔ရိွစဥ္၊ valve 'ပြင္႔' တဲ႔ percentage နဲ႔ အနည္းငယ္ ၿခားနားသြားတာ၊ ေတြ႔ရပါတယ္။

Fig. Reverse acting actuator, air-to-open, direct acting valve - normally closed

upstream အဝင္မွာ၊ pressure (10 bar) ပမာဏရိွတဲ႔ flow ကို၊ downstream အထြက္မွာ (4 bar) အၿဖစ္၊ control လုပ္တဲ႔အခါ၊ control valve မွာၿဖစ္ေပါါမယ္႔၊ differential pressure ပမာဏဟာ (6 bar) ရိွပါတယ္။ differential pressure ဟာ၊ control valve အတြင္းမွ၊ plug ရဲ႕ ေအာက္ဖက္ underside မွာရိွေနၿပီး၊ valve ကို 'ပြင္႔' ေစဖို႔ force tending အေနနဲ႔၊ ေအာက္မွ တြန္းေနပါတယ္။ differential pressure ဟာ၊ control valve အတြင္းမွ၊ plug ရဲ႕ ေအာက္ဖက္ underside မွာရိွေနၿပီး၊ valve ကို 'ပြင္႔' ေစဖို႔ force tending အေနနဲ႔၊ အေပါါသို႔ တြန္းေန ပါတယ္။ ေအာက္မွတြန္းေနတဲ႔ differential pressure ရဲ႕ tending force ဟာ၊ actuator အတြင္းမွ feed air pressure ကိုလည္း၊ additional force အေနနဲ႔ ထပ္ေပါင္းေပးေနပါတယ္။ pneumatic controller မွ ေပးသြင္းတဲ႔ feed air pressure ပမာဏ (0. 6 bar) သို႔ေရာက္ရိွစဥ္မွာ၊ control valve ဟာ၊ တဝက္ (50 %) ခန္႔သာ 'ပြင္႔' ရမွာၿဖစ္ေပမယ္႔၊ additional force ေႀကာင္႔ တဝက္ထက္ ပို 'ပြင္႔' တာ၊ ေတြ႔ရပါတယ္။ အလားတူ controller မွ ေပးသြင္းတဲ႔ feed air pressure ပမာဏကို၊ (0. 2 bar) အထိၿပန္ေလၽွာ႔တဲ႔အခါ၊ ရာနံွဳးၿပည္႔ (100 %) 'ပိတ္' ရမွာၿဖစ္ေပမယ္႔၊ မပိတ္ေသးပဲ (0. 1 bar) ပမာဏအထိ ေလၽွာ႔မွသာ၊ fully close အေနနဲ႔ 'ပိတ္' မွာ ၿဖစ္ပါတယ္။

steam applications ေတြမွာေတာ႔၊ process ရဲ႕ load demand အေပါါမူတည္ၿပီး၊ differential pressure effect ၿဖစ္ေပါါပါတယ္။ load demand ၿမင္႔တက္လာတဲ႔အခါ၊ heat exchanger မွ steam pressure ဟာလည္း၊ ၿမင္႔တက္လာမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။ valve အဝင္၊ upstream pressure ဟာ၊ constant အေနနဲ႔ ရိွေနၿပီး၊ heat exchanger မွာ steam pressure ၿမင္႔ေစဖို႔၊ control valve ရဲ႕ differential pressure ကိုေလၽွာ႔ခၽရပါတယ္။ heat exchanger ရဲ႕ load demand အေပါါမူတည္ၿပီး၊ control valve ရဲ႕ differential pressure ဟာ၊ အနည္းဆံုး minimum နဲ႔ အမၽားဆံုး maximum ပမာဏ အတြင္းမွာ၊ ေၿပာင္းလဲပါတယ္။ process ရဲ႕ load demand ၿမင္႔တက္လာတဲ႔အခါ ရာနံွဳးၿပည္႔ (100 %) 'ပြင္႔' ရမွာၿဖစ္ၿပီး၊ control valve ရဲ႕ differential pressure ဟာ၊ အနည္းဆံုး minimum အေနနဲ႔ ရိွေနမွာၿဖစ္ၿပီး၊ process မွာ temperature လံုးဝမလိုအပ္ေတာ႔တဲ႔အခါမွာေတာ႔၊ control valve ဟာ 'ပိတ္' သြားမွာၿဖစ္ၿပီး၊ differential pressure ကေတာ႔ maximum အေနနဲ႔ အမၽားဆံုး ပမာဏအတြင္းမွာ၊ ရိွေနပါတယ္။

Fig. Direct acting actuator, air-to-close, direct acting valve - normally open

direct acting actuator တလံုးကို၊ direct acting control valve နဲ႔ တြဲဖက္အသံုးၿပဳတဲ႔ အခါ၊ plug ရဲ႕ ေအာက္ဖက္ underside မွာ ရိွေနတဲ႔ differential pressure ဟာ၊ against force အေနနဲ႔၊ အေပါါသို႔ တြန္းေနမွာၿဖစ္ပါတယ္။ pneumatic controller မွတဆင္႔ diaphragm ရဲ႕ အေပါါဖက္သို႔ feed air pressure ေပးသြင္းၿပီး၊ valve plug ကို ေအာက္ဖက္သို႔ေရြွ႕လၽွားေစတဲ႔အခါ၊ အေပါါသို႔ တြန္းေနတဲ႔ against force ေႀကာင္႔၊ (0. 6 bar) သို႔ေရာက္ရိွစဥ္၊ control valve တဝက္ (50 %) ခန္႔ 'ပြင္႔' ရမွာၿဖစ္ေပမယ္႔၊ တဝက္အထိ မ 'ပြင္႔' တာ၊ ေတြ႔ရ ပါတယ္။ အလားတူ controller မွ ေပးသြင္းတဲ႔ feed air pressure ပမာဏကို၊ (1.0 bar) အထိ တိုးတဲ႔အခါ၊ ရာနံွဳးၿပည္႔ (100 %) 'ပိတ္' ရမွာ ၿဖစ္ေပမယ္႔၊ မပိတ္ေသးပဲ (1. 1 bar) ပမာဏအထိ တိုးမွသာ၊ fully close အေနနဲ႔ 'ပိတ္' မွာၿဖစ္ပါတယ္။

actuator နဲ႔ control valve assembly ကို၊ pipeline အတြင္းမွာ၊ တတ္ဆင္အသံုးၿပဳတဲ႔ အခါ၊ differential pressure effect ရိွေနတဲ႔ အတြက္၊ recalibrate အေနနဲ႔ ၿပန္လည္ခၽိန္ညွိဖို႔ လိုတာေတြ႔ရပါတယ္။ အရြယ္အစားေသးငယ္တဲ႔ small control valves ေတြနဲ႔၊ အေသးစိတ္ တိကၽဖို႔ မလိုတဲ႔ "imprecise control applications" ေတြမွာေတာ႔၊ actuator combination မွ spring အရြယ္အစားကို၊ ေၿပာင္းလဲတတ္ဆင္ၿပီး၊ အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ spring ရဲ႕ range နဲ႔ rating တန္ဖိုး အရ ေၿပာင္းလဲတတ္ဆင္ၿခင္း ၿဖစ္ပါတယ္။

Fig. Two and three-port control valve ""thrust available" formula 

Fig. Typical manufacturer’s valve/ actuator selection chart

valves နဲ႔ actuators ေတြမွာ၊ frictions ေတြၿဖစ္ေပါါေလ႔ရိွၿပီး၊ friction ေႀကာင္႔ valve position မွာလည္း 'hysteresis' ေတြြေပါါေပါက္ လာရ ပါတယ္။ အရြယ္အစားေသးငယ္တဲ႔ control valves ေတြနဲ႔ actuator combinations ေတြမွာ၊ friction ပိုမၽားပါတယ္။ recalibrate အေနနဲ႔ ၿပန္လည္မခၽိန္ညွိပဲ၊ spring အရြယ္အစားကို၊ ေၿပာင္းလဲ ထားတဲ႔ control valves ေတြကို တတ္ဆင္တဲ႔အခါ၊ "thrust available" တန္ဖိုးမွတဆင္႔၊ spring ရဲ႕ range နဲ႔ rating တန္ဖိုးကို၊ အေၿခခံကာ ေရြးခၽယ္ႀကပါတယ္။ အရြယ္အစား ႀကီးမားတဲ႔ control valves ေတြမွာေတာ႔၊ differential pressure effect ဟာ၊ ပိုမၽားမွာ ၿဖစ္သလို၊ valve position မွာလည္း effect ၿဖစ္ေပါါမွဳပိုမၽားလာမွာၿဖစ္ပါတယ္။ vlave ေရြွ႕လၽွားတဲ႔အခါ၊ valve position ကို၊ အတိအကၽသိေစဖို႔ positioner ကို၊ တတ္ဆင္အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။

Reference and image credit to : Control Valve Actuators and Positioners - ကိုထြန္း, Steam Engineering Tutorials,

Remark : All images herein this website are for use of educational purpose only. The owner of this web site is not responsible for the consequences in case of violation to copyright, trademark, patent or other intellectual property rights of any third party.

Control Valves (၈) - Control Valve Characteristics

control valves ေတြရဲ႕၊ ပင္ကိုယ္ inherent flow characteristic အရ၊ constant pressure conditions မွာ၊ 'valve opening' နဲ႔ flow-rate တို႔ဟာ ဆက္စပ္ေနပါတယ္။ 'valve opening' ဆိုတာ ကေတာ႔ valve plug ဟာ valve seat မွေဝးကြာေနတဲ႔ အေနအထားကို၊ ဆိုလိုၿခင္းၿဖစ္ၿပီး၊ orifice pass area ကို ထည္႔သြင္းေဖာ္ၿပၿခင္းမရိွတာ၊ ေတြ႔ရမွာ ၿဖစ္ပါသတဲ႔။ orifice pass area ကို၊ တခါတရံ 'valve throat' ရယ္လို႔ ေခါါေဝါါသံုးနံွဳးတတ္ၿပီး၊ valve plug နဲ႔ seat ႀကားမွ၊ ေသးငယ္ကၽဥ္းေၿမာင္းတဲ႔ narrowest point ကို၊ ဆိုလိုၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။ control valves ေတြရဲ႕ characteristic အရ၊ orifice pass area နဲ႔ flow-rate တို႔ဟာ၊ directly proportional အေနနဲ႔ တိုက္ရိုက္အခၽိဳးကၽစြာ ဆက္စပ္ေနတာကိုလည္း၊ ေတြ႔ရပါတယ္။

control valves ေတြဟာ၊ တခုနဲ႔တခု အရြယ္အစား ကြဲၿပားၿခားနားေပမယ္႔၊ ပင္ကိုယ္မူလ inherent flow characteristic ေႀကာင္႔၊ တူညီတဲ႔ orifice pass area မွာ တူညီတဲ႔ volumetric flow-rate နဲ႔ differential pressure တို႔ကိုရရိွမွာၿဖစ္ပါတယ္။ pass area ၿခင္းတူညီေပမယ္႔၊ 'valve openings' မွာေတာ႔ မတူညီနိဳင္တဲ႔ အတြက္၊ valve characteristics မွာ ကြဲၿပားမွဳေတြရိွပါသတဲ႔။ orifice pass areas ၿခင္း တူညီေပမယ္႔၊ certain pressure drop နဲ႔ flow-rate ကို၊ linear valves ေတြမွာ၊ valve opening ရဲ႕ (25 %) ခန္႔မွာရနိဳင္ၿပီး၊ equal percentage valves ေတြမွာေတာ႔ (65 %) ခန္႔ မွသာရရိွတာ၊ ေတြ႔ရပါတယ္။

Fig. Shape of the trim determines the valve characteristic

plug နဲ႔ seat arrangements ေတြကို၊ valve 'trim' အၿဖစ္၊ ေခါါေဝါါသံုးနံွဳးေလ႔ရိွပါတယ္။ valve 'trim' ေႀကာင္႔ valve opening မွာ၊ ၿခားနားမွဳေတြၿဖစ္ေပါါၿပီး၊ valve characteristics မွာ ကြဲၿပားမွဳေတြ ရိွလာပါတယ္။ globe valves ေတြမွာ၊ plugs နဲ႔ ကြဲၿပားၿခားနားတဲ႔ ပံုသ႑န္တည္ေဆာက္ပံု shapes ေတြေႀကာင္႔၊ valve characteristics ေတြ ပါ၊ ကြဲၿပားၿခားနားရပါသတဲ႔။ globe valves ေတြရဲ႕ valve 'trim' ပံုသ႑န္တည္ေဆာက္ပံု shapes ေတြကို Fast opening, Linear နဲ႔ Equal percentage ဆိုၿပီး၊ ခြဲၿခားသတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။

Fig. Inherent flow characteristics of typical globe valves and rotary valves

rotary valves ေတြၿဖစ္တဲ႔၊ ball valves နဲ႔ butterfly valves ေတြဟာ၊ basic characteristic curve အရ၊ ပင္ကိုယ္မူလ inherent flow characteristic ေတြရိွေပမယ္႔၊ plugs ေတြကို modify အေနနဲ႔၊ ေၿပာင္းလဲ တတ္ဆင္လိုက္တဲ႔အခါ၊ valve characteristics ေတြပါ၊ ကြဲၿပားၿခားသြားမွာၿဖစ္ပါတယ္။ fast opening characteristic valve plugs ေတြ ဟာ၊ closed position သို႔ ေသးငယ္တဲ႔ small valve lift အၿဖစ္ေၿပာင္းလဲ ရံုနဲ႔တင္၊ flow-rate ပမာဏကို ႀကီးမားစြာေၿပာင္းလဲေစပါတယ္။ valve lift ဟာ (50 %) ခန္႔ေၿပာင္းလဲေရြွ႕လၽွား တဲ႔အခါ၊ orifice pass area ရဲ႕ maximum potential ၿဖစ္တဲ႔ (90 %) ခန္႔အထိ flow-rate ၿမင္႔တက္သြားတာ၊ ေတြ႔ရပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ 'on / off' characteristic ရိွတဲ႔ valve plug အၿဖစ္ သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။ fast opening valves ေတြကို electrically သို႔မဟုတ္ pneumatically actuators ေတြနဲ႔ တြဲဖက္ၿပီး 'on / off' control အၿဖစ္ အသံုးၿပဳေလ့ရိွပါတယ္။

self-acting type control valves ေတြရဲ႕ plug ကို၊ fast opening plug ပံုသ႑န္ shape အၿဖစ္ေၿပာင္းလဲ တတ္ဆင္လိုက္တဲ႔အခါ၊ valve plug ေရြွ႕လၽွားမွဳေႀကာင္႔၊ fast opening control valves ေတြမွာလို၊ flow-rate ကို၊ အေၿပာင္းအလဲ၊ အမၽားအၿပားမၿဖစ္ေပါါေစေတာ႔သလို၊ controlled condition မွာလည္း၊ အေၿပာင္းအလဲ အနည္းငယ္သာ ေပါါေပါက္တာေတြ႔ရပါတယ္။

Fig. Linear valve flow / lift curve for a linear valve

linear characteristic valves ေတြရဲ႕ plug တည္ေဆာက္ထားတဲ႔ပံုသ႑န္႔ shape ေႀကာင္႔၊ constant differential pressure မွာ၊ flow-rate ဟာ valve lift နဲ႔ directly proportional အေနနဲ႔၊ တိုက္ရိုက္ အခၽိဳးကၽေၿပာင္းလဲပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ valve lift နဲ႔ orifice pass area တို႔ဟာလည္း၊ linear relationship အေနနဲ႔ အခၽိဳးကၽစြာဆက္စပ္ေနတာ၊ ေတြ႔ရ ပါတယ္။ valve lift (40 %) မွာ၊ orifice pass area (40 %) မွ တဆင္႔၊ full flow ရဲ႕ (40 %) ခန္႔သာၿဖတ္သန္းသြားမွာၿဖစ္ပါသတဲ႔။

equal percentage valves ေတြရဲ႕ plug တည္ေဆာက္ထားတဲ႔ပံုသ႑န္႔ shape ေႀကာင္႔၊ valve lift ထပ္တိုးလာတိုင္း၊ flowrate ဟာ မူလ flowrate ရဲ႕ percentage ရာခိုင္နံွဳး တခုၿဖင္႔၊ တိုးလာမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ incremental increase လို႔ေခါါဆိုနိင္ၿပီး၊ valve lift orifice pass area တို႔ဟာ၊ linear အေနနဲ႔ ဆက္စပ္ေနတာမဟုတ္ပဲ၊ "logarithmic" relation အၿဖစ္၊ ဆက္စပ္ေနတာေတြ႔ရ ပါတယ္။ valve lift ေရြွ႕လၽွားမွဳကို "H" အၿဖစ္၊ သေက္တေပးကာ သတ္မွတ္ေဖာ္ၿပႀကပါသတဲ႔။ closed position valve ဟာ၊ အပိတ္အေနအထားမွာ၊ ရိွေနခဲ႔လၽွင္ "0" လို႔သတ္မွတ္ၿပီး၊ အပြင္႔အေနအထား fully opened position မွာရိွေနခဲ႔လၽွင္ေတာ႔၊ "1" အၿဖစ္သတ္မွတ္ပါသတဲ႔။ valve ရဲ႕ အပိတ္အေနအထားမွ၊ အပြင္႔အေနအထားသို႔၊ ေၿပာင္းလဲသြားေစဖို႔ valve lift ေရြွ႕လၽွားသြားတိုင္း၊ အပြင္႔အေနအထား fully opened position ရဲ႕ ရာခိုင္နံွဳး တန္ဘိုးတခုအၿဖစ္၊ သတ္မွတ္ေဖာ္ၿပပါတယ္။

Fig. Valve rangeability (50) : Equal percentage characteristic - flowrate and valve lift with constant differential pressure

valve rangeability (50) ရိွတဲ႔ control valve တလံုးအတြင္း၊ maximum volumetric flow တန္ဖိုး (10 m/ h) နံွဳးနဲ႔ fluid သို႔မဟုတ္ gas ၿဖတ္စီးစဥ္၊ (40 %), (50 %) နဲ႔ (60 %) valve lift အေၿပာင္းအလဲ conditions ေတြမွာေပါါေပါက္လာမယ္႔၊ incremental increase flow rate ပမာဏ တြက္ခၽက္ပံုကို၊ ဥပမာအၿဖစ္၊ ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။ "valve rangeability" အရ (50) လို႔၊ သတ္မွတ္ထားတဲ႔ equal percentage control valves ေတြကိုႀကည္႔လၽွင္၊ valve lift (50 %) မွာ၊ valve lift (40 %) ပြင္႔စဥ္က၊ စီးဆင္းခဲ႔တဲ႔ flow rate ထက္ (48 %) ပိုၿပီး၊ စီးဆင္းတာေတြ႔ရမွာၿဖစ္သလို၊ valve lift (60 %) မွာ၊ valve lift (50 %) ပြင္႔စဥ္က၊ စီးဆင္းခဲ႔တဲ႔ flow rate ထက္ (48 %) ပိုၿပီး၊ စီးဆင္းတာေတြ႔ရမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။

valve rangeability တန္ဖိုး (50) လို႔သတ္မွတ္ထားတဲ႔ valves ေတြမွာ valve lift (10 %) တိုးသြားတိုင္း၊ flowrate မွာ (48 %) တိုးသြားပါတယ္။ valve rangeability တန္ဖိုး အေနနဲ႔ (100) လို႔ သတ္မွတ္ထားတဲ႔၊ equal percentage control valves ေတြမွာေတာ႔၊ valve lift (10 %) တိုးသြားတိုင္း၊ flowrate မွာ (58 %) တိုးသြားတာ ေတြ႔ရပါတယ္။ valve rangeability တန္ဖိုး တိုးသြားတိုင္း၊ flow rate ပမာဏဟာ၊ မူလ flowrate ရဲ႕ percentage ရာခိုင္နံွဳးတခုၿဖစ္တဲ႔၊ incremental increase တန္ဖိုးအတိုင္း၊ လိုက္ပါေၿပာင္းလဲ သြားတာ ေတြ႔ရပါတယ္။ equal percentage control valves ေတြရဲ႕ incremental increase တန္ဖိုးေၿပာင္းလဲၿခင္းကို၊ inherent valve characteristic လို႔ေခါါၿပီး၊ တခါတရံ parabolic, modified linear နဲ႔ hyperbolic characteristic အၿဖစ္ သတ္မွတ္ေခါါေဝါါႀကပါသတဲ႔။

fluid flow နဲ႔ load demand တို႔ဟာ၊ unique installation characteristic အေနနဲ႔တခုနဲ႔တခု၊ ဆက္စပ္ေနပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ valve opening နဲ႔ flow rate တို႔ဟာ၊ ညီညြတ္စြာ ဆက္စပ္ေနၿခင္း ၿဖစ္ပါတယ္။ water (သို႔မဟုုတ္) liquid system ေတြမွာ၊ flow ေပါါမူတည္ၿပီး၊ control valve မွာ pressure drop အေၿပာင္းအလဲ ၿဖစ္ေပါါေစသလို၊ steam (သို႔မဟုုတ္) gaseous system ေတြမွာေတာ႔၊ လိုအပ္တဲ႔ load demand ေပါါမူတည္ၿပီး၊ control valve မွာ pressure drop အေၿပာင္းအလဲကို ၿဖစ္ေပါါေစပါတယ္။ water ကဲ႔သို႔ liquid system ေတြမွာ၊ linear control valves ေတြကို၊ အသံုးၿပဳၿပီး၊ steam လို gaseous system ေတြ မွာေတာ႔၊ equal percentage control valves ေတြကို၊ အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။

Fig. Three-port diverting valve on a water heating system

"water circulating heating systems" ေတြမွာ၊ three - port valves ေတြကို mixed သို႔မဟုတ္ diverted အၿဖစ္၊ တတ္ဆင္ႀကၿပီး၊ balanced circuit အတြင္း၊ constant အေနနဲ႔ flow rate တည္ၿငိမ္ေနေစဖို႔၊ control valve ရဲ႕ pressure drop အေၿပာင္းအလဲဲမွ တဆင္႔၊ ေဆာင္ရြက္ပါတယ္။ mixed သို႔မဟုတ္ diverted အေနနဲ႔ေဆာင္ရြက္ေပးမယ္႔ three - port valve ဟာ၊ linear characteristics ရိွတဲ႔၊ control valve ၿဖစ္ပါတယ္။

Fig. Modulating boiler water level control system

"boiler water level control systems" ေတြမွာေတာ႔၊ two - port valves ေတြကို၊ တတ္ဆင္ႀက ပါတယ္။ flow အေၿပာင္းအလဲေႀကာင္႔၊ valve မွာ pressure drop အေၿပာင္းအလဲၿဖစ္ေပါါၿပီး၊ level ကို control လုပ္ၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။ pump မွတဆင္႔ flow rate ကို decrease အေနနဲ႔ေလၽွာ႔ခၽတဲ႔အခါ၊ pump နဲ႔ control valve ရဲ႕ differential pressure ဟာ၊ increase အေနနဲ႔တိုးလာၿပီး၊ pump characteristic ၿဖင္႔၊ control valve မွာ pressure drop အေၿပာင္းအလဲဲကို၊ ေပါါေပါက္ေစၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။ pipework ရဲ႕ fractional resistance အေၿပာင္း အလဲမွတဆင္႔၊ flowrate ကိုေၿပာင္းလဲနိဳင္ပါေသးတယ္။ fraction lost ဟာ၊ velocity ရဲ႕ နွစ္ထိပ္ကိန္းနဲ႔၊ တိုက္ရိုက္အခၽိဳးကၽတဲ႔ အတြက္၊ velocity အေၿပာင္းအလဲ မွတဆင္႔၊ pressure drop အေၿပာင္းအလဲဲကို၊ ေပါါေပါက္ေစၿခင္းၿဖစ္ၿဖစ္ပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္၊ staem load အေပါါ မူတည္ၿပီး၊ boiler အတြင္းမွာေပါါေပါက္လာတဲ႔၊ pressure အေၿပာင္းအလဲမွတဆင္႔၊ flowrate ကိုေၿပာင္းလဲနိဳင္ပါတယ္။

"temperature control systems" ေတြမွာလည္း၊ two - port valves ေတြကို၊ တတ္ဆင္အသံုးၿပဳ ပါတယ္။ heat exchanger မွာ primary steam ကို၊ heating agent အၿဖစ္အသံုးၿပဳၿပီး၊ valve အတြင္း ၿဖတ္သန္းသြားမယ္႔ flowrate အေၿပာင္းအလဲမွ တဆင္႔၊ temperature ကို control လုပ္ပါတယ္။

Reference and image credit to : Control Valve Characteristics - ကိုထြန္း, Steam Engineering Tutorials, Control Hardware : Electric/ Pneumatic Actuation, The Steam and Condensate Loop Book, ISBN 978-0-9550691-5-4, 2011. Copyright © 2012 Spirax-Sarco Limited.

Remark : All images herein this website are for use of educational purpose only. The owner of this web site is not responsible for the consequences in case of violation to copyright, trademark, patent or other intellectual property rights of any third party.

Control Valves (၇) - Control Valve Sizing for Steam Systems

control valve ကို၊ convergent-divergent principle အရတည္ေဆာက္ထားတဲ႔အတြက္၊ throat အလြန္၊ valve plug နဲ႔ seat အႀကား diverging area ထဲကို၊ steam ေရာက္ရိွတာနဲ႔ ခၽက္ၿခင္း expand ၿဖစ္ေပါါပါတယ္။ valve အၿပင္ဖက္၊ အဝင္အထြက္မွာ ေပါါေပါက္တဲ႔ pressure drop ပမာဏဟာ၊ valve အတြင္း throat မွာ ေပါါေပါက္တဲ႔ pressure drop ပမာဏ ထက္ မၽားပါတယ္။ steam flow ဟာ diverging area ထဲကို အသံထက္ၿမန္တဲ႔ supersonic အလၽွင္နဲ႔ စီးဝင္သြားသလို၊ diverging area မွာၿဖစ္ေပါါလာတဲ႔ pressure ဟာ၊ throat မွာ ၿဖစ္ေပါါခဲ႔တဲ႔ pressure ထက္၊ အနည္းငယ္ေလၽွာ႔နည္းတာေတြ႔ရပါတယ္္။

diverging area ကိုေကၽာ္လြန္သြားတဲ႔အခါ၊ steam ဟာ low pressure region ၿဖစ္တဲ႔၊ valve body အတြင္းမွ large chamber area အတြင္းသို႔၊ ေရာက္ရိွသြားပါတယ္။ valve ရဲ႕ downstream side မွာ တတ္ဆင္ထားတဲ႔၊ pipework မွ higher pressure ဟာ၊ large chamber area အတြင္းသို႔ back-pressure imposed အၿဖစ္သက္ေရာက္ၿပီး၊ steam ရဲ႕ velocity နဲ႔ kinetic energy ကို၊ rapidly အေနနဲ႔ၿပိဳကြဲေစနိဳင္ ပါတယ္။ diverging area ကိုေကၽာ္လြန္သြားတဲ႔အခါ၊ steam ဟာ low pressure region ၿဖစ္တဲ႔၊ valve body အတြင္းမွ large chamber area အတြင္းသို႔၊ ေရာက္ရိွသြားပါတယ္။

valve ရဲ႕ downstream side မွာတတ္ဆင္ထားတဲ႔၊ pipework မွ higher pressure ဟာ၊ large chamber area အတြင္းသို႔ back-pressure imposed အၿဖစ္သက္ေရာက္ၿပီး၊ steam ရဲ႕ velocity နဲ႔ kinetic energy ကို၊ rapidly အေနနဲ႔ ၿပိဳကြဲေစနိဳင္ပါတယ္။ "SFEE - Steady Flow Energy Equation" အရ၊ valve အဝင္ entrance port မွာ steam "enthalpy" ဆိုတဲ႔ steam system ရဲ႕ total energy ကိုၿမွင္႔တင္ေပးၿခင္းၿဖင္႔၊ back-pressure imposed ကိုကာကြယ္နိဳင္ပါတယ္။ steam ဟာ valve အတြင္းကို၊ enthalpy အေနနဲ႔ ဝင္ေရာက္ၿပီး၊ ၿဖတ္သန္းရာမွာ fraction ေႀကာင္႔ energy lost အနည္းငယ္ေပါါေပါက္လာပါါတယ္။

Fig. Convergent-divergent-convergent valve body

valve body ရဲ႕ port ကို converges အေနနဲ႔ steam flow ကိုစုစည္းၿပီး၊ enthalpy ရ ေစရန္ တည္ေဆာက္ထားတဲ႔အတြက္၊ valve outlet မွ pressure နဲ႔ density တန္ဖိုးဟာ၊ downstream pipe မွ pressure နဲ႔ density တန္ဖိုးနီးပါးခန္႔ၿဖစ္ေပါါလာပါတယ္။ velocity နဲ႔ valve outlet port ရဲဲ႕ cross sectional area တို႔မွတဆင္႔ stability pressure ကိုၿဖစ္ေပါါေစပါတယ္။ valve အၿပင္ဖက္၊ အဝင္ အထြက္မွာ ေပါါေပါက္တဲ႔ pressure drop ပမာဏဟာ၊ valve အတြင္း throat မွာ ေပါါေပါက္တဲ႔ pressure drop ပမာဏထက္ အလြန္အကၽြြံၿမင္႔မားးခဲဲ႔လၽွင္၊ noise ေတြ ၿဖစ္ေပါါနိိဳင္ပါတယ္္။ 

noise ဟာ kinetic energy မွ instantaneous exchange အေနနဲ႔ အဆက္မၿပတ္ဆက္တိုက္ heat energy သို႔ ေၿပာင္းလဲမွဳေတြကို control valve ရဲ႕ low pressure region မွာ ၿဖစ္ေစပါတယ္။ တခါတရံမွာေတာ႔ supersonic steam ေႀကာင္႔ exacerbated အေနနဲ႔ noise ေတြ ဆိုးဆိုးရြြားရြား၊ ေပါါေပါက္တတ္ပါတယ္။ 

Control valve outlet noise, velocity and erosion - တတ္ဆင္အသံုးၿပဳမယ္႔ control valve ရဲ႕ အရြယ္အစားကို၊ ေရြးခၽယ္ရာမွာ "noise" ကိုလည္းထည္႔သြင္း စဥ္းစားရပါတယ္။ noise ဟာ sound level အေနနဲ႔ ဆူညံမွဳကိုၿဖစ္ေပါါေစရံုမက၊ valve ရဲ႕ အတြင္း အစိတ္အပိုင္းေတြၿဖစ္တဲ႔၊ internal parts ေတြကိုပါ၊ ထိခိုက္ပၽက္စီးေစနိဳင္ပါတယ္။ special noise-reducing valve trims ေတြကို၊ တတ္ဆင္ အသံုးၿပဳနိဳင္ေပမယ္႔ control valve အရြယ္အစား ႀကီးမားတဲ႔အခါ၊ ကုန္ကၽစားရိတ္ ပိုမိုလာမွာၿဖစ္ပါတယ္။

"control valve noise emission" နဲ႔႔ပက္သက္ၿပီး၊ calculation အေနနဲ႔ တြက္ခၽက္နိဳင္ေပမယ္႔၊ လက္ေတြ႔႔ အသံုးၿပဳရာမွာ အနည္းငယ္ရွွဳပ္ေထြး ခက္ခဲတာကိုလည္းေတြ႔ရပါတယ္။ noise ကို တိုင္းတာတဲ႔အခါ "Mach" ဆိုတဲ႔ ယူနစ္အသံုးအနံွဳးနဲ႔ တိုင္းတာၿပီး၊ "Mach 1 = speed of sound" လို႔သတ္မွတ္္ပါတယ္။ control valve ရဲ႕ outlet မွ dry saturated steam ရဲ႕ velocity ဟာ (0.3) Mach ထက္ ပိုမယ္ဆိုလၽွင္၊ လက္မခံနိဳင္တဲ႔ unacceptable noise အၿဖစ္၊ သတ္မွတ္ပါတယ္။ 

noise ဆိုတဲ႔ ဆူညံသံ speed of sound ဟာ၊ steam temperature နဲ႔ quality အေပါါါမူတည္တဲ႔အတြက္၊ speed of sound in steam ဆိုတဲ႔ "C" တန္ဖိုးကိုတြက္ယူသလို၊ တိကၽမွဳ သိပ္မရိွေပမယ္႔ အနီးစပ္ဆံုး တန္ဖိုးတခုကို ရနိဳင္တဲ႔အတြက္၊ control valve ရဲ႕ outlet မွာ ၿဖစ္ေပါါတဲ႔ velocity မွတဆင္႔၊ တြက္ယူတာလည္း ရိွပါတယ္။ အရြယ္အစားေသးငယ္တဲ႔ control valve ကို dry saturated steam application အတြက္ အသံုးၿပဳလၽွင္၊ valve trim ရဲ႕ အရြယ္အစားဟာ၊ required capacity နဲ႔ ကိုက္ညီေပမယ္႔၊ down stream side မွ steam velocity ကိုေတာ႔ 150 m/ s ထက္ပိုထားသင္႔ပါတယ္။ wet steam application မွာေတာ႔ အမၽားဆံုး maximum exit steam velocity အေနနဲ႔ 40 m/ s ခန္႔ရိွသင္႔ပါတယ္။ valve ရဲ႕ အထြက္၊ down stream side မွ wet steam ရဲ႕ velocity ဟာ၊ သိပ္ၿမင္႔႔မားလြန္းရင္လည္း၊ control valve မွာ erosion ၿဖစ္ေပါါတတ္ပါတယ္။ superheated steam application နဲ႔ dry gas application ေတြမွာေတာ႔ 250 m/ s သို႔မဟုတ္ 0.5 Mach ခန္႔အထိ ခြင္႔ၿပဳ ထားသလို၊ liquid application ေတြ မွာေတာ႔ အမၽားဆံုး maximum exit velocity အေနနဲ႔ 10 m/ s ခန္႔သာရိွရမယ္လို႔၊ သတ္မွတ္ထားပါတယ္။

wet steam application အတြက္၊ အသံုးၿပဳတဲ႔ control valve ေတြမွာ ၿမင္႔မားတဲ႔ excessive velocity ေႀကာင္႔ erosion ၿဖစ္ေပါါတတ္ပါတယ္။ saturated steam ဟာ၊ valve အတြင္းမွ ၿဖတ္စီးစဥ္ drying နဲ႔ super-heating effect ေႀကာင္႔၊ pressure drop ၿဖစ္ေပါါၿပီး၊ excessive velocity အေနနဲ႔ ၿမင္႔တက္လာနိဳင္ပါတယ္။ ဒါေပမယ္႔ moisture လံုးဝမပါဝင္ေတာ႔ပဲ၊ dry gaseous state အၿဖစ္ ေၿခာက္ေသြ႔ေနတဲ႔အတြက္၊ control valve မွာ erosion မၿဖစ္ေပါါတာ၊ ေတြ႔ရပါတယ္။ တခါတရံ saturated steam ဟာ၊ (97 %) dry steam သို႔မဟုတ္ (98 %) dry steam အေနနဲ႔ "ေရ" အနည္းငယ္ေရာေနွာ ပါဝင္ေနတတ္ပါတယ္။ control valve မွာ erosion မၿဖစ္ေပါါေစဖို႔၊ separator ကို ၿဖတ္သန္းၿပီး၊ ရာနံွဳးၿပည္႔႔နီးပါး close to (100 %) dry steam အၿဖစ္၊ အေၿခာက္ခံၿပီးမွသာ ၿဖတ္သန္းသင္႔ပါတယ္။

control valves ေတြဟာ၊ nozzles ေတြလို heat energy မွ kinetic energy သို႔ efficient အေနနဲ႔ စြမ္းရည္ၿပည္႔စြာ၊ ေၿပာင္းလဲေပးနိဳင္တဲ႔ devices ေတြမဟုတ္သလို၊ nozzles ေတြထက္၊ friction ပိုမၽားတဲ႔ အတြက္၊ energy lost ပိုမၽားတာေတြ႔ရမွာၿဖစ္ပါတယ္။ valve body နဲ႔ outlet area မွ downstream pressure conditions ေတြ အကုန္လံုးဟာ၊ အၿမဲတမ္း match အေနနဲ႔ ကိုက္ညီမွဳမရိွၿခင္း၊ valve plug နဲ႔ seat အႀကား position အၿမဲေၿပာင္းလဲေနၿခင္းနဲ႔ valve outlet မွာ turbulence အနည္းနဲ႔ အမၽားေပါါေပါက္ေလ့ ရိွၿခင္းတို႔ေႀကာင္႔၊ "energy lost" ၿဖစ္ေပါါပါတယ္။

control valves ေတြကိုေရြးခၽယ္တဲ႔အခါ "IEC 60534 standard" အရေရြးခၽယ္ႀကေပမယ္႔၊ ပံုေသနည္းေပါင္းေၿမာက္မၽားစြာကို၊ အသံုးၿပဳတြက္ခၽက္ရတဲ႔ အတြက္၊ ရွဳပ္ေထြးခက္ခဲမွဳေတြ ရိွပါတယ္။ "IEC 60534 standard" မွာ control valve ေရြးခၽယ္ၿခင္းဆိုင္ရာ sizing တခုတည္းသာမကပဲ၊ pressure drop ေႀကာင္႔၊ ေပါါေပါက္လာမယ္႔ noise levels ၿဖစ္ေပါါမွဳေတြအထိ ၿပည္႔ၿပည္႔စံုစံု၊ ေဖာ္ၿပထား ပါတယ္။ ေနာက္ပိုင္းမွာေတာ႔ software ေတြကို၊ အသံုးၿပဳၿပီး ေရြးခၽယ္တတ္ဆင္ႀကသလို၊ control valves ထုတ္လုပ္သူ manufacturers ေတြကလည္း၊ sizing & selection software ေတြကို၊ အသံုးၿပဳ ထုတ္လုပ္ႀကပါတယ္။

ဥပမာအေနနဲ႔ အထက္မွာေဖာ္ၿပထားတဲ႔ ပံုေသနည္းဟာ၊ ရိုးရွင္းေပမယ္႔၊ saturated steam application ေတြအတြက္၊ အသံုးမၽားတဲ႔ globe valve ကို၊ control valve အၿဖစ္ေရြးခၽယ္တဲ႔အခါ၊ အသံုးၿပဳတဲ႔ ပံုေသနည္းၿဖစ္ပါတယ္။ အကယ္၍၊ pressure drop ratio အရ၊ critical pressure ဟာ၊ upstream absolute pressure ရဲ႕ (58 %) သို႔မဟုတ္ (0.58) ခန္႔သာရိွတဲ႔အခါ၊ တတ္ဆင္မယ္႔ valve အေနနဲ႔ ေရြးခၽယ္မွဳ မွန္ကန္တယ္လို႔ ဆိုနိဳင္ ပါတယ္။ control valve ရဲ႕ upstream pressure ဟာ (10 bar a) ရိွတဲ႔အခါ၊ pressure drop ratio အေနနဲ႔ (0.58) ရိွတဲ႔ အတြက္၊ valve ကို ၿဖတ္သန္းသြားၿပီးတဲ႔အခါ downstream pressure ဟာ (10 bar a x 0.58 = 5.8 bar a) ရိွမွာၿဖစ္ပါတယ္။

Fig. Mass flow-rate and critical pressure

pressure drop ratio ဟာ၊ upstream pressure ရဲ႕ (42 %) သို႔မဟုတ္ (0.42) ခန္႔သာရိွတဲ႔အခါ၊ downstream pressure ဟာ 4.2 bar a သာရိွမွာၿဖစ္ပါတယ္။ control valve အတြင္းမွာၿဖစ္ေပါါတဲ႔ pressure drop ဟာ၊ critical pressure ratio အတိုင္း၊ downstream pressure နဲ႔ ညီသြားတဲ႔အခါ၊ mass flow အေနနဲ႔ steam စီးဝင္လာေပမယ္႔၊ valve အတြင္း pressure ထပ္မံကၽဆင္းၿခင္း မရိွေတာ႔တာ၊ ေတြ႔ရပါတယ္။

down stream pressure ဟာ၊ pressure drop ratio တန္ဖိုးထက္နည္းသြားတဲ႔အခါ၊ (0. 42 - x ) တန္ဖိုးဟာ၊ negative တန္ဘိုးသို႔ေၿပာင္းလည္းသြားတဲ႔အတြက္၊ သုညအေနနဲ႔ယူဆၿပီး၊ ပံုေသနည္းမွ နွစ္ထိပ္ကိန္းရင္း square root လည္းေပၽက္သြားမွာၿဖစ္ပါတယ္။ control valves ေတြကိုေရြးခၽယ္တဲ႔အခါ၊ အထက္ပါပံုေသနည္းမွတဆင္႔ေရြးခၽယ္နိဳင္သလို၊ valve sizing chart ဆိုတဲ႔ "Kv" Chart မွလည္း၊ ေရြးခၽယ္နိဳင္ပါတယ္။

Fig. Saturated steam valve sizing chart

 Fig. Superheated steam valve sizing chart

control valve အတြင္းမွာ pressure drop ကၽဆင္းၿခင္းတဲ႔ ပမာဏနည္းပါးတဲ႔အခါ၊ heat exchanger ရဲ႕ အရြယ္အစားကို၊ ေလၽွာ႔ခၽနိဳင္ပါတယ္။ pressure drop ကၽဆင္းၿခင္းတဲ႔ ပမာဏ၊ ၿမင္႔မားတဲ႔အခါ pressure နဲ႔ flow-rate ကို၊ control valve ေရြ႕လၽွားစဥ္၊ valve travel အတြင္း effective and accurate အေနနဲ႔ ထိေရာက္တိကၽစြာ၊ ထိမ္းေႀကာင္းနိဳင္ပါတယ္။ full load မွာ pressure drop ကၽဆင္းၿခင္းဟာ၊ (10 %) ထက္နည္းတဲ႔အခါ၊ process ကို control လုပ္ရာမွာ၊ အခက္အခဲ (၃) မၽိဳးၿဖစ္ေပါါတာကို ေတြ႔ရပါတယ္။

controller ရဲ႕ setting နဲ႔ secondary temperature ေပါါမူတည္ၿပီး၊ valve ေရြွ႕လၽားစဥ္ time lag အတြင္း၊ set value ရဲ႕အနီးတဝိုက္မွာ၊ hunting ေတြၿဖစ္ေပါါတတ္ပါတယ္။ valve ဟာ အရြယ္အစားႀကီးမားတဲ႔ အတြက္၊ valve lift အေၿပာင္းအလဲမွာ၊ hunting ေႀကာင္႔ flow rate အေၿပာင္းအလဲၿဖစ္ေပါါပါတယ္။ တခါတရံ running loads ဟာ၊ full load ထက္ေလၽွာ႔နည္းတဲ႔အခါ၊ valve plug ဟာ seat နီးကပ္ဖို႔၊ အခၽိန္ယူေရြွ႕လၽွားရပါတယ္။ steam ဟာ narrow orifice အတြင္းမွာ ၿဖတ္သန္းခၽိန္ ႀကာတဲ႔အတြက္၊ high velocity water droplets ေတြၿဖစ္ေပါါခၽိန္လည္း၊ ပိုႀကာၿပီး erosion ေတြၿဖစ္ေပါါလာနိဳင္ပါတယ္။ high velocity water droplets ေတြေႀကာင္႔ control valve အတြင္းၿဖစ္ေပါါလာတဲ႔၊ erosion ကို "wiredrawing" လို႔သံုးနံွဳးေခါါေဝါါတတ္သလို၊ erosion ေႀကာင္႔ valve ကို၊ အသံုးၿပဳနိဳင္မယ္႔ service life သက္တမ္း တိုေတာင္းသြားတာ၊ ေတြ႔ရပါတယ္။

control valve ရဲ႕ "turndown" ratio ေလၽွာ႔နည္းသြားတဲ႔အတြက္၊ low heat load မွာ "good control" အေနနဲ႔ မရ႐ိွနိဳင္ေတာ႔တာေတြ႔ရပါတယ္။

full lift control valves ေတြကို၊ "Kvs" ဆိုတဲ႔၊ full lift capacity အသံုးအနံွဳးနဲ႔ေဖာ္ၿပေလ့ရိွၿပီး၊ flow coefficient "Kvr" ကေတာ႔၊ actual value required တန္ဖိုးကို၊ ကိုယ္စားၿပဳပါတယ္။ control valve ထုတ္လုပ္သူ၊ manufacturers ေတြမွ maximum lift Kvs values တန္ဖိုးေတြကို၊ technical specification အခၽက္အလက္ေတြအၿဖစ္၊ ထုတ္ၿပန္ေပးထားပါတယ္။

"Kv" value တန္ဖိုး ကေတာ႔၊ valve အရြယ္အစား sizing သာမကပဲ၊ valve ရဲ႕ capacity ကိုပါေဖာ္ၿပ ပါတယ္။ control valves ေတြကိုေရြးခၽယ္တဲ႔အခါ၊ steam ရဲ႕ supply pressure, heat exchanger မွာ၊ maximum heat load ကိုရေစဖို႔ လိုအပ္မယ္႔ steam pressure နဲ႔ full load condition မွာ valve မွာေပါါေပါက္မယ္႔၊ differential pressure တို႔ကိုလည္းသိထားဖို႔၊ လိုအပ္ပါတယ္။

steam applications ေတြမွာ၊ control valves ေတြနဲ႔တြဲဖက္သံုးတဲ႔၊ heat exchangers ေတြကို၊ shell and tube heat exchanger နဲ႔ plate (and frame) heat exchanger ဆိုၿပီး၊ ခြဲၿခားနိဳင္ပါတယ္။ shell and tube heat exchangers ေတြကို၊ steam heating အေနနဲ႔ အေၿမာက္အမၽား အသံုးၿပဳရတဲ႔၊ process applications ေတြမွာအသံုးၿပဳႀကပါတယ္။ shell and tube heat exchangers ေတြကို၊ စတင္ ထုတ္လုပ္စဥ္မွာ fouling factors ကိုၿမင္႔မားစြာ ထည္႔သြင္းတြက္ခၽက္ထားရတဲ႔အတြက္၊ စတင္တတ္ဆင္တဲ႔ initial installation မွာ၊ over sized အေနနဲ႔ အရြယ္အစား ႀကီးမားေနတတ္ပါတယ္။

heat exchanger ရဲ႕ steam tubes ေတြအတြင္းမွာ၊ steam ဟာ low velocity နံွဳးၿဖင္႔၊ ၿဖတ္သန္းသြားတဲ႔ အတြက္ turbulence ကိုေလၽွာ႔ကၽေစနိဳင္ ပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ စီးဝင္လာတဲ႔ flowing steam နဲ႔ heat exchanger ရဲ႕ tube wall နံရံအႀကားမွ sheer stress လည္းေလၽွာ႔ကၽသြားသလို၊ အပူ ကူးေၿပာင္းေပးမယ္႔ heat transfer နံွဳးလည္း၊ ကၽဆင္းသြားတာကို ေတြ႔ရပါတယ္။ ပံုမွန္သန္႔ရွင္းေရးမလုပ္နိဳင္တဲ႔ tube surfaces ေတြေႀကာင္႔၊ နိမ္႔ပါးတဲ႔ low sheer stress ေတြၿဖစ္ေပါါလာနိဳင္တဲ႔အတြက္၊ heat exchangers ေတြကို ထုတ္လုပ္တဲ႔အခါ၊ design stage မွာကတည္းက၊ fouling factors ကို၊ ၿမင္႔မားစြာ ထည္႔သြင္းတြက္ခၽက္ထားရတာၿဖစ္သလို၊ အရြယ္အစားအေနနဲ႔ oversize အၿဖစ္ ႀကီးမားေနၿခင္း ၿဖစ္ပါတယ္။ အရြယ္အစား ႀကီးမားေနတဲ႔အတြက္၊ စတင္တတ္ဆင္တဲ႔ initial installation အၿပီး၊ အသံုးၿပဳတဲ႔အခါ တခါတရံ၊ predicted အေနနဲ႔ ႀကိဳတင္ခန္႔မွန္းထားသလို၊ လိုအပ္တဲ႔ actual steam pressure မရရိွတာကိုလည္း ေတြ႔ရပါတယ္။

Fig. Control valve on steam supply to a shell and tube heat exchanger

process မွာ actual steam pressure ကိုမရရိွၿခင္းဟာ၊ လိုအပ္တဲ႔အရြယ္အစားထက္ႀကီးမားတဲ႔၊ heat exchanger ကို တတ္ဆင္ ထားၿခင္းေႀကာင္႔ ၿဖစ္နိဳင္သလို၊ တတ္ဆင္ထားတဲ႔ steam tarps ေတြရဲ႕ အရြယ္အစား မမွန္ကန္ၿခင္းတို႔ေႀကာင္႔၊ heat exchanger ရဲ႕ steam tubes ေတြမွာ flooded condensate အၿဖစ္၊ ေငြ႔ရည္ အစုအေဝး မၽားၿပားစြာစုဖြဲ႔ေနတဲ႔၊ အေၿခအေနမၽိဳးမွလည္း ၿဖစ္ေပါါနိဳင္ပါတယ္။ process မွာ actual steam pressure ကို မရ႐ိွတဲ႔အတြက္၊ control valve မွာလည္း၊ erratic control ေတြေပါါေပါက္ လာၿပီး၊ "good control" အေနနဲ႔ မရ႐ိွနိဳင္တာေတြ႔ရပါတယ္။

Fig. Control valve on steam supply to a plate heat exchanger

plate heat exchanger ေတြဟာ small and light အေနနဲ႔ေပါ႔ပါးၿပီး၊ အရြယ္အစားေသးငယ္ေပမယ္႔၊ heat load ကို quick response ၿဖင္႔ၿမန္ၿမန္ဆန္ဆန္ လြွဲေၿပာင္းေပးနိဳင္ပါတယ္။ designed အရ၊ fouling ကိုထည္႔သြင္း စဥ္းစားကာ၊ တည္ေဆာက္ထားတာမဟုတ္ေပမယ္႔ အလြယ္တကူၿဖဳတ္နိဳင္၊ တတ္နိဳင္သလို၊ foul cleaning အၿဖစ္၊ သန္႔ရွင္းေပးရာမွာလည္း လြယ္ကူပါတယ္။ fouling factors ကို ထည္႔သြင္း တြက္ခၽက္ထားၿခင္း မရိွတဲ႔အတြက္၊ စတင္တတ္ဆင္တဲ႔အခါ၊ over sized အေနနဲ႔ အရြယ္အစား ႀကီးမားေနၿခင္း မရိွေတာ႔တာေတြ႔ရပါတယ္။ ၿမင္႔မားတဲ႔ high heat transfer characteristics ကိုရရိွနိဳင္ၿပီး၊ shell-and-tube exchangers ေတြထက္၊ ေစၽးနံွဳးအရလည္း ပိုမၽားပါတယ္။

plate heat exchangers ေတြကို တတ္ဆင္အသံုးၿပဳတဲ႔အခါ၊ full load conditions ေတြမွာ control valve ရဲ႕ critical pressure drop နဲ႔အတူ၊ highest possible pressure drop ကိုရရိွနိဳင္ သလို၊ ၿမင္႔မားတဲ႔ high pressure drop ပမာဏကို ရနိဳင္တဲ႔အတြက္၊ အရြယ္အစားေသးငယ္တဲ႔ control valves ေတြနဲ႔ တြဲဖက္ အသံုးၿပဳနိဳင္သလို၊ "good control" ကို လိုအပ္ၿပီး၊ တိကၽမွဳ accuracy ရိွရမယ္႔ process applications ေတြမွာ၊ တတ္ဆင္အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။

Reference and image credit to : Control Valve Sizing for Steam Systems - ကိုထြန္း, Steam Engineering Tutorials.

Remark : All images herein this website are for use of educational purpose only. The owner of this web site is not responsible for the consequences in case of violation to copyright, trademark, patent or other intellectual property rights of any third party.  

Control Valves (၆) - Control Valve Sizing for Steam Systems

steam ဟာ၊ control valve ရဲ႕ အဝင္ upstream side မွာ specific pressure တခုနဲ႔ ဝင္ေရာက္လာသလို၊ heat exchanger ကိုၿဖတ္သန္းသြားတဲ႔ အခါမွာလည္း specific pressure တခုနဲ႔ ၿဖတ္သန္းသြားပါတယ္။ control valve အပါအဝင္၊ process control system အတြင္းမွ equipment ေတြရဲ႕ steam space ေတြကို ၿဖတ္သန္းသြားတဲ႔အခါ၊ heat transfer surface contact အေနနဲ႔ ထိေတြ႔ၿပီး၊ ၿဖတ္သန္းသြားပါတယ္။ ၿဖတ္သန္းသြားစဥ္၊ steam ဟာ condenses အၿဖစ္ ေငြ႔ရည္ပၽံကာ၊ condensates အေနနဲ႔ ေငြ႔ရည္ စုဖြဲ႔ပါတယ္။ condensates ရဲ႕ volume ဟာ၊ steam ရဲ႕ volume ထက္ေသးငယ္ၿပီး၊ ေငြ႔ရည္ပၽံတဲ႔အတြက္၊ steam space ရဲ႕ pressure ကၽဆင္းသြားပါတယ္။

control valve ရဲ႕ steam space မွာ pressure ကၽဆင္းသြားတဲ႔အတြက္၊ control valve အဝင္ အထြက္မွာ၊ pressure difference ၿဖစ္ေပါါလာပါတယ္။ steam ဟာ high pressure zone ၿဖစ္တဲ႔ control valve အဝင္၊ upstream side မွ low pressure zone ၿဖစ္တဲ႔ valve အထြက္၊ down stream side သို႔ စီးဆင္းသြားပါတယ္။ steam flow ဟာ pressure difference နဲ႔ proportionally တိုက္ရိုက္ အခၽိဳးကၽစြာ စီးသြားသလို၊ steam condensing ေပါါမူတည္ၿပီး၊ balancing rate တခုနဲ႔ စီးဆင္းသြားတယ္လို႔၊ ဆိုနိဳင္ပါတယ္။ control valve မွာၿဖတ္စီးမယ္႔ steam flow rate ဟာ၊ valve အဝင္ အထြက္မွာ ၿဖစ္ေပါါတဲ႔ pressure difference နဲ႔ valve ရဲ႕ orifice size အရြယ္အစားေပါါ မူတည္ပါတယ္။ steam flow rate ဟာ condensing rate ထက္ ေလၽွာ႔နည္းပါတယ္။

process temperature ရဲ႕ set point ကိုေရာက္တဲ႔အခါ၊ controller မွ valve ကို 'ပိတ္' လိုက္ပါတယ္။ valve ပိတ္ၿခင္းၿဖင္႔ steam ရဲ႕ flow rate ကိုေလၽွာ႔ခၽလိုက္ေပမယ္႔၊ lower heat load အတြက္၊ control valve ဟာ lower pressure တန္ဘိုးတခုအေနနဲ႔ ရိွေနေစဖို႔၊ ထိမ္းေပးထား ပါတယ္။ valve အဖြင္႔နဲ႔အပိတ္ opening နဲ႔ closing ေတြကို၊ valve increasing နဲ႔ decreasing ဆိုၿပီးသံုးနံွဳးသလို၊ "valve lift" လို႔လည္း သံုးနံွဳးတတ္ပါတယ္။ valve closing ဟာ steam ရဲ႕ mass flow ကိုေလၽွာ႔ခၽၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။ valve ရဲ႕ steam space အတြင္းမွ steam pressure နဲ႔ steam temperature ဟာလည္းကၽဆင္းသြားပါတယ္။ flow rate ကၽသြားတဲ႔အခါ steam နဲ႔ process ႀကားမွာ temperature ေၿပာင္းလဲသြားသလို၊ heat transfer rate ကၽဆင္းသြားပါတယ္။

flow rate ကၽသြားေပမယ္႔ heat transfer (A) ရဲ႕တန္ဘိုးဟာ fixed အေနနဲ႔၊ ပံုေသရိွေနတဲ႔အတြက္၊ overall heat transfer coefficient (U) ရဲ႕ တန္ဘိုး ေၿပာင္းလဲမွဳ အမၽားအၿပားမရိွပါဘူး။ temperature difference (ΔTM) တန္ဖိုးေလၽွာ႔ကၽသြားမွသာ၊ အပူကိုသယ္ေဆာင္လာတဲ႔ steam မွ အပူကို လက္ခံ ယူမယ္႔ secondary fluid သို႔၊ အပူကူးေၿပာင္းေပးမယ္႔ heat transfer (Q) တန္ဖိုးသာ၊ ေလၽွာ႔ကၽသြားမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။

Saturated steam flow through a control valve - heat exchanger ေတြကို၊ certain heat output တန္ဖိုးတခု အေသအၿခာရေစဖို႔၊ design အရတြက္ခၽက္ ထုတ္လုပ္ထားပါတယ္။ certain heat output ရဖို႔ heat exchanger ရဲ႕ heat transfer surface မွာ တိကၽတဲ႔ certain saturated steam temperature လိုအပ္ပါတယ္။ saturated steam မွာ temperature နဲ႔ pressure တို႔ဟာ strictly related အေနနဲ႔ တိကၽစြာ ဆက္သြယ္ေနတဲ႔အတြက္ steam pressure ကို valve မွတဆင္႔ control လုပ္ၿခင္းၿဖင္႔ temperature ကို၊ regulate လုပ္နိုင္ပါတယ္။ pressure 10 bar g ရိွတဲ႔ steam ကို mass flow အေနနဲ႔ control valves ေတြရဲ႕ fully open position မွာၿဖတ္စီးေစၿပီး၊ heat exchanger သို႔ေပးပို႔တဲ႔ ဥပမာနဲ႔၊ ေဖာ္ၿပပါဦးမယ္။

Fig. Flow through a fully open control valve

DN 50 အရြယ္အစားရိွတဲ႔၊ control valve ရဲ႕ fully open position မွာ steam ကိုၿဖတ္စီးေစတဲ႔အခါ၊ valve အဝင္အထြက္မွာ pressure drop အနည္းငယ္သာၿဖစ္ေပါါၿပီး၊ heat exchanger မွာ fairly high အေနနဲ႔ အေတာ္အသင္႔ၿမင္႔မားတဲ႔ pressure နဲ႔ temperature ကိုရရိွပါတယ္။ heat exchanger မွာ design load အရ အရြယ္အစားေသးငယ္တဲ႔ heating coil ေတြၿဖစ္တဲ႔ heat transfer surface သာလိုအပ္ပါတယ္။

DN 40 အရြယ္အစားရိွတဲ႔၊ control valve ရဲ႕ fully open position မွာ steam ကိုၿဖတ္စီးေစတဲ႔အခါ၊ valve ရဲ႕ orifice size ဟာ DN 50 အရြယ္အစားရိွတဲ႔၊ control valve ရဲ႕ orifice size ထက္ေသးငယ္တဲ႔ အတြက္၊ pressure drop ပိုမိုၿဖစ္ေပါါပါတယ္။ pressure drop ပိုလာတဲ႔ အခါ pressure နဲ႔ temperature ပါလိုက္ပါ ကၽဆင္းၿပီး၊ design load အရ heat exchanger မွာ အရြယ္အစားပိုႀကီးတဲ႔၊ heat transfer surface လိုအပ္လာပါတယ္။ တတ္ဆင္မယ္႔ control valve အရြယ္အစားေသးငယ္လာတာနဲ႔အမၽွ၊ orifice လို႔ေခါါတဲ႔ valve ရဲ႕ nozzle အရြယ္အစားလည္းေသးငယ္သြားၿပီး၊ design load ဆိုတဲ႔ တူညီတဲ႔ heat output ကိုရေစဖို႔၊ heat exchanger မွာ ပိုမိုႀကီးမားတဲ႔ heat transfer surface area လိုအပ္ပါတယ္။

အရြယ္အစားႀကီးမားတဲ႔ control valves ေတြမွာပဲၿဖစ္ၿဖစ္၊ အရြယ္အစားေသးငယ္တဲ႔ control valves ေတြ မွာပဲ ၿဖစ္ၿဖစ္၊ process ရဲ႕demand အရ၊ load ကိုေလၽွာ႔ခၽဖို႔၊ အပြင္႔အေနအထား fully opened position မွ closed position အေနနဲ႔ၿပန္ပိတ္တဲ႔အခါ၊ valve စတင္ေရြွ႕လၽားစဥ္ regulating effect အနည္းငယ္ ၿဖစ္ေပါါပါတယ္။ initial part of the control valve travel ဆိုတဲ႔၊ valve စတင္ေရြွ႕လၽွားစဥ္မွာ၊ lower control effect ၿဖစ္ေပါါၿခင္းလို႔ ဆိုနိဳင္ပါတယ္။ "valve lift" ရဲ႕ percentage ေၿပာင္းလဲတိုင္း၊ flow rate ရဲ႕ percentage ပါလိုက္ပါေၿပာင္းလဲပါတယ္။ ေယဘုယၽအားၿဖင္႔ closed position အေနနဲ႔ၿပန္ပိတ္တဲ႔အခါ၊ valve plug ဟာ seat နဲ႔ နီးကပ္လာစဥ္၊ valve lift (5 %) ေၿပာင္းလဲ တိုင္း၊ flow rate မွာ (10 %) ေၿပာင္းလဲပါတယ္။ အၿပန္အလွန္အားၿဖင္႔ opened position အေနနဲ႔ၿပန္ဖြင္႔စဥ္၊ valve lift (10 %) ေၿပာင္းလဲ တိုင္း၊ flow rate မွာ (5 %) ေၿပာင္းလဲပါတယ္။

အရြယ္အစားႀကီးမားတဲ႔ control valve ကိုေရြးခၽယ္တတ္ဆင္တဲ႔အခါ၊ valve အဖြင္႔အပိတ္လုပ္တိုင္း၊ flow rate အေၿပာင္းအလဲေႀကာင္႔၊ full load condition မွာ pressure drop အနည္းငယ္ ၿဖစ္ေပါါပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ control valve အရြယ္အစားႀကီးမားတဲ႔ အတြက္၊ valve ရဲ႕ orifice size ဟာလည္း ႀကီးမားၿပီး၊ valve lift ေၿပာင္းလဲတိုင္း flow rate ပါလိုက္ပါေၿပာင္းလဲပါတယ္။ load ကိုေလၽွာ႔ခၽတဲ႔အခါ system အတြင္းမွာ control unstable အေနနဲ႔ "hunting" ေတြၿဖစ္ေပါါလာပါတယ္။ အကယ္၍ valve မွာ ၿဖစ္ေပါါမယ္႔ "critical pressure drop" ကို အေၿခခံၿပီး၊ ေရြးခၽယ္ တတ္ဆင္တဲ႔အခါ၊ control valve ရဲ႕ အရြယ္အစားဟာ၊ ေသးငယ္ေပမယ္႔ full load မွာ၊ effect မၿဖစ္ေပါါနိဳင္တာကို၊ ေတြ႔ရပါတယ္။

Critical pressure drop - steam ဟာ mass flow ၿဖင္႔၊ control valve အတြင္းမွ ၿဖတ္သန္းသြားစဥ္၊ differential pressure အေနနဲ႔ condition တခုသို႔ကၽဆင္းသြားၿခင္းကို၊ "critical pressure drop" လို႔ေခါါ ပါတယ္။ critical pressure drop နဲ႔ ပက္သက္ၿပီး၊ "convergent-divergent nozzle" တလံုး ကို၊ ဥပမာေပးကာ ေဖာ္ၿပ ပါဦးမယ္။

Fig. Convergent-divergent nozzle

control valves ေတြမွာ၊ perfect orifice အၿဖစ္တတ္ဆင္ေလ့ရိွတဲ႔ nozzle ကို၊ steam အဝင္နဲ႔အထြက္ upstream နဲ႔ downstream pressure conditions ေတြမွာ၊ mach အေနနဲ႔ ကိုက္ညီေစဖို႔တည္ေဆာက္ ထားပါတယ္။ steam ၿဖတ္သန္းသြားစဥ္ high efficiency ၿဖင္႔ operate လုပ္ပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ heat energy မွ mechanical energy ၿဖစ္တဲ႔ "kinetic" energy သို႔ nozzle မွေၿပာင္းလဲေပးၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။ process အတြက္ လိုုအပ္မယ္႔ required steam weight ကို သတ္မွတ္ထားတဲ႔ pressure drop တန္ဘိုးတခုၿဖင္႔၊ discharge လုပ္ေစဖို႔နဲ႔ nozzle မွာ minimum turbulence နဲ႔ friction loss အနည္းသာ ၿဖစ္ေပါါေစဖို႔ design အရ တည္ေဆာက္ထားပါတယ္။

steam ဟာ control valve အတြင္း မွ nozzle သို႔ေရာက္လာၿပီး၊ convergent section ကိုၿဖတ္သန္းစဥ္၊ steam ရဲ႕ pressure ဟာ ကၽသြားတဲ႔အတြက္ velocity ၿမင္႔တက္သြားသလို၊ lowered pressure မွာ steam ရဲ႕ specific volume လည္းၿမင္႔တက္သြားပါတယ္။ velocity ၿမင္႔တက္တဲ႔နံွဳးဟာ၊ specific volume ၿမင္႔တက္တဲ႔နံွဳးထက္ ပိုၿမန္သလို၊ convergent section မွ ေကၽာ္သြားတဲ႔အခါ၊ required flow area ကၽဥ္းသြားပါတယ္။ ေနာက္ထပ္ certain point တခုသို႔ ေရာက္သြားတဲ႔အခါမွာေတာ႔၊ specific volume ၿမင္႔တက္တဲ႔နံွဳးဟာ၊ velocity ၿမင္႔တက္တဲ႔နံွဳးထက္ ပိုၿမန္သြားသလို၊ flow area ဟာလည္း ၿပန္ကၽယ္ သြားပါတယ္။

minimum အေနနဲ႔ရိွေနတဲ႔ flow area မွာ steam volume ေရာက္ရိွေနတဲ႔၊ ေနရာဟာ nozzle ရဲ႕ "throat" ၿဖစ္ပါတယ္။ nozzle ရဲ႕ "throat" မွာေပါါေပါက္လာမယ္႔ pressure ကို "critical pressure" အၿဖစ္ သတ္မွတ္ၿပီး၊ initial (သို႔မဟုတ္) absolute pressure ရဲ႕ ratio အၿဖစ္၊ ေဖာ္ၿပပါတယ္။ critical pressure ratio ကိုတြက္ယူတဲ႔အခါ gaseous fluid ေတြရဲ႕ 'isentropic exponent' တန္ဖိုးမွတဆင္႔၊ တြက္ယူေလ့ ရိွႀကပါတယ္။ ဥပမာအေနနဲ႔ dry steam ရဲ႕ 'isentropic exponent တန္ဖိုး ' မွတဆင္႔၊ critical pressure ratio တြက္ယူပံုကို၊ ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။

ဆိုတဲ႔ steam isentropic exponent တန္ဖိုးကို "Steam table" မွရယူနိဳင္ပါတယ္။ အနီးစပ္ဆံုး approximation အေနနဲ႔ wet steam ရဲ႕ တန္ဘိုးကို { 1.035 + 0.1 (x) } အေနနဲ႔ ခန္႔မွန္း တြက္ယူေလ့ ရိွပါတယ္။ (x) ကေတာ႔ dryness fraction ၿဖစ္ၿပီး၊ အေနနဲ႔ သတ္မွတ္ထားပါတယ္။ dry saturated steam ရဲ႕ တန္ဘိုးဟာ (1.135) ရိွၿပီး၊ superheated steam ရဲ႕ တန္ဘိုး ကေတာ႔၊ (1.3) ခန္႔ရိွပါတယ္။ saturated steam ၿဖတ္သန္းစဥ္၊ critical pressure ratio အေနနဲ႔ (0.58) ခန္႔ရိွၿပီး၊ superheated steam ၿဖတ္သန္းစဥ္မွာေတာ႔ (0.55) နဲ႔ ေလ air ၿဖတ္သန္းစဥ္ (0.53) ခန္႔ရိွတာကို၊ ေတြ႔နိဳင္ ပါတယ္။ critical pressure ratio ဟာ fluid properties ေတြအေပါါမူတည္ၿပီး ကြဲၿပားမွဳ ရိွသလို၊ steam သို႔မဟုတ္ gaseous fluid ေတြရဲ႕ heat capacity ratio ဆိိုတဲ႔ constant pressure (Cp) နဲ႔ constant volume (Cv) တို႔ရဲ႕ အခၽိဳးအဆ၊ (Cp/ Cv) နဲ႔လည္း၊ ဆက္သြယ္ေနပါတယ္။ အသံုးအနံွဳး အရ adiabatic index ၿဖစ္တဲ႔ "heat capacity ratio" ၿဖင္႔ ေဖာ္ၿပေလ့ရိွသလို၊ fluid ရဲ႕ isentropic exponent ဆိုတဲ႔ isentropic expansion factor အေနနဲ႔လည္း၊ ေဖာ္ၿပေလ့ရိွပါတယ္။ isentropic expansion factor အေနနဲ႔ ေဖာ္ၿပတဲ႔အခါ၊ ဓါတုအင္ဂၽင္နီယာေတြက 'n', 'k' နဲ႔ 'g' အစရိွတဲ႔ အကၡရာ ပံုစံေတြနဲ႔ေရးေလ့ရိွၿပီး၊ စက္မွဳအင္ဂၽင္နီယာေတြကေတာ႔ 'n', 'k' နဲ႔ 'g' အစရိွတဲ႔ အကၡရာ ပံုစံေတြနဲ႔ေရးေလ့ရိွပါတယ္။

flow ေကာင္းဖို႔အတြက္၊ steam velocity ၿမင္႔ဖို႔လိုပါတယ္။ ေယဘုယၽအေနနဲ႔ pressure drop ၿဖစ္ေပါါမွဳ ၿမင္႔မားတဲ႔အခါ၊ steam velocity ၿမင္႔လာမွာ ၿဖစ္သလို၊ specific volume ပမာဏ ဟာလည္း၊ တိုးလာမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။ lesser pressure drop ၿဖစ္ေပါါမွဳမွာသာ specific volume ကိုေလၽွာ႔ခၽနိဳင္မွာ ၿဖစ္ေပမယ္႔၊ steam velocity ပါကၽဆင္းသြားမွာၿဖစ္ပါတယ္။ အကယ္၍ nozzle ရဲ႕ throat မွာ critical pressure drop ၿဖစ္ေပါါသြားတဲ႔အခါ၊ steam ဟာ mass flow ၿဖင္႔ထပ္မံဝင္ေရာက္လာေပမယ္႔၊ downstream side မွ pressure ဟာၿပန္လည္ ၿမင္႔တက္လာၿခင္း၊ မရိွေတာ႔တာကိုေတြ႔ရမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။ nozzle တခုလံုးရဲ႕ အဝင္အထြက္မွာ ၿဖစ္ေပါါမယ္႔ pressure drop ပမာဏဟာ၊ critical pressure drop ပမာဏထက္ ႀကီးမားမွသာ၊ throat မွာ critical pressure ကိုရရိွနိဳင္ပါတယ္။ nozzle ရဲ႕ outlet ဟာ correctly sized အေနနဲ႔ အရြယ္အစားမွန္ကန္မွသာ၊ throat ကိုၿဖတ္သန္းထြက္လာတဲ႔ steam မွာ turbulence ၿဖစ္ေပါါမွဳအနည္းငယ္သာေပါါေပါက္နိဳင္ၿပီး၊ high velocity ၿဖင္႔ စီးဆင္းနိဳင္မွာၿဖစ္ပါတယ္။

outlet အရြယ္အစားႀကီးမားတဲ႔ nozzles ေတြနဲ႔ ေသးငယ္လြန္းတဲ႔ nozzles ေတြမွာ၊ turbulence အမၽားအၿပားၿဖစ္ေပါါၿပီး၊ velocity ကၽဆင္းနိဳင္သလို၊ noise ေတြလည္း ၿဖစ္ေပါါနိဳင္ပါတယ္။ nozzle outlet ဟာ too small အေနနဲဲ႔ ေသးငယ္လြန္းတဲ႔အခါ၊ steam ဟာ nozzle ရဲ႕ အၿပင္ဖက္ low pressure region မွာသာ process အတြက္လိုအပ္တဲ႔ required downstream pressure ကို ရတဲ႔အထိ၊ expanded လုပ္ပါတယ္။ အကယ္၍ nozzle outlet ဟာ too large အေနနဲဲ႔ႀကီးလြန္းတဲ႔အခါ၊ steam ဟာ nozzle ရဲ႕ အတြင္းမွာသာ၊ expanded လုပ္ၿပီး၊ required downstream pressure ထက္ေလၽွာ႔နည္းေနတဲ႔၊ outlet pressure ကိုသာရတဲ႔အတြက္၊ nozzle အတြင္းမွ steam ကို re-compress အေနနဲ႔၊ low pressure region အၿပင္ဖက္မွ၊ ၿပန္လည္ဖိသိပ္လာနိဳင္ပါတယ္။

Fig. Convergent-divergent principle in a control valve

control valves ေတြကို၊ convergent-divergent nozzles ေတြနဲ႔ နိွဳင္းယွဥ္ႀကည္႔နိဳင္ပါတယ္။ valve inlet ဟာ nozzle မွာ high pressure region ၿဖစ္ၿပီး၊ valve inlet နဲ႔ valve plug, valve seat တို႔ႀကား ဧရိယာကို၊ nozzle ရဲ႕ convergent area အၿဖစ္ သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။ valve ရဲ႕ plug နဲ႔ seat အႀကားမွ၊ ေသးငယ္တဲ႔ narrowest gap ကေလးဟာ၊ nozzle ရဲ႕ throat ၿဖစ္ၿပီး၊ valve ရဲ႕ plug နဲ႔ seat တို႔ရဲ႕ outlet area ဟာ nozzle ရဲ႕ divergent area ၿဖစ္ပါတယ္။ valve ရဲ႕ outlet အထြက္ downstream ကေတာ႔၊ nozzle ရဲ႕ low pressure region ၿဖစ္ပါတယ္။

တကယ္ေတာ႔ nozzles ေတြနဲ႔ control valves ေတြကို၊ အသံုးၿပဳတဲ႔ ရည္ရြယ္ခၽက္ purpose ၿခင္းဟာ မတူပါဘူး။ nozzle ဟာ velocity ကို ၿမင္႔တင္ေပးဖို႔၊ primarily designed အရ၊ တည္ေဆာက္ထားၿပီး၊ flow ဟာ high velocity နဲ႔ nozzle ထဲမွထြက္သြားမွာၿဖစ္ပါတယ္။ control valve ကေတာ႔၊ flow ကို restricting သို႔မဟုတ္ "throttling" အေနနဲ႔ ထိမ္းခၽဳပ္ၿပီး၊ flow မွာ significant pressure drop အၿဖစ္၊ pressure တန္ဖိုးတခုရေစဖို႔၊ primarily designed အရ၊ တည္ေဆာက္ထားတဲ႔ device ၿဖစ္ပါတယ္။ ဒါေပမယ္႔ control valve ရဲ႕ throat မွ steam ဟာ velocity တန္ဖိုးတခုနဲ႔ ထြက္သြားပံုကေတာ႔ convergent-divergent nozzle မွ high velocity ၿဖင္႔ထြက္သြားပံုနဲ႔ ဆင္တူပါတယ္။

Reference and image credit to : Control Valve Sizing for Steam Systems - ကိုထြန္း, Steam Engineering Tutorials.

Remark : All images herein this website are for use of educational purpose only. The owner of this web site is not responsible for the consequences in case of violation to copyright, trademark, patent or other intellectual property rights of any third party.  

Control Valves (၅) - Control Valve Sizing for Water Systems

two-port valves ေတြမွာ fluid စီးဆင္းတဲ႔အခါ၊ 'cavitation' နဲ႔ 'flashing' ေတြၿဖစ္ေပါါတတ္ပါတယ္။ valve controlling လုပ္စဥ္ fluid flow ရဲ႕ pressure ဟာကၽဆင္းသြားၿပီး၊ flow ရဲ႕ velocity ေႀကာင္႔၊ valve seat အၿပင္ဖက္မွာ liquid ရဲ႕ vapour pressure ထက္နိမ္႔တဲ႔ local pressure တခုၿဖစ္ေပါါလာပါတယ္။ အဲဒီ အခါ၊ liquid မွာ vapour bubbles အေနနဲ႔  ေလဘူေဘာင္းလို၊ အၿမွဳတ္ေတြ 'ထ' ကုန္ပါတယ္။ pressure ၿပန္တက္လာတဲ႔အခါ၊ vapour bubbles ေတြဟာ၊ ၿမင္႔မားတဲ႔ pressure နဲ႔ အရိွန္ၿပင္းစြာ ရုတ္တရက္ ကြဲထြက္ၿပိဳကြဲသြားပါတယ္။

 Fig. Two - port butterfly valve cavitation

ကြဲထြက္တဲ႔ bubbles collapse မွ adjacent အေနနဲ႔ အနီးကပ္ဆံုး metal surfaces ေတြ ၿဖစ္တဲ႔ valve trim, valve body နဲ႔ downstream pipework ေတြ၊ ထိခိုက္ပၽက္စီးၿခင္းကို "cavitation" လို႔ေခါါပါတယ္။ cavitation ေႀကာင္႔ porous အၿဖစ္အေပါက္ေတြ၊ အခၽိဳင္႔ေတြနဲ႔၊ ႀကမ္းတမ္းတဲ႔ metal surface မၽက္နွာၿပင္ ၿဖစ္လာရသလို၊ protective oxide layers ကိုပါ ကြာကၽေစတဲ႔အတြက္၊ accelerated corrosion ကို ေပါါေပါက္ေစပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ valve မွာ noise နဲ႔ vibration ေတြပါၿဖစ္ေပါါလာတာကို၊ ေတြ႔ရပါတယ္။

valve seat area မွာ fluid flow ဟာ၊ ၿမင္႔မားတဲ႔ high velocity နဲ႔စီးဆင္းတဲ႔အခါ၊ valve အတြင္းမွာ high pressure drop ဆိုတဲ႔ ၿမင္႔မားတဲ႔ pressure ကၽဆင္းမွဳကိုၿဖစ္ေပါါေစၿပီး၊ cavitation ကိုၿဖစ္ေပါါေစပါတယ္။
hot liquid applications ေတြမွာ၊ cavitation ပိုမိုၿဖစ္ေပါါေလ့ရိွသလို၊ valve အထြက္မွ downstream pressure ဟာ၊ liquid ရဲ႕ vapour pressure ထက္နိမ္႔တဲ႔ applications ေတြမွာလည္း၊ cavitation ပိုမို ၿဖစ္ေပါါေလ့ရိွပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ large sized valves ေတြဟာ၊ fluid flow ကို၊ ၿမင္႔မားတဲ႔ high velocity နဲ႔စီးဆင္းေစတဲ႔အတြက္၊ အရြယ္အစားႀကီးမားတဲ႔ control valves ေတြမွာ cavitation ပိုမို ၿဖစ္ေပါါေလ့ ရိွပါတယ္။

Fig. Cavitation and flashing through a control valve

flashing ဟာ cavitation ကဲ႔သို႔၊ metal surface မၽက္နွာၿပင္ေတြကို၊ ပၽက္စီးေစပါတယ္။ valve outlet pressure ဟာ၊ liquid ရဲ႕  vapour pressure ထက္နိမ္႔ဆင္းသြားတဲ႔အခါ၊ flashing ၿဖစ္ေပါါပါတယ္။ valve အတြင္းမွာ၊ pressure recover အေနနဲ႔ မူလ pressure သို႔ ၿပန္မေရာက္မၿခင္း၊ fluid ဟာ vapour အၿဖစ္၊ connecting pipe အတြင္းသို႔၊ စီးဆင္းေနမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။ pressure recover ၿဖစ္သြားတဲ႔အခါ၊ vapour collapsing အေနနဲ႔ၿပိဳကြဲသြားတဲ႔အတြက္၊ noise ေတြေပါါေပါက္လာပါတယ္။  control valve ရဲ႕  throttling effect ေႀကာင္႔ ေပါါေပါက္လာမယ္႔ vapour volume ဟာ liquid volume ထက္ႀကီးမားခဲ႔မယ္ ဆိုရင္၊ flashing ကို႔ေလၽွာ႔ခၽနိဳင္ပါတယ္။

Fig. 'anti-cavitation' two-port globe control valve

cavitation ကို ေလၽွာ႔ခၽဖို႔၊ valve မွာၿဖစ္ေပါါမယ္႔ pressure drop ဟာ၊ vapour pressure ထက္မနိမ္႔ဖို႔ လိုအပ္သလို၊ liquid ရဲ႕ temperature ဟာလည္း၊ ရုတ္တရက္မေၿပာင္းလဲဖို႔လိုပါတယ္။ 'anti-cavitation' trim ကို control valves ေတြမွာထည္႔သြင္းတတ္ဆင္ၿပီး၊ cavitation ကို ေလၽွာ႔ခၽနိဳင္ပါတယ္။

Fig. Typical two-port valve anti-cavitation trim

anti-cavitation trim အေနနဲ႔ valve plug နဲ႔ valve seat တို႔ရဲ႕ design ပုစံတည္ေဆာက္ပံုကို၊ ေၿပာင္းလဲ တတ္ဆင္တာၿဖစ္ပါတယ္။ perforated cage ထဲမွာတတ္ဆင္ထားတဲ႔ valve seat နဲ႔ standard equal percentage valve plug တို႔ပါဝင္ၿပီး၊ perforated cage ဟာ anti-cavitation cage လည္းၿဖစ္ပါတယ္။ valve အတြင္း fluid ၿဖတ္စီးစဥ္၊ အဆင္႔တိုင္းမွာ characterized plug နဲ႔ cage တို႔ႀကားမွာ pressure drop ဟာ split အေနနဲ႔ ကြဲြထြက္သြားမွာၿဖစ္ပါတယ္။

Fig. anti-cavitation trim

တနည္းအားၿဖင္္႔ plug နဲ႔ cage တို႔မွ၊ split အေနနဲ႔ ခြဲၿခမ္းၿဖတ္ေတာက္ၿခင္းၿဖင္႔ pressure drop ၿဖစ္ေပါါမွဳ ကို၊ ကန္႔သတ္လိုက္တာလည္းၿဖစ္ပါတယ္။ perforated cage မွ flow paths ေတြေႀကာင္႔၊ turbulence flow ေပါါေပါက္လာသလို၊ valve အတြင္းမွာ pressure recovery ၿဖစ္ေပါါလာမွဳ ကိုလည္း၊ ေလၽွာ႔ခၽ ပါတယ္။ anti-cavitation trim ဟာ၊ cavitation လံုးဝ မၿဖစ္ေပါါေအာင္ေတာ႔၊ တားဆီးနိဳင္ၿခင္းမရိွပဲ၊ cavitation ၿဖစ္ေပါါမွဳကို ေလၽွာ႔ခၽၿခင္းသာၿဖစ္ပါတယ္။

three-port valves ေတြကို constant flow-rate valves ေတြအၿဖစ္ သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။ three-port valves ေတြကို mixed အေနနဲ႔ပဲၿဖစ္ၿဖစ္၊ diverted အေနနဲ႔ပဲၿဖစ္ၿဖစ္၊ သံုးတဲ႔အခါ valve ကို ၿဖတ္သြားမယ္႔၊ total flow- rates ဟာ၊ အေၿပာင္းအလဲမရိွပဲ constant အေနနဲ႔ ရိွေနတာေတြ႔ရပါတယ္။ process applications ေတြမွာ၊ တတ္ဆင္တဲ႔ အခါ constant flow-rate နဲ႔ variable flow-rate ဆိုၿပီး၊ loop (၂) ခု အၿဖစ္၊ ခြဲၿခားအသံုးၿပဳနိဳင္ပါတယ္။

Fig. Mixing valve (constant flow-rate, variable temperature)

အေပါါမွာ three-port control valve တလံုးကို၊ mixing valve အၿဖစ္ load circuit အတြက္၊ constant flow rate ရေစဖို႔၊ အသံုးၿပဳထားတာ၊ ေတြ႔ရမွာၿဖစ္ၿပီး၊ load circuit ကို emitter အေနနဲ႔ ယူဆနိဳင္ပါတယ္။ constant flow rate ၿဖတ္စီးသြားမယ္႔ radiator ဟာ emitter ၿဖစ္ပါတယ္။ heat source ၿဖစ္တဲ႔ boiler ဟာ၊ steam boiler ၿဖစ္နိဳင္သလို၊ thermal oil boiler လည္းၿဖစ္နိဳင္တဲ႔အတြက္၊ water system အၿဖစ္ မသံုးနံွဳးပဲ fluid system အေနနဲ႔သာ၊ သံုးနံွဳးသြားမွာၿဖစ္ပါတယ္။ radiator မွထုတ္လြွင္႔မယ္႔ emitted heat ဟာ၊ load circuit ၿဖစ္တဲ႔ radiator မွာ ၿဖတ္စီး သြားမယ္႔ fluid ရဲ႕ temperature အေပါါမူတည္ပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ boiler အထြက္မွာရိွတဲ႔ mixing valve မွာ ၿဖတ္စီးသြားမယ္႔ fluid flow နဲ႔ balancing line မွ mixing valve သို႔ၿပန္လာမယ္႔ fluid flow တို႔အေပါါ မူတည္တယ္လို႔ ဆိုိနိဳင္ပါတယ္။

balance line မွာ position တခုမွာ set လုပ္ထားတဲ႔ balance valve တလံုးကို တတ္ဆင္ထားပါတယ္။ balance valve ဟာ piping network မွ variable flow-rate ကို၊ smooth regulation အေနနဲ႔ ထိမ္းေပး ထားမွာၿဖစ္ပါတယ္။ mixing valve ရဲ႕ input port (A) ကို completely shut အေနနဲ႔၊ မပိတ္ေစဖို႔ set လုပ္ထားေလ့ရိွပါတယ္။ minimum flow rate နဲ႔ အၿမဲစီးဆင္းေနဖို႔ set လုပ္ထားတာၿဖစ္ပါတယ္။ လြယ္လြယ္ေၿပာရရင္ primary circuit ၿဖစ္တဲ႔ boiler မွာ overheating မၿဖစ္ေစဖို႔၊ pump ကိုအသံုးၿပဳကာ fluid ကို၊ constant flow တခုၿဖင္႔၊ စီးေနေစဖို႔ set လုပ္ထားၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။

Fig. Diverting valve (constant temperature in load circuit with variable flow)

အေပါါပံုကေတာ႔ constant flow-rate loop မွာ၊ diverting valve ကိုအသံုးၿပဳထားတဲ႔ circuit ၿဖစ္ပါတယ္။ valve position အေပါါမူတည္ၿပီး load circuit မွာ၊ varying flow-rate ရရိွနိဳင္ပါသတဲ႔။ boiler circuit မွ fluid ဟာ၊ valve position အေပါါမူတည္ၿပီး၊ ၿဖတ္စီးလာတဲ႔အတြက္ load circuit မွာ fluid temperature ဟာ constant အေနနဲ႔ အေၿပာင္းအလဲ မၿဖစ္ေပါါေတာ႔တာကို၊ ေတြ႔ရပါတယ္။ radiator မွထုတ္လြွင္႔မယ္႔ emitted heat ဟာ၊ load circuit ၿဖစ္တဲ႔ radiator မွာၿဖတ္စီးသြားမယ္႔ fluid flow အေပါါမူတည္ပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ diverting valve ရဲ႕ opening degree အေပါါမူတည္တယ္လို႔ ဆိုိနိဳင္ပါတယ္။

Fig. Effect of not fitting a balance valve 

အေပါါက ပံုကေတာ႔၊ set လုပ္ထားတဲ႔ balance valve ကိုတတ္ဆင္ထားၿခင္းမရိွတဲ႔၊ circuit တခုၿဖစ္ ပါတယ္။ control valve position ေပါါမူတည္ၿပီး၊ pump curve နဲ႔ system curve တို႔ဟာေၿပာင္းလဲေန ပါတယ္။ load circuit P1 နဲ႔ balancing circuit ဆိုတဲ႔ bypass circuit P2 တို႔မွာ မတူညီတဲ႔ pump pressure ေတြ လိုအပ္ေနတာကိုေတြ႔ရမွာ ၿဖစ္သလို၊ fluid ေတြကို pump မွ အကုန္သယ္ေဆာင္သြားလို႔၊ load circuit မွာလည္း၊ deprivation ေတြၿဖစ္ေပါါနိဳင္ပါတယ္။

hugely undersized ဆိုတဲ႔ အရြယ္အစားသိပ္ကိုေသးငယ္လြန္းတဲ႔၊ three-port control valves ေတြကို အသံုးၿပဳခဲ႔လၽွင္ pumping power ပိုလိုအပ္မွာၿဖစ္ပါသတဲ႔။ valve controlling မွာ အတိမ္းအေစာင္း မခံသလို၊ small increments of movement ဆိုတဲ႔ valve ေရြွ႕လၽွားမွဳအနည္းငယ္ပိုသြားတာနဲ႔၊ valve ရဲ႕ discharge ports ေတြမွထြက္လာမယ္႔ fluid quantity ဟာလည္းေၿပာင္းလဲသြားမွာၿဖစ္ပါတယ္။ hugely over-sized ဆိုတဲ႔ အရြယ္အစားသိပ္ႀကီးမားတဲ႔၊ three-port control valves ေတြကိုအသံုးၿပဳခဲ႔ရင္၊ pumping power အမၽားအၿပားမလိုေပမယ္႔၊ valve movement ရဲ႕ အစနဲ႔အဆံုးမွာ၊ fluid flow ေပါါ အေနွာက္အယွက္ေပးတတ္ပါတယ္။ load ပမာဏ ရုတ္တရက္အႀကီးအကၽယ္ေၿပာင္းလဲ သြားေစတဲ႔ အတြက္၊ inaccurate control လို႔သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။

Fig. Valve authority diagrams showing three-port valves

three-port control valves ေတြကိုအသံုးၿပဳတဲ႔အခါ၊ two-port valves ေတြလို၊ valve အရြယ္အစား မွန္ကန္စြာေရြးခၽယ္ဖို႔အတြက္၊ valve authority ဆိုတဲ႔ 0.2 ~ 0.5 ႀကားမွ တန္ဖိုးတခုကို၊ အသံုးၿပဳၿပီး တြက္ခၽက္ႀကပါသတဲ႔။ two-port valves ေတြမွာ၊ "N" ဆိုတဲ႔ valve authority တန္ဖိုးကို၊ ΔP1 လို႔ေခါါတဲ႔ Pressure drop across a fully open control valve တန္ဖိုးတြက္ခၽက္ရာမွာအသံုးၿပဳၿပီး၊ three-port control valves ေတြမွာေတာ႔ ΔP2 လို႔ေခါါတဲ႔ Pressure drop across the remainder of the circuit တန္ဖိုး တြက္ခၽက္ရာမွာ အသံုးၿပဳပါတယ္။ three-port valves ေတြကို၊ mixing နဲ႔ diverting applications ေတြအတြက္ အသံုးၿပဳတဲ႔အခါ၊ 'balanced' circuit မွာသာတတ္ဆင္ထားတာၿဖစ္ၿပီး၊ valve အထြက္မွာၿဖစ္ေပါါမယ္႔ pressure drop ဟာ၊ two-port valves ေတြထက္နည္းတဲ႔အတြက္၊ ΔP2 မွတြက္ယူၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။ three-port valves ေတြကို fluid ရဲ႕ သတ္မွတ္ထားတဲ႔ recommended velocities ေတြအတြင္း၊ ေရြးခၽယ္အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။

Reference and Image credit to : Control Valve Sizing for Water Systems - ကိုထြန္း, Steam Engineering Tutorials, Control Hardware : Electric/ Pneumatic Actuation, The Steam and Condensate Loop Book, ISBN 978-0-9550691-5-4, 2011. Copyright © 2012 Spirax-Sarco Limited., http://community.emerson.com/, http://www.singervalve.com/

Remark : All images herein this website are for use of educational purpose only. The owner of this web site is not responsible for the consequences in case of violation to copyright, trademark, patent or other intellectual property rights of any third party.