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.