basic control valve

BERMAD Control Valves Presents:

Basic Control Valves

Goals and Agenda

• Goals– Getting to know more about:

• What a control valve is.• How a control valve operates. • Various kinds of control valves.

• Agenda– Basic concepts and terms– Various valve body patterns– Comparison of actuators– Valve operation characteristics as determined by

actuator

Definitions

• Pressure– The ratio of hydraulic force acting perpendicularly on

unit area of surface• Pressure Units

– atm., bar, m.w.h., psi, kpa• Flow

– The amount of liquid supplied /consumed in a given period of time. Flow units: m³/h, l/sec, gpm

• Kv– Flow factor - Describes the flow rate in m³/h at 1 bar

pressure drop

Definitions

• Upstream pressure– Inlet pressure

• Downstream pressure– Outlet pressure

• Working pressure– The available inlet pressure measured upstream of the

valve.

• Maximum pressure

– The rated pressure of the valve/system.

Control Valves in Agriculture System

Q Q

P3

A2

P1 A1 P2 A1P1P2

A2P3

Terminology

A1 = Seat areaA2 = Actuator effective areaP1 = Upstream pressureP2 = Downstream regulated pressureP3 = Upper control chamber pressure∆P = P1-P2Q = Flow

Principle Equation of Control Valve Operation

• P (pressure) x A (area) = F (force)– Pressure: atm, bar, kps, psi, mwh, etc.

– Area: cm, mm , inch, etc.– Force: kgf, N (Newton) etc.

• How do changes of these variables effect the control valve?

Operational Modes

Closed

Open

Modulating

Closed Valve

A2 > A1

P3 x A2 > P1 x A1

P3 = P1

P2 = 0

Q = 0

A1

A2

Closed Valve

F2 - F1= Net force for drip- tight closing

F2 = A2 x P3

F1 = A1 x P1

P1 P2

A2

A1

Fully Open

• Which of the variables can be controlled, to modify the relative forces and thus the state of the control valve?

Answer: P3

Fully Open

P1 x A1 > P3(0) x A2

P2 = P1 - ∆P

P3 = 0

Q= working flow

P1 P2

A1

A2

P3

Fully Open

F1 = A1 x P1

P1 P2

A1

F1= Net Force for Opening

A = πD2 / 4 2πr = πDπD2 / 4 = πD x HThus for unrestrictedflow H = D1/4

How Open is Open?Η

HH

H

2πr = πD

Control Valve Basic Patterns

• Y-Pattern

• Globe

• Saunders

• Angle

• In-Line

“Y” Oblique Pattern

700 200

“Y” Oblique

• Advantages – Saves energy

• semi-straight flow• Low head loss

– Higher cavitation resistance– One piece actuator unit

• fast service• advantage in vertical installation

• Disadvantages• High level of skills required for assembling & maintaining• Relatively expensive

Globe Pattern

200 900

Globe

• Advantages– Easy to assemble & maintain

– Lower cost

• Disadvantages – Loss of energy

• High head - loss

• Turbulent flow

Angle

• Advantages – Easy to assemble & maintain– Saves space and accessories

All BERMAD Models are available in Angle pattern

• Advantages– Saves energy - almost

full bore – Low cost

• Disadvantages– Unbalanced diaphragm

• Tends to draw• Short life• Different types for

different pressures– No linear indication to

valves position – Cavitation jet to body and

diaphragm at low flow condition

Saunders

In-line Valves

• Advantages – Saves energy- straight flow– Good performance at high differential pressure– High cavitation resistance – Protected

• Disadvantages– Requires dismounting

from line for maintenance– Sensitive to parts in fluid– Requires up-stream filter– High Level of skills

required for assemblingand maintaining

– Expensive – whenbecomes commercial

In-line Valves

• Disadvantages (continuance)– Several Dynamic seals

(stem+pistons)• Requires high pressure to

start opening andclosing procedure

• Increases leakage risk • Increases body and

seal erosion damage– Monoblock

• low diameter, long andinternal tubes

– A small control chamber• small control orifice causes

Increased reacting time at ∆P drop

In-line Valves

• Disadvantages (continuance)– Double chambered

only -• Continuous draining

– Plastic construction• relatively low strain

resistance– Cumbersome,

complicate andlong installation

• Balanced diaphragm• Same diaphragm for the entire range of pressures• Full support to the flexible part• Sealing - resembles radial seal disc

• Dynamic guiding proportional to ∆P

• Linear indication tovalve position

• Saves energy- semi straight flow

400 Series

Closing/Opening Speed Depends on:

• The type of actuator

• Paths & control tube size

• Flow, downstreamand upstream pressure

Actuators

• Double-chambered • Single-chambered

Single and Double-Chambered Actuators

Characteristic Double Single

Structure Complicated Simple?

Closing Fast with Slow End Slow & Slam

Opening Fast with Slow End Slow & Accelerate

Conversion Converts to Single Complicate/ Impossible

Control Option Many Few

Single-Chambered Actuator Conversion

Impossible Complicated

Double-Chamber Actuator Structure

• Relatively complicated– Many parts

– Assembly must be exact– High level of skills required for assembling &

maintaining

วาล ์วควบคุมวาล ์วควบคุม

Control ValvesControl Valves

diaphragmห้องบน

ลิ้น valve

แรงดันนำ้าในระบบ

บ่า valve

ชุดตัวขับ valve

ห้องล่าง

Pilot valve

นำ้าเข้า นำ้าออก

วาลว์ควบคมุ Hydraulic Diaphragm Valve

  Pressure Reducing Valve

วาล์วทำาหน้าที่ปรับ ลด ความดนัทางDownstream เพื่อให้ได้ค่าที่กำาหนดไว้

และสมำ่าเสมอ ณ ทางด้านออกของ valve แม้ว่าจะเกิดการแปรปรวนขึ้น - ลงของ

อัตราการไหลและความดันทางขาเขา้ ของ valve

การประย ุกต ์ใช ้งาน ระบบการสูบจ่ายนำ้าระยะไกล ในระบบท่อ

ส่งนำ้าครอบคลุมพื้นที่ทางภูมิประเทศต่าง กนั จะต้องรักษาความสมดุลของความ

ดนัของระบบที่มาจากแหล่งนำ้าที่ต่างกันเพื่อสร้างความปลอดภัยของการทำางานของระบบ

การทำางานของวาลว์ลดความดัน

ส่วนประกอบของ Pilot valve

– ตัวปรับความแข็งของ สปริงเพื่อเพิ่ม ลด Pressure นำ้าด้านออก

สปริง

ล้ิน Valve ( ควบคุมการ เคล่ือนที่ของ Diaphragm )

Needle valve ( – ตัวหน่วงการเปิด ปิด main valve )

Pressure gauge ( วัดแรงดันด้าน Downstream )

บ่า Valve

แรงดันนำ้าด้านขาเขา้ ของ Main valve

แรงดันนำ้าด้านขาออก ของ Main valve

แรงดันนำ้าดันDiaphragm ขึน้ - ลง

Vent

Up (down)

Down (up)

วาล์วทำาหน้าที่รักษาความดันนำ้าขาเขา้ (upstream) ใหค้งทีแ่ละใกล้เคียงกับค่าจำากัดที่ตั้งไว้

การประยกุต์ใช้งาน • กรณีระบายความดัน (pressure relief) วาล์วจะ

เปิดเร็วเพื่อป้องกันไม่ใหค้วามดันของระบบสูงเกินกว่าค่าทีร่ะบบท่อจะรับได้ แต่จะปิดลงช้าๆ

ป้องกันปัญหาคล่ืนความดัน (surge) • กรณีต้องการพยุงความดัน (pressure sustaining)• เมื่อวาล์วรุ่น 730 ถูกติดตั้งอยู่ระหว่างกลางของ

ท่อส่งนำ้า ซึง่ควบคุมความดันนำ้าตอนบน (ทางเข้า) และตอนล่าง(ทางออก) ไปยังพื้นที่ตำ่ากว่าวาล์วจะทำาหน้าทีร่ักษาความดันนำ้าตอนบนให้มี

ค่าตามทีก่ำาหนดไว้ ความดันส่วนเกินจะถูกปลดปล่อยออกไปยังพื้นทีต่ำ่ากว่า

Pressure Sustaining/Pressure Relief valve

Pressure Sustaining valve

Pump Control Valve : การทำางาน Model 743

1. เมื่อเริ่มเดินเครื่องสูบนำ้า โซลีนอยด์วาล์ว 4 จะระบายนำ้าออกจากฝาวาล์ว และวาล์วจะ เริ่มเปิดตัวเมือ่ความดันของเครื่องสูบนำ้า เพิ่มขึ้นถึงค่าความดันทีต่ั้งไว้ทีต่ัวไพล็อต วาล์ว 52. เมื่อระบบส่ังให้หยดุ เครื่องสูบนำ้าจะไม่ หยดุทำางาน แต่วาล์วจะถูกส่ังใหปิ้ดตัว และเมื่อปิดสนิท หัวก้านวาล์ว 6 จะกด แขนของลิมติสวิทซ์ 7 และส่งสัญญาณ เพื่อหยุดการทำางานของเครื่องสูบนำ้า3. เมื่อเกิดไฟฟา้ดับ วาล์วจะปิดตัวเองด้วย ความดันนำ้า ทำาหน้าที่เป็นวาล์วกันกลับ ในตัว

Pump Control Valve

ตัววาล ์วหลัก

ไพล็อตวาล ์วพยุงความดัน

บอล์ลวาล ์ว

บอล์ลวาล ์ว

ต ัวกรอง

วาล ์วกันกลับวาล ์วกันกลับ

โซลีนอยด์วาล ์ว

ล ิม ิตสว ิทซ ์

ห ัวก ้านวาล ์ว

วาล์วทำาหน้าที่ปกป้องป๊ัมและเส้นทอ่แตกระเบิดเสยีหาย จากปัญหา คลื่นความดนั (surge) อนัเกิดมาจาก

ไฟฟา้ดับหรือป๊ัมหยดุทำางาน โดยทั่วไป เมือ่ป๊ัมหยุด ทำางาน วาล์วจะปิดด้วยเช่นกัน ในกรณีป๊ัมเริ่ม

ทำางานใหม่ วาล์วนำาจะกระตุน้ใหว้าล์วหลักเปิดและ ระบายคลื่นความดัน (surge) ออกจากระบบ

เหตกุารณค์ลื่นสะทอ้น (shock wave) เป็นอนัตราย อยา่งยิ่ง ซึ่งมสีาเหตมุาจากการหยุดน่ิงของของไหล

อยา่งฉับพลันจากแหล่งตน้ทาง ในกรณีเช่นน้ี ไพล็อต #2 จะทำาหน้าทีร่ะบายนำ้าออกจากหวัขบั

วาล์วพร้อมจะเปิดเตม็ที่และยอมใหอ้ากาศภายนอก เขา้มาในระบบ นอกจากน้ีจะยังคงเปิดวาล์วตอ่ไป

เพือ่รับ คลื่นสะทอ้นยอ้นกลับมาอกี และจะปิดตวัอตัโนมตัเิมื่อความดันในระบบเขา้สูส่ภาวะปกติ

Anticipating Control Valve( Surge Control valve)

Surge Solutions – Surge Control Valve

735 Function – Power Failure

การต ิดต ัง้ Surge control valve

Flow Control Valve

1. วาล์วทำาหน้าทีร่ักษาอตัราการไหลใหค้งที่ ตามค่าทีก่ำาหนดไว้ โดยไมค่ำานึงถึงการแปร

เปลี่ยนของความดันของโครงขา่ยทัง้หมด หรือ ความต้องการทีแ่ตกตา่งกัน วิธกีารตรวจวดั

อตัราการไหลกระทำาได้หลายวิธี อาทิ• วัดค่าความแตกตา่งของความดัน ทัง้ด้านเขา้

และด้านออกของวาล์ว โดยใช้เสน้ท่อดักตรงรู ผ่านเล็กๆ ชอง Orifice เพื่อใช้ในการควบคุม

ปริมาณนำ้าที่เขา้และออกจากหวัขบั

Flow Control ValveModel 772-U

Altitude Valve

วาล์วทำาหน้าที่ควบคุมระดับนำ้าในถังเก็บ  เพื่อป้องกันการไหลล้นโดยไมต่้องใช้อุปกรณภ์ายนอก  เช่น  ลูกลอย  โดย

 ปกติ วาล์วจะเปิดเต็มพื้นทีใ่ห้นำ้าไหลเขา้  แต่เมื่อได้รับคำาส่ังสัญญาณปิดจากกลไก

 นำาทรงสูงชนิด 3  ทาง (altitude pilot) วาล์วหลักก็จะถูกปิดลง   กรณีเลือกใช้

 กลไกนำาทรงสูงชนิด 2  ทาง ท่านสามารถเติมนำ้าและระบายนำ้าออกจากถังเก็บผ่านทอ่เส้นเดียวกัน  และวาล์วจะเปิดให้นำ้าไหลเขา้อีกครั้ง  เมื่อนำ้ามีระดับตำ่ากว่าค่าทีก่ำาหนดไว้ล่วงหน้า

Altitude Valve

Modulating Float Valve : ส่วนประกอบของวาล ์ว

ตัววาลว์หล ัก

บอล์ลวาล ์ว

ต ัวกรอง

วาล ์วเข ็มช ุดล ูกลอย

การติดต ั้งในถังน ำ้าใส

ชุดล ูกลอย

ตัววาล ์วหลัก

ท่อสญัญาณ GS 1”

Operation

Modulating Float Valve

ระด ับนำ้าเต ็มถ ังล ูกลอยยกขึ้นวาล ์วป ิด

ระด ับนำ้าลดลงล ูกลอยตกลงวาล ์วเป ิด

Modulating Float Valve

Non – Modulating Float Valve : ส่วนประกอบ

ชดุล ูกลอย

ตัวกรอง

บอล์ลวาล ์ว

ตัววาลว์หล ัก

Non – Modulating Float Valve

การต ิดต ัง้ในถ ังน ำ้าใส

ชุดล ูกลอย

ท่อสญัญาณ GS 1”

ตัววาล ์วหลัก

Operation

Non – Modulating Float Valve

1. ระดบัน ำ้าถงึจ ุดส ูงส ุดล ูกลอยยกตัวข ึน้เต ิมน ำ้าเขา้ฝาวาลว์ดา้นบนทำาให ้วาล ์วป ิด

2. ระดบัน ำ้าถงึจ ุดต ำ่าส ุดล ูกลอย

ตกลงเต ิมน ำ้าเข ้าฝาวาล ์ว ด้านล ่างท ำาให ้วาล ์วเป ิด

Altitude Valve สำาหร ับหอถังสงู : สว่นประกอบ

ตัววาล ์วหลัก

บอล์ลวาล ์ว

ต ัวกรอง

ไพล็อตวาล ์ว

การต ิดต ัง้

ตัววาล ์วหลัก

ท่อส ัญญาณ GS 1”

ทอ่ทางขึ้นหอถังส ูง

ท่อ Drain นำ้าถงัส ูง