Tanım olarak vanalar bir prosesteki akışkanın; akışını, basıncını ya da sıcaklığını, hareket ettirmek, durdurmak, karıştırmak veya regüle etmek için özel olarak dizayn edilmiş mekanik akışkan kontrol aracıdır.  

 

Vanalar hem sıvı ve hem de gaz akışkan uygulamalarına göre dizayn edilirler. Dizayn, fonksiyon ve uygulamalarının doğası gereği; vanalar çeşitli şekil, boyut ve basınç sınıflarında oluşturulabilir.

 

Artık günümüzde basit su musluklarından mikro işlemcilerle donatılan kontrol vanalarına kadar çok geniş bir yelpazede üretilebilmektedir. Ve günümüzde çok çeşitli vana tipleri kullanılmaktadır. Bu vana tipleri çelik, dökme demir, pirinç, bronz, plastik ve çok çeşitli alaşım malzemelerden yapılırlar.

 

Bir vana; öncelikli olarak ilgili standarda uygun olmalıdır. Standarda uygun olarak üretilen vana; istendiği anda kendisinden beklenen;

• Açma – kapama

• Akışın geçişini sağlama veya engelleme

• Tam açık ve tam kapalı pozisyon arası herhangi bir noktada akışı ayarlama

 

görevini yerine getirmeli, boru hattı içinde düşük basınç kaybına neden olmalı, gürültüsüz çalışmalı, korozyona dayanıklı ve uzun ömürlü olmalı, montajı ve bakımı kolay olmalıdır.

 

Akışkan kontrolünde son yıllarda soğuk ve sıcak su tesisatlarında yaygın olarak kullanılan kelebek vanalar; tesisat bağlantı tipine göre flanşlı, wafer, yivli, dişli v.b. bağlantılı tipte üretilmektedir. Bu ürünler gövde, klape, seat, mil gibi ana malzemelerden oluşmaktadır. Açma kapama için kol, dişli kutusu ve aktüatör kullanılabilmektedir. 

 

Kelebek Vanalar

Çeşitli bağlantı tiplerine göre tesisat üzerinde kullanılan kelebek vanalar, 90°’lik açma kapama sağlayan diske, metal – metale ya da metal – elastomerik / plastik conta çifti ile sızdırmazlık sağlayan son yıllarda oldukça fazla tercih edilen akışkan kontrol elemanıdır. 

Genellikle ister wafer tip olsun ister lug tipi olsun her iki tipte de farklı olan parça sadece gövde olabilir. Veya gövde ile beraber seat de farklı olarak üretilebilir.

 

Bir tesisatta akışkanın içinden geçtiği her eleman akışkanın enerjisinin bir kısmının kaybolmasına neden olmaktadır. Bu enerji yük kaybının hız yüküne oranı olarak tanımlanan “yersel yük kayıp katsayısı” olarak ifade edilir.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) / Computatıonal Fluid Dynamics (CFD) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Genel kullanımı itibarıyla, pompa ve vana sektöründe kullanımı ile bir tasarım ve analiz aracıdır. Bu sayede akış ve ısı transferi olaylarını tanımlayan çeşitli denklemler kullanılarak pompa - vana içerisindeki 3 boyutlu akışlar daha iyi anlaşılmaktadır. Tasarımcılar açısından önemi; prototip ürün üretilmeden önce tüm analizlerin sanal ortamda yapılması ve ilk seferde doğru temeline dayanan ve daha az enerji ve maliyet harcaması ile ürünün seri ortam şartlarına aktarılabilmesidir. 

Böylece alternatif tasarımlar ve fikirler parametrik çalışmalarla incelenebilir. 

 

Bu amaçla CF design programı kullanılmıştır. UG NX programı altına adapte edilebilen yapısıyla bu program yapılan dizaynların bütünleşik olarak analiz yapılmasına izin vermekte ve bu sayede tasarım ve analiz hızını daha da artırmaktadır.

 

Hesaplar; analiz yapılan vana için girişte 3d, çıkışta 10d mesafeden ölçüm yapılarak gerçekleştirilmiştir. Tüm hesaplar yapılırken, döküm yüzey pürüzlülüğü, imalattan kaynaklanan hatalar ve gerçek tesisatta bağlantı borularının kayıpları ihmal edilmiştir.

 

Kısma vanalarında kısma alanı; A, giriş – çıkış basınç farkı; Δp, akışkan yoğunluğu; ρ ve direnç faktörü ξ ile gösterildiğinde debi değeri aşağıdaki formül ile bulunur. 

Kv, 20°C sıcaklıktaki suyun 1 bar basınç kaybı altında belirli bir açıdaki vananın içinden geçen debidir. Kvs ise aynı şartlarda ve tam açık pozisyondaki (H100) vananın içinden geçen debi değeridir. Üreticiler müşterilere her bir vanaya ait Kvs değerini vermelidirler, böylece kullanıcı pompa seçimi yaparken yük değerini istenen şartlara bağlı olarak kolayca hesaplayabilmektedir. 

 

Uygulama

Analiz yapılmadan önce CAD Data aktarılır, eğer varsa parçalar birleştirilir, sınır şartları belirlenir, mesh ölçümü yapılır, akışkan belirlenir ve analiz yapılır. 

 

Analizler DN 100, DN 100 ve DN 150 anma çaplı wafer kelebek vana üzerinde klapenin açıklık pozisyonuna göre 15°, 30°, 45°, 60°, 75° ve 90° (tam açık pozisyon) derecelerinde yapılmıştır. Her açıklık pozisyonunda hacimsel akış, hız ve basınç değişimleri gözlemlenmiştir. 

 

DN 100 Anma Çaplı Wafer Kelebek Vana Analizleri;

DN 65 anma çaplı üründe 15°’lik klape açısı; klape ile seat’in temas ettiği 17,4°’lik açıdan daha düşük bir açıya tekabül ettiği için akışın durduğu noktayı aşmaktadır. Bu nedenle analiz 20°’den başlatılmıştır. 

 

Sonuç

Her üç anma çaplı ürün için; 15°’lik açıklık pozisyonunda, vana klapesi ile seat yüzeyi arasında çok az miktarda akış gerçekleşmekte ve bu akış türbülanslı akışa neden olmamaktadır. 

 

75°’lik açıklık pozisyonunda vana öncesi ve sonrası arasındaki basınç farkı uygun değerlere gelmek için başlangıç değerleri ifade etmektedir. 

 

Her üç anma çaplı ürün için vana kayıp katsayısının aşırı derecede artmasından dolayı kelebek vanalar 45°’den daha fazla açıda kapatılmamalıdır.