Регулирующий вентиль - Control valve

А регулирующий вентиль это клапан используется для контроля поток жидкости изменяя размер проточного канала по сигналу от контроллера.[1] Это позволяет напрямую управлять течь скорость и последующий контроль технологических величин, таких как давление, температура, и жидкость уровень.

В автоматический контроль В терминологии регулирующий клапан называется «конечным элементом управления».

Операция

Регулирующие клапаны с пневмоприводом, каждый с преобразователем 4-20 мА «I в P», встроенным в позиционер клапана. В этом примере каждый позиционер сравнивает ход штока клапана с управляющим сигналом и вносит коррективы.

Открытие или закрытие автоматических регулирующих клапанов обычно выполняется электрические, гидравлический или пневматические приводы. Обычно с регулирующим клапаном, который может быть установлен в любое положение между полностью открытым и полностью закрытым, используются позиционеры клапана, чтобы гарантировать, что клапан достигает желаемой степени открытия.

Клапаны с пневматическим приводом обычно используются из-за своей простоты, поскольку для них требуется только подача сжатого воздуха, тогда как для клапанов с электрическим приводом требуются дополнительные кабели и переключающий механизм, а для клапанов с гидравлическим приводом требуются подающие и обратные линии высокого давления для гидравлической жидкости.

Пневматические управляющие сигналы традиционно основаны на диапазоне давления 3-15 фунтов на квадратный дюйм (0,2-1,0 бар), или, что более распространено сейчас, это электрический сигнал 4-20 мА для промышленности или 0-10В для HVAC системы. Электрическое управление теперь часто включает в себя «умный» коммуникационный сигнал, наложенный на управляющий ток 4–20 мА, так что состояние и проверка положения клапана могут передаваться обратно на контроллер. В HART, Fieldbus Фонд и Profibus являются наиболее распространенными протоколами.

Автоматический регулирующий клапан состоит из трех основных частей, каждая из которых существует в нескольких типах и исполнениях:

  • Привод клапана - который перемещает регулирующий элемент клапана, такой как шар или бабочка.
  • Позиционер клапана - обеспечивает достижение требуемой степени открытия клапана. Это решает проблемы трения и износа.
  • Корпус клапана - в котором находится регулирующий элемент, пробка, шар, шар или бабочка.

Управляющее действие

Показывает эволюцию аналоговой сигнализации контура управления от эпохи пневматики к эпохе электроники.
Пример токовых петель, используемых для считывания и передачи управления. Конкретный пример использованного интеллектуального позиционера клапана.
Проходной регулирующий клапан с пневматическим мембранным приводом и «интеллектуальным» позиционером, который также будет передавать контроллеру фактическое положение клапана.

На примере клапана с пневматическим приводом возможны два управляющих воздействия:

  • «Воздух или ток для открытия» - ограничение потока уменьшается с увеличением значения управляющего сигнала.
  • «Воздух или ток для закрытия» - ограничение потока увеличивается с увеличением значения управляющего сигнала.

Также может быть отказ от безопасности режимы:

  • Отсутствие подачи сжатого воздуха или управляющего сигнала на закрытие »- При отсутствии подачи сжатого воздуха к приводу клапан закрывается под давлением пружины или за счет резервного питания.
  • Отсутствие подачи сжатого воздуха или управляющего сигнала »- При отсутствии подачи сжатого воздуха к приводу клапан открывается под давлением пружины или за счет резервного питания.

Режимы отказа являются требованиями отказ от безопасности спецификация управления технологическим процессом завода. В случае охлаждающей воды он может быть неисправен, а в случае подачи химиката он может быть закрыт.

Позиционеры клапана

Основная функция позиционера - подавать сжатый воздух к приводу клапана таким образом, чтобы положение штока или вала клапана соответствовало заданному значению от системы управления. Позиционеры обычно используются, когда клапан требует дросселирования. Позиционеру требуется обратная связь по положению от штока или вала клапана, и он подает пневматическое давление на привод, чтобы открывать и закрывать клапан. Позиционер должен быть установлен на узле регулирующего клапана или рядом с ним. В зависимости от типа управляющего сигнала, диагностических возможностей и протокола связи существуют три основные категории позиционеров: пневматические, аналоговые и цифровые.[2]

Блоки обработки могут использовать пневматическую сигнализацию давления в качестве контрольной точки для регулирующих клапанов. Давление обычно регулируется в диапазоне от 20,7 до 103 кПа (от 3 до 15 фунтов на кв. Дюйм, ман.) Для перемещения клапана из положения от 0 до 100%. В обычном пневматическом позиционере положение штока или вала клапана сравнивается с положением сильфона, который получает пневматический управляющий сигнал. Когда входной сигнал увеличивается, сильфон расширяется и перемещает луч. Луч поворачивается вокруг входной оси, которая перемещает заслонку ближе к соплу. Давление в форсунке увеличивается, что увеличивает выходное давление на привод через реле пневматического усилителя. Повышенное давление на выходе привода заставляет шток клапана перемещаться. Движение штока возвращается к балке с помощью кулачка. Когда кулачок вращается, луч поворачивается вокруг оси обратной связи, чтобы немного отодвинуть заслонку от сопла. Давление в форсунке снижается и давление на выходе привода уменьшается. Движение штока продолжается, отводя заслонку от сопла до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. Когда входной сигнал уменьшается, сильфон сжимается (чему способствует внутренняя пружина диапазона), и балка поворачивается вокруг оси входа, чтобы отодвинуть заслонку от сопла. Давление в сопле снижается, и реле позволяет сбросить давление корпуса мембраны в атмосферу, что позволяет штоку привода перемещаться вверх. Через кулачок движение штока возвращается к балке, чтобы переместить заслонку ближе к соплу. Когда условия равновесия достигнуты, движение штока прекращается, а заслонка устанавливается так, чтобы предотвратить дальнейшее снижение давления в приводе.[2]

Второй тип позиционера - аналоговый позиционер I / P. Большинство современных процессоров используют сигнал постоянного тока от 4 до 20 мА для модуляции регулирующих клапанов. Это вводит электронику в конструкцию позиционера и требует, чтобы позиционер преобразовывал электронный токовый сигнал в пневматический сигнал давления (ток-пневматический или I / P). В типичном аналоговом позиционере I / P преобразователь получает входной сигнал постоянного тока и выдает пропорциональный пневматический выходной сигнал через устройство сопло / заслонка. Пневматический выходной сигнал обеспечивает входной сигнал для пневматического позиционера. В остальном конструкция такая же, как у пневматического позиционера.[2]

В то время как пневматические позиционеры и аналоговые позиционеры I / P обеспечивают базовое управление положением клапана, цифровые контроллеры клапана добавляют еще одно измерение к возможностям позиционера. Этот тип позиционера представляет собой микропроцессорный прибор. Микропроцессор обеспечивает диагностику и двустороннюю связь, упрощая настройку и устранение неисправностей.

В типичном цифровом контроллере клапана управляющий сигнал считывается микропроцессором, обрабатывается цифровым алгоритмом и преобразуется в сигнал тока возбуждения для I / P-преобразователя. Микропроцессор выполняет алгоритм управления положением, а не механическую балку, кулачок и заслонку. По мере увеличения управляющего сигнала сигнал возбуждения на преобразователь I / P увеличивается, увеличивая выходное давление преобразователя I / P. Это давление направляется на реле пневматического усилителя и обеспечивает два выходных давления на привод. При увеличении управляющего сигнала одно выходное давление всегда увеличивается, а другое выходное давление уменьшается.

Приводы двойного действия используют оба выхода, тогда как приводы одностороннего действия используют только один выход. Изменение выходного давления приводит к перемещению штока или вала привода. Положение клапана возвращается в микропроцессор. Шток продолжает двигаться, пока не будет достигнуто правильное положение. В этот момент микропроцессор стабилизирует управляющий сигнал на преобразователе I / P до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие.

Помимо функции управления положением клапана, цифровой контроллер клапана имеет две дополнительные возможности: диагностику и двустороннюю цифровую связь.[2]

Широко используемые протоколы связи включают: HART, FOUNDATION fieldbus, и PROFIBUS.

Преимущества размещения интеллектуального позиционера на регулирующем клапане:

1. Автоматическая калибровка и настройка позиционера. 2. Диагностика в реальном времени 3. Снижение затрат на пуско-наладочные работы, включая установку и калибровку. 4. Использование диагностики для обслуживания производительность цикла уровни. 5. Повышенная точность управления технологическим процессом, что снижает изменчивость процесса.

Типы регулирующего клапана

Регулирующие клапаны классифицируются по ряду атрибутов и характеристик. подобно

1. На основании профиля падения давления:

- Клапан с высокой степенью восстановления - эти клапаны обычно восстанавливают большую часть падения статического давления от входа до вены на выходе. Эти клапаны характеризуются более низким коэффициентом восстановления. Примеры клапанов с высокой степенью восстановления - дроссельная заслонка, шаровой клапан, плунжерный клапан, задвижка и т. Д. - Клапан с низким уровнем восстановления - Эти клапаны обычно восстанавливают очень меньшее падение статического давления от входа до вены на выходе . Эти клапаны характеризуются более высоким коэффициентом восстановления. Пример клапана с низким уровнем рекуперации - шаровой клапан, угловой клапан.

2. На основе профиля движения управляющего элемента:

- Скользящий шток - Здесь шток клапана / плунжер движется в прямолинейном прямолинейном направлении Примеры - Проходной клапан, угловой клапан, задвижка клинового типа - Поворотный клапан - Здесь диск клапана совершает вращательное движение Примеры - Дроссельный клапан, шаровой клапан

3. По функционалу:

- Регулирующий клапан - Здесь клапан регулирует параметры потока пропорционально входному сигналу, полученному от центральной системы управления. Пример - шаровой клапан, угловой клапан, шаровой клапан - Запорный / двухпозиционный клапан - Здесь клапан либо полностью открыт, либо полностью закрыт Пример - задвижка, шаровой клапан, шаровой клапан, угловой клапан, пережимной клапан, мембранный клапан и т. Д. - Обратный клапан - Здесь клапан допускает поток только в одном направлении - Клапан кондиционирования пара - Эти клапаны регулируют профиль давления и температуры на входе среды до требуемых параметров на выходе. Примеры - байпасный клапан турбины, станция выпуска технологического пара и т. д. - Пружинный предохранительный клапан - эти клапаны закрываются до усилия пружины, которое втягивается и открывается, когда давление на входе равно силе пружины.

4. В зависимости от рабочей среды:

- Ручной клапан - Клапан приводится в действие маховиком - Пневматический клапан - Клапан приводится в действие с помощью сжимаемой среды, такой как воздух, углеводород, азот и т. Д. Обычно привод может быть пружинно-мембранного типа, поршневого цилиндрового или поршнево-пружинного типа Клапан - Клапан приводится в действие несжимаемой средой, такой как вода или масло - Электрический клапан - Клапан приводится в действие электродвигателем


Существует огромное разнообразие типов клапанов и операций управления. Однако есть две основные формы действий; скользящий шток и вращательное действие.

Наиболее распространенными и универсальными типами регулирующих клапанов являются шаровые клапаны со скользящим штоком, шаровые с V-образным пазом, дроссельные и угловые клапаны. Их популярность обусловлена ​​прочной конструкцией и множеством доступных опций, которые делают их пригодными для различных технологических процессов.[3] Корпуса регулирующих клапанов можно разделить на следующие категории:[2]

Список распространенных типов регулирующего клапана

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Стандарт Американского общества приборостроения S561.1, 1976 г., воспроизведенный в четвертом издании 1977 г. "Справочника регулирующих клапанов Fisher".
  2. ^ а б c d е Решения Emerson Automation Solutions (2017 г.). «Справочник по регулирующему клапану» (PDF) (5-е изд.). Fischer Controls International LLC. Получено 2019-05-04.
  3. ^ Хаген, С. (2003) "Технология регулирующих клапанов" Завод Услуги

внешняя ссылка