Szabályozó szelep - Control valve

A szabályozószelep olyan szelep, amelyet a folyadék áramlásának szabályozására használnak az áramlási járat méretének változtatásával, a vezérlő jelének megfelelően. Ez lehetővé teszi az áramlási sebesség közvetlen szabályozását és a folyamatmennyiségek, például nyomás , hőmérséklet és folyadékszint következetes szabályozását .

Az automatikus vezérlés terminológiájában a szabályozószelepet "végső vezérlőelemnek" nevezik.

Művelet

Image
Levegővel működtetett szabályozószelepek, mindegyik 4-20 mA-es "I-P" átalakítóval, beépítve a szelep-pozicionálóhoz. Ebben a példában minden pozicionáló összehasonlítja a szelepszár mozgását a vezérlőjelekkel, és bármilyen korrekciót alkalmaz.

Az automatikus vezérlőszelepek nyitását vagy zárását általában elektromos , hidraulikus vagy pneumatikus hajtóművek végzik . Általában egy moduláló szeleppel, amely bármilyen helyzetbe állítható teljesen nyitott és teljesen zárt között, a szelep pozicionálókat használják annak biztosítására, hogy a szelep elérje a kívánt nyitási fokot.

A levegővel működtetett szelepeket egyszerűségük miatt általában használják, mivel csak sűrített levegőt igényelnek, míg az elektromos működtetésű szelepek további kábelezést és kapcsolóberendezést, a hidraulikusan működtetett szelepek pedig nagynyomású táp- és visszatérő vezetékeket igényelnek a hidraulikafolyadékhoz.

A pneumatikus vezérlőjelek hagyományosan 3–15 psi (0,2–1,0 bar) nyomástartományon alapulnak, vagy gyakrabban most 4-20 mA elektromos jel az iparban, vagy 0–10 V a HVAC rendszereknél. Az elektromos vezérlés gyakran tartalmaz egy „intelligens” kommunikációs jelet a 4–20 mA vezérlőáramon, így a szelep helyzetének állapotát és ellenőrzését vissza lehet jelezni a vezérlőnek. A HART , a Fieldbus Foundation és a Profibus a leggyakoribb protokollok.

Az automatikus vezérlőszelep három fő részből áll, amelyek mindegyike többféle típusban és kivitelben létezik:

  • Szelepmozgató - amely mozgatja a szelep moduláló elemét, például golyót vagy pillangót.
  • Szelep pozicionáló - amely biztosítja, hogy a szelep elérte a kívánt nyitási fokot. Ez kiküszöböli a súrlódás és a kopás problémáit.
  • Szeleptest - amelyben a moduláló elem, dugó, gömb, golyó vagy pillangó található.

Vezérlő akció

Image
Az analóg vezérlőhurok -jelzés fejlődésének bemutatása a pneumatikus korszakból az elektronikus korszakba.
Image
Példa az érzékeléshez és vezérléshez használt áramkörökhöz. Speciális példa egy intelligens szelep pozicionálóra.
Image
Földgömb szabályozó szelep pneumatikus membrános működtetővel és "intelligens" pozicionálóval, amely visszaadja a vezérlőnek a szelep aktuális helyzetét

A levegővel működtetett szelep példája alapján két vezérlési művelet lehetséges:

  • "Levegő vagy áram nyitva" - Az áramláskorlátozás csökken a vezérlőjel értékének növekedésével.
  • "Levegő vagy áram bezárása" - Az áramláskorlátozás a vezérlőjel értékének növekedésével növekszik.

A biztonsági módok is meghibásodhatnak :

  • A levegő vagy a vezérlőjel zárása meghiúsul " - Ha a működtetőhöz sűrített levegő kerül, a szelep rugónyomásra vagy tartalék áram alatt zár.
  • A levegő vagy a vezérlőjel nem nyílik meg " - Ha a működtető sűrített levegőt nem kap, a szelep rugónyomás alatt vagy tartalék energiával nyit.

A meghibásodási üzemmódok az üzem biztonsági folyamatirányítási specifikációjának meghibásodásának követelményei . Hűtővíz esetén előfordulhat, hogy nem nyílik ki, és vegyi anyag szállítása esetén zárt.

Szelep pozicionálók

A pozicionáló alapvető funkciója, hogy túlnyomásos levegőt juttasson el a szelepmozgatóhoz úgy, hogy a szelepszár vagy a tengely helyzete megfeleljen a vezérlőrendszer alapértékének. A pozicionálókat általában akkor használják, amikor a szelep fojtóművet igényel. A pozicionálónak visszajelzést kell kérnie a szelepszárról vagy a tengelyről, és pneumatikus nyomást kell kifejtenie a hajtóműre a szelep kinyitásához és zárásához. A pozicionálót a vezérlőszelep szerelvényre vagy annak közelébe kell felszerelni. A pozicionálóknak három fő kategóriája van, a vezérlőjel típusától, a diagnosztikai képességtől és a kommunikációs protokolltól függően: pneumatikus analóg és digitális.

A feldolgozó egységek pneumatikus nyomásjelzést használhatnak vezérlő alapjelként a szabályozó szelepekhez. A nyomás jellemzően 20,7 és 103 kPa (3-15 psig) között van szabályozva, hogy a szelepet 0 -ról 100% -ra állítsa. Egy általános pneumatikus pozicionálóban a szelepszár vagy a tengely helyzetét összehasonlítják a pneumatikus vezérlőjelet fogadó fújtató helyzetével. Amikor a bemeneti jel növekszik, a fújtató kitágul és egy sugarat mozgat. A nyaláb egy bemeneti tengely körül forog, amely egy szárnyat közelebb visz a fúvókához. A fúvóka nyomása nő, ami a pneumatikus erősítő relén keresztül növeli a működtető kimeneti nyomását. A hajtómű megnövekedett kimeneti nyomása miatt a szelepszár elmozdul. A szár mozgását egy bütyök segítségével táplálják vissza a gerendába. A bütyök forgása közben a sugár elfordul a visszacsatolási tengely körül, hogy kissé eltávolítsa a szárnyat a fúvókától. A fúvóka nyomása csökken és csökkenti a hajtómű kimeneti nyomását. A szármozgás folytatódik, és az egyensúly eléréséig hátrálja a szárnyat a fúvókától. Amikor a bemeneti jel csökken, a fújtató összehúzódik (ezt egy belső tartományrugó segíti), és a sugár elfordul a bemeneti tengely körül, hogy eltávolítsa a szárnyat a fúvókától. A fúvóka csökken, és a relé lehetővé teszi a membrán burkolatának nyomását a légkörbe, ami lehetővé teszi a hajtómű szárának felfelé mozdulását. A bütyökön keresztül a szármozgás visszaáramlik a gerendába, hogy a szárnyat a fúvókához közelebb helyezze el. Az egyensúlyi feltételek elérésekor a szár mozgása leáll, és a szárny úgy van elhelyezve, hogy megakadályozza a hajtóműnyomás további csökkenését.

A második típusú pozícionáló egy analóg I/P pozicionáló. A legtöbb modern feldolgozóegység 4-20 mA egyenáramú jelet használ a szabályozószelepek modulálására. Ez bevezeti az elektronikát a pozicionáló kialakításába, és megköveteli, hogy a pozicionáló az elektronikus áramjelet pneumatikus nyomásjelvé alakítsa (áram-pneumatikus vagy I/P). Egy tipikus analóg I/P pozicionálóban az átalakító egyenáramú bemeneti jelet fogad, és arányos pneumatikus kimeneti jelet biztosít fúvóka/szárny elrendezésen keresztül. A pneumatikus kimeneti jel biztosítja a bemeneti jelet a pneumatikus pozicionálóhoz. Ellenkező esetben a kialakítás megegyezik a pneumatikus pozicionálóval

Míg a pneumatikus pozícionálók és az analóg I/P pozicionálók alapvető szelephelyzet -szabályozást biztosítanak, a digitális szelepvezérlők újabb dimenziót adnak a pozicionáló képességeihez. Ez a típusú pozicionáló mikroprocesszoros alapú műszer. A mikroprocesszor lehetővé teszi a diagnosztikát és a kétirányú kommunikációt a beállítás és a hibaelhárítás egyszerűsítése érdekében.

Egy tipikus digitális szelepvezérlőben a vezérlőjelet a mikroprocesszor olvassa fel, digitális algoritmus dolgozza fel, és hajtásáramú jellé alakítja az I/P átalakítóvá. A mikroprocesszor a pozícióvezérlő algoritmust hajtja végre, nem pedig a mechanikus nyaláb-, bütyök- és szárnyszerelést. A vezérlőjel növekedésével az I/P konverter meghajtójele nő, ami növeli az I/P átalakító kimeneti nyomását. Ez a nyomás egy pneumatikus erősítő reléhez kerül, és két kimeneti nyomást biztosít a hajtómű számára. A növekvő vezérlőjellel az egyik kimeneti nyomás mindig nő, a másik kimeneti nyomás csökken

A kettős működésű hajtóművek mindkét kimenetet használják, míg az egyszeres működésűek csak egy kimenetet. A változó kimeneti nyomás hatására a hajtómű szára vagy tengelye elmozdul. A szelep helyzetét visszajuttatja a mikroprocesszorba. A szár tovább mozog, amíg el nem éri a helyes pozíciót. Ezen a ponton a mikroprocesszor stabilizálja a hajtásjelet az I/P átalakítóhoz, amíg az egyensúly létre nem jön.

A szelep helyzetének vezérlése mellett a digitális szelepvezérlő két további funkcióval is rendelkezik: diagnosztika és kétirányú digitális kommunikáció.

A széles körben használt kommunikációs protokollok közé tartozik a HART , a FOUNDATION fieldbus és a PROFIBUS.

Az intelligens pozicionáló előnyei a vezérlőszelepre való elhelyezésnél:

1. A pozicionáló automatikus kalibrálása és konfigurálása. 2. Valós idejű diagnosztika. 3. A hurok üzembe helyezésének költségei, beleértve a telepítést és a kalibrálást. 4. Diagnosztika használata a hurok teljesítményszintjének fenntartásához . 5. Javított folyamatvezérlési pontosság, amely csökkenti a folyamatok változékonyságát.

A szabályozó szelep típusai

A szabályozószelepeket attribútumok és jellemzők szerint osztályozzák.

A nyomásesési profil alapján

  • Nagy visszanyerésű szelep: Ezek a szelepek általában visszanyerik a statikus nyomásesés nagy részét a bemenetről a vena contracta -ra a kimeneten. Alacsonyabb visszanyerési együttható jellemzi őket. Példák: pillangószelep, gömbcsap, zárószelep, zárószelep
  • Alacsony visszanyerésű szelep: Ezek a szelepek általában kis mértékben visszanyerik a statikus nyomásesést a bemenetről a vena contracta -ra a kimeneten. Nagyobb visszanyerési együttható jellemzi őket. Példák: gömbcsap, sarokszelep

A vezérlőelem mozgásprofilja alapján

  • Csúszó szár: A szelepszár / dugó lineáris vagy egyenes mozgásban mozog. Példák: Globe szelep, sarokszelep, ék típusú zárószelep
  • Forgatószelep: A szeleptárcsa forog. Példák: pillangószelep, golyósszelep

A funkcionalitás alapján

  • Vezérlőszelep: Az áramlási paramétereket a központi vezérlőrendszertől érkező bemeneti jel arányában szabályozza. Példák: Globe szelep, sarokszelep, golyós szelep
  • Elzáró / bekapcsoló szelep: Ezek a szelepek teljesen nyitottak vagy zártak. Példák: elzárószelep, gömbcsap, gömbcsap, sarokszelep, szorítószelep, membránszelep
  • Visszacsapó szelep: Csak egy irányban teszi lehetővé az áramlást
  • Gőz kondicionáló szelep: A bemeneti közeg nyomását és hőmérsékletét a kimenet szükséges paramétereire állítja be. Példák: Turbina bypass szelep, folyamat gőzleeresztő állomás
  • Rugós terhelésű biztonsági szelep: egy rugó erejével záródik, amely visszahúzódik, amikor a bemeneti nyomás megegyezik a rugóerővel

A működtető közeg alapján

  • Kézi szelep: kézi kerékkel működtethető
  • Pneumatikus szelep: működtethető összenyomható közeggel, például levegővel, szénhidrogénnel vagy nitrogénnel, rugós membránnal, dugattyús hengerrel vagy dugattyúrugós működtetővel
  • Hidraulikus szelep: Nem összenyomható közeg, például víz vagy olaj működteti
  • Elektromos szelep: elektromos motor hajtja

A szeleptípusok és a vezérlési műveletek széles választéka létezik. Van azonban két fő cselekvési forma, a csúszó szár és a forgó.

A szabályozó szelepek leggyakoribb és sokoldalúbb típusai a csúszó szárú gömb, V-hornyú golyó, pillangó és szögtípus. Népszerűségük a masszív felépítésnek és a rendelkezésre álló számos lehetőségnek köszönhető, amelyek alkalmassá teszik őket a különféle folyamatalkalmazásokra. A szabályozó szeleptestek az alábbiak szerint kategorizálhatók:

A szabályozó szelepek leggyakoribb típusainak listája

Lásd még

Hivatkozások

Külső linkek