Регулирующий клапан представляет собой клапан используется для управления потоком текучей среды путем изменения размера канала потока , как указано сигналом от контроллера. [1] Это позволяет напрямую управлять расходом и, как следствие, контролировать такие параметры процесса, как давление , температура и уровень жидкости .
В терминологии автоматического управления регулирующий клапан называется «конечным элементом управления».
Операция [ править ]
Открытие или закрытие автоматических регулирующих клапанов обычно осуществляется с помощью электрических , гидравлических или пневматических приводов . Обычно с регулирующим клапаном, который может быть установлен в любое положение от полностью открытого до полностью закрытого, используются позиционеры клапана, чтобы гарантировать, что клапан достигает желаемой степени открытия.
Клапаны с пневматическим приводом обычно используются из-за их 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 давлений 3-15 фунтов на квадратный дюйм (0,2-1,0 бар), или, что чаще встречается в настоящее время, на электрическом сигнале 4-20 мА для промышленности или 0-10 В для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха . 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 в контроллер. HART , Fieldbus Foundation 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.
Действие управления [ править ]
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 в режимах безопасности :
- 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 работы при отказе - это требования, предъявляемые к спецификации управления технологическим процессом при отказе станции. В случае охлаждающей воды он может быть неисправен, а в случае подачи химиката он может быть закрыт.
Позиционеры клапана [ править ]
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 подает пневматическое давление на привод для открытия и закрытия клапана. Позиционер должен быть установлен на блоке 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) 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 к приводу 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 уменьшается 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 входной оси, чтобы отодвинуть заслонку от сопла. Сопло уменьшается, 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 и заслонка устанавливается так, чтобы предотвратить дальнейшее снижение давления в приводе.[2]
Второй тип позиционера - это 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, что упрощает настройку и устранение неисправностей.
В типичном цифровом контроллере клапана управляющий сигнал считывается микропроцессором, обрабатывается цифровым алгоритмом и преобразуется в сигнал тока возбуждения для преобразователя I / P. 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 заставляет шток или вал привода перемещаться. 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 стоимости ввода контура в эксплуатацию, включая установку и калибровку. 4. Использование диагностики для поддержания уровня производительности контура . 5. Повышенная точность управления технологическим процессом, что снижает изменчивость процесса.
Типы регулирующего клапана [ править ]
Регулирующие клапаны классифицируются по ряду атрибутов и характеристик. Нравиться
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 рекуперации - дроссельная заслонка, шаровой клапан, плунжерный клапан, задвижка и т. Д. - Клапан с низким уровнем рекуперации - Эти клапаны обычно восстанавливают очень меньшее падение статического давления от входа до вены на выходе. Эти клапаны отличаются более высоким коэффициентом восстановления. Пример клапана низкой рекуперации - шаровой клапан, угловой клапан
2. По профилю движения управляющего элемента:
- Скользящий шток - Здесь шток клапана / плунжер движется в прямолинейном движении 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, пропорциональные 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 пропускает поток только в одном направлении - Клапан кондиционирования пара - Эти клапаны регулируют профиль давления и температуры входящей 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 - Гидравлический Клапан - Клапан, приводимый в действие несжимаемой средой, такой как вода или масло - Электрический клапан - Клапан, приводимый 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 с поступательным движением штока, 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 регулирующих клапанов [ править ]
- Скользящий стержень
- Запорный клапан - Тип устройства для блокировки или регулирования потока жидкостей.
- Клапан с угловым корпусом
- Угловой поршневой клапан
- Роторный
- Двустворчатый клапан
- Шаровой кран
- Другой
- Пережимной клапан
- Мембранный клапан
См. Также [ править ]
- Обратный клапан - Тип клапана
- Инженерия управления - инженерная дисциплина, применяющая теорию автоматического управления для проектирования систем с желаемым поведением.
- Система управления - Система, которая управляет поведением других систем.
- Распределенная система управления - Компьютеризированные системы управления с распределенным принятием решений.
- Основание Fieldbus
- Клапан управления потоком - клапан, который регулирует поток или давление жидкости.
- Протокол удаленного датчика с адресацией по магистрали , также известный как протокол HART
- Приборы
- ПИД-регулятор - механизм обратной связи контура управления
- Контроль над процессом
- Profibus
- SCADA , также известная как система диспетчерского управления и сбора данных
Ссылки [ править ]
- ^ Instrument общество Америки Стандарт S561.1, 1976., воспроизведенный в «клапана управления Fisher Handbook» четвертое издание 1977.
- ^ a b c d e Emerson Automation Solutions (2017). «Справочник по регулирующим клапанам» (PDF) (5-е изд.). Fischer Controls International LLC . Проверено 4 мая 2019 .
- ^ Хаген, С. (2003) "Технология регулирующих клапанов" Услуги завода
Внешние ссылки [ править ]
- КИПиА (Лекция 8): Регулирующие клапаны Статья с веб-сайта Университета Южной Австралии.
- Калькулятор размера регулирующего клапана Калькулятор размера регулирующего клапана для определения Cv клапана.
