Umfassendes Wissen über Regelventile

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von yunrun am 2019-7-22 00:40 bearbeitet. „Enzyklopädie zu Regelventilen“ stammt von Yokogawa Electric aus Japan. Der Inhalt befasst sich mit Themen wie den Aktuatoren von Regelventilen, dem Ventilkörper, den Hilfseinrichtungen der Aktuatoren, dem Funktionsweise der Regelventile, der Bestimmung des Durchflussverhaltens der Regelventile sowie dem Berechnen des Durchflusskoeffizienten der Regelventile. Dieses Werk ist eine wertvolle Quelle, um ein umfassendes Verständnis für Regelventile zu gewinnen. Umfassende Informationen zu Regelventilen: yunrun.com.cn/tech/1346.html Im Bereich der Prozesssteuerung werden Regelventile in der Regel als Steuereinrichtungen für Prozessgrößen wie Durchfluss, Druck, Temperatur und Flüssigkeitsebene eingesetzt. Der Regelventil besteht aus einem Aktor und einem Ventilkörper. In Kombination mit verschiedenen Hilfseinrichtungen wie Positionierern, Elektromagneten, Steigerungsgeräten, Geschwindigkeitsreglern, Schließventilen usw. kann er verschiedene Funktionen erfüllen. Ausführungsmechanismus: Abhängig von den Steuersignalen sowie der Bewegungsrichtung und Durchflusscharakteristik bei Ausfall der Antriebsquelle können Ausführungsmechanismen und Ventilkörper verschiedene Strukturen aufweisen. Hier werden nur die repräsentativsten Strukturen erläutert. Die Antriebe von Regelventilen gibt es in pneumatischer, elektrischer sowie elektrohydraulischer Ausführung. Die pneumatischen Anlagen wiederum sind in Membran- und Zylindertypen unterteilt. Je nach den Bediensignalen und dem Verhalten bei Verschwinden der Antriebsquelle gibt es Aktuatoren vom positiven Typ, vom negativen Typ, vom orientierungslosen Typ und vom Haltetyp. Beim positiven Typ steigt die Ventilachse an, wenn das Steuersignal und die Antriebsquelle verschwinden, während sie beim negativen Typ sinkt. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240245313786.png http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240246030348.png Schema des Aufbaus der Antriebseinheit. Es gibt mehr Arten von Ventilkörpern als von Antriebseinheiten; die Wahl erfolgt in Abhängigkeit von der Art des Ventils, dem Durchmesser sowie den Eigenschaften der Flüssigkeit. Es gibt Winkelventile, Dreiecksventile, Membranventile, Klappenventile, Schmetterlingsventile, Kugelventile, exzentrisch drehende Ventile usw. Die kugelförmige Ventilart ist die häufigste. Der Drucksteuerungssignal wird an den Aktor übertragen, also an einen zylindrischen oder membranbasierten pneumatischen Aktor, wodurch der Ventilstab nach oben und unten bewegt wird. Wie in der Abbildung dargestellt, bewegt sich der Ventilstängel nach oben und unten, wodurch sich der Abstand zwischen dem Ventilstopfen und dem Ventilsitz verändert und somit auch die Durchflussmenge. Arten und Eigenschaften von Ventilen Arten, Eigenschaften und Anwendungen Einloch-Kugelventil Gute Steuerbarkeit; geringe Leckage, wenn das Ventil vollständig geschlossen ist. Abgesehen von Schlämmen oder stark korrosiven Flüssigkeiten kann es weitgehend in Wasser, Dampf, Gasen usw. eingesetzt werden. Die Doppel-Sphärenventile verfügen über eine Konstruktion mit zwei Ventilsitzen, die mit dem Ventilstift verbunden sind, um die Belastung des Antriebsmechanismus zu verringern. Bei vollständig geschlossenem Ventil ist der Leckstrom groß und die Abstände zwischen den Flächen sind groß, weshalb es bestimmte Einschränkungen in der Anwendung gibt. Regelventil: Der Ventilstöpsel im Zylinder wird in eine bewegliche Konstruktion umgewandelt, um zu verhindern, dass starke Differenzdrücke zu Vibrationen des Ventilstöpsels führen. Man muss jedoch darauf achten, dass zwischen Zylinder und Ventilstempel Fasern und Schmutz eindringen können. Schmetterlingsventile werden zur Steuerung von geringen Druckdifferenzen in Öfen sowie bei der Verbrennung von Gasen eingesetzt. Es gibt auch Hochleistungs-Drehschieber, die für Dampf sowie für Bedingungen mit mittlerem und niedrigem Druck geeignet sind. Kugelventile werden hauptsächlich für ON/OFF-Operationen wie den Wechsel der Leitungen verwendet. Manchmal werden auch vorhandene Handventile durch Kugelventile ersetzt, um eine automatische Umstellung zu ermöglichen. Exzentrische Drehventile mit großer Kapazität, geeignet für Schlamm. Der Ventilstempel ist schalenförmig und leicht von dem Druck des Fluids beeinflusst, wodurch seine Anwendungsmöglichkeiten begrenzt sind. Die Sanders-Ventile eignen sich für korrosive Flüssigkeiten und Säfte, weisen jedoch eine geringere Langlebigkeit auf. Hilfseinrichtungen für Aktoren Zu den gängigen Hilfseinrichtungen für Aktoren gehören pneumatische Ventilpositionierer, elektropneumatische Ventilpositionierer, elektrische Ventilpositionierer, Elektromagnete, Steigerer, Geschwindigkeitsregler, Schließventile usw. Im Folgenden eine kurze Einführung. 1. Pneumatischer Ventilpositionierer – Der Positionierer ist ein Gerät, das am Antriebssystem angebracht wird, um die Öffnungsweite des Ventils mit dem Signal des Reglers in Einklang zu bringen. Wird hauptsächlich eingesetzt, um den Einfluss von äußeren Kräften wie Schwankungen des Fluiddrucks zu vermeiden und die Geschwindigkeit der Antriebseinheit zu erhöhen. Auch zur Verbesserung der Reaktionsfähigkeit bei getrennter Anordnung von Regler und Ventil werden pneumatische Geräte eingesetzt. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240126175973.png Prinzip des pneumatischen Ventilpositioniers 2. Elektropneumatischer Ventilpositionierer Der elektropneumatische Ventilpositionierer ist ein Gerät, das elektronische Steuersignale im Bereich 4–20 mA DC in Drucksignale umwandelt und dadurch die Öffnungsweite des zu steuernden Ventils verändert. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240127128473.png Prinzip des elektrisch-pneumatischen Ventilpositioniers 3. Elektrischer Ventilpositionierer Der elektrische Ventilpositionierer wird speziell in Kombination mit elektrischen Ventilen verwendet. Im elektrisch angetriebenen Teil wird ein reversibler Motor installiert, der die Öffnungsgrad der Ventile über einen variablen Widerstand (Potentiometer) als Spannungssignal an den elektrischen Ventilpositionierer zurückgibt. Durch die Vergleichsschaltungen Q1, Q2 sowie die Relais R1, R2 wird die Vorwärts-, Stopp- oder Rückwärtsbewegung des reversiblen Motors gesteuert, wodurch das Reglersignal Vi und das Öffnungs-Signal Vf übereinstimmen. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240128353630.png Prinzip des elektrischen Ventilpositioniers 4. Elektromagnetventil Das Elektromagnetventil kann als Schalter für die Luftzufuhrleitung dienen. Elektromagnetische Ventile werden in 2-wege-, 3-wege- und 4-wege-Ventile unterteilt usw. Im Vergleich zur direkten Steuerung von Fluiden werden sie häufiger in den Antriebskreisen von Schalthebeln oder zur Umwandlung pneumatischer Signale eingesetzt. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240129535817.png Prinzip der Elektromagnetventile
http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240130441755.png Beispiele für die Anwendung von Elektromagnetventilen
5. Steigerer: Wenn das Luftvolumen des Regelventils groß ist oder die Strecke, über die die pneumatischen Signale übertragen werden müssen, lang ist, wird ein Steigerer eingesetzt, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240131358005.png Prinzipielle Struktur des Spannungssteigers 6. Geschwindigkeitsregler Der Geschwindigkeitsregler ist ein Gerät, das zwischen dem Signal des Reglers und dem Antriebsteil angebracht wird, um eine Verzögerung des Signals des Reglers zu bewirken. Es kann auch zur Verhinderung des Wasserhammerphänomens verwendet werden. Die variable Düse/Regelung besteht aus einer Nadelventil, wobei die Verzögerungszeit auf den gewünschten Wert eingestellt wird. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240132373317.png Prinzip und Aufbau des Geschwindigkeitsreglers 7. Sperrventil Das Sperrventil ist ein kleines Ventil, das dazu dient, die Öffnungsweite des Regelventils bei Stromausfall oder Unterbrechung der Luftzufuhr beizubehalten. Bei der Planung muss berücksichtigt werden, ob sich der Schließventil in seinen ursprünglichen Zustand zurücksetzt, wenn der Strom wieder verfügbar ist oder der Druck wieder normal wird. Zudem muss die Reihenfolge sowie der Typ des Schließventils ausgewählt werden. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240140373473.png Schließventil und Anwendungsbeispiele – Durchflusscharakteristiken von Regelventilen. Die wichtigsten Durchflusscharakteristiken von Regelventilen sind linear, proportional, schnell öffnend sowie parabolisch. Es wird ausführlich im Artikel „Methoden zur Auswahl der Durchflusscharakteristik von Regelventilen“ auf dieser Website beschrieben; hier wird daher nicht weiter darauf eingegangen. Wird es im tatsächlichen Steuerungsprozess eingesetzt, ändert sich der Differenzdruck des Ventils mit den Schwankungen des Durchflusses. Das heißt, bei geringem Durchfluss ist der Druckverlust im Rohrleitungsbereich geringer, wodurch der Differenzdruck an der Ventilklappe größer wird. Bei hohem Durchfluss hingegen verringert sich der Differenzdruck an der Ventilklappe. Diese von den inhärenten Eigenschaften unterschiedlichen Ventil-eigenschaften werden als effektive Durchflusseigenschaften bezeichnet. Der Innenventil mit Schnellstartfunktion ist diskusförmig und dient hauptsächlich zum Öffnen/Schließen. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240153503473.png Krümmungsform der Ventilmembran. Die Durchflusssteuerungseigenschaften eines Ventils werden durch die Durchflusseigenschaften des Ventils sowie durch die Kombination mit den Anschlussleitungen, Pumpen usw. bestimmt. Je nach Anteil des Druckverlusts im Ventil innerhalb der jeweiligen Steuerobjekte und des Systems wird in der folgenden Tabelle das geeignete Ventil ausgewählt. Steuerungsobjekt: Der Anteil des Druckverlusts an den Ventilen im System. Durchflusscharakteristiken der Ventile. Durchflusssteuerung oder Niveausteuering. Unter 40 % – in Prozentangaben. Durchflusssteuerung oder Niveausteuering. Über 40 % – linear. Drucksteuerung oder Temperatursteuerung. Unter 50 % – in Prozentangaben. Drucksteuerung oder Temperatursteuerung. Über 50 % – linear. Da der Druckverlust in den Leitungen proportional zum Quadrat des Durchflusses zunimmt, und die Eigenschaften des Ventils sich linear verändern, erhöht sich bei geringem Durchfluss der Druckunterschied am Ventil. Wenn das Ventil etwas geöffnet wird, steigt der Durchfluss stark an. Bei hohem Durchfluss verringert sich der Druckunterschied am Ventil. Der Durchfluss steht also nicht in direktem Verhältnis zur Öffnungsgrad des Ventils. Zu diesem Zweck werden die Eigenschaften der Leitungen und Pumpen berücksichtigt, um eine Durchflussregelung zu erreichen, bei der sich der Durchfluss unabhängig von dessen Größe nur proportional zur Öffnungsgrad der Ventile ändert – das ist das Ziel bei der Gestaltung einer gleichprozentualen Charakteristik. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240155381286.png Rohrleitungssysteme und Druckverluste – Funktion der Regelventile. Die Funktion der Regelventile kann je nach Kombination aus Antriebseinheit und Ventilkörper gewählt werden. Die Kombination aus Antriebseinheit und Ventilkörper sowie die Ventilfunktion (Beispiel: Einzelventil). Die Ventilfunktion umfasst drei Arten: Vorwärtsbewegung, Rückschubbewegung und Halteposition. Die aktiven Betriebsweisen von pneumatischen Antrieben wie dem Membran- oder Zylindertyp basieren darauf, dass durch eine Erhöhung des Luftdrucks die Ventile geschlossen werden – dies wird auch als „AIR TO CLOSE“ bezeichnet. Die umgekehrte Betriebsweise ist die Methode, bei der die Ventile durch eine erhöhte Luftdrucksignale geöffnet werden; sie wird auch als „AIR TO OPEN“ oder „AIRLESS TO CLOSE“ bezeichnet. Elektrische Steuersignale können durch einen Positionierer in Drucksignale umgewandelt werden. Bei Unterbrechung der Steuersignale, Ausfall der Luftversorgung oder Stromausfall sollte man unter Berücksichtigung der Sicherheit des Prozesses sorgfältig entscheiden, ob die Ventile geschlossen oder geöffnet werden sollen. Zum Beispiel ist es bei dem Prozess der Mischung von Wasser und Säure, bei dem die Menge der Säure über Ventile gesteuert wird, sicherheitsgerecht und sinnvoll, das Säuresteuerventil zu schließen, falls die Elektrosignalkabel unterbrochen werden, es zu Leckagen in den Luftleitungen kommt, die Luftversorgung abbricht oder ein Stromausfall auftritt. Dafür sollten Gegenstromventile verwendet werden. Auswahl des Durchmessers der Regulierventile: Die Auswahl des Ventildurchmessers erfolgt auf der Grundlage der Eigenschaften des Fluids sowie der Einsatzbedingungen. Dabei wird mithilfe von Berechnungen der geeignetste Durchmesser ermittelt. Zudem wird der erforderliche Durchflusskoeffizient Cv berechnet. Anschließend wird unter Berücksichtigung des gewünschten Ventildurchmessers sowie des Durchflusskoeffizienten Cv das passende Ventil ausgewählt. 1. Definition des Cv-Werts: Wenn der Druckunterschied an der Ventilklappe 1 psi beträgt (0,07 kg/cm² = 7 kPa) und das lauwarme Wasser mit einer Geschwindigkeit von 1 Gallone pro Minute (3,785 Liter) fließt, dann wird der Durchflusskoeffizient Cv auf 1 definiert. 2、Berechnung des Cv-Werts ① Berechnung des Cv-Werts für Flüssigkeiten ② Berechnung des Cv-Werts für Gase ③ Berechnung des Cv-Werts für Dampf 3、Dimensionierung im SI-Einheitensystem Definition der Av-Werte und Cv-Werte. Allerdings wird derzeit häufiger der Cv-Wert verwendet. 4. Berechnungsmethode des Cv-Werts der Ventile: Der Cv-Wert wird in erforderlichen Cv-Wert und Ventil-Cv-Wert unterteilt. Es wird verlangt, dass das Cv anhand des Druckunterschieds der Ventile sowie der Eigenschaften der Flüssigkeit berechnet wird. Die Cv-Wert bezeichnet die Durchflussfähigkeit einer Ventil, und sie wird durch die Form sowie den Durchmesser des Ventils bestimmt. Bei der Auswahl des Ventil-Durchmessers sollte ein Ventil gewählt werden, dessen Cv-Wert etwas höher ist als der erforderliche Cv-Wert. Für Cv sind keine genauen Berechnungen notwendig. ①Berechnung des Cv-Werts: Bei Flüssigkeiten ② Einfache Methode zur Schätzung des Cv-Werts von Ventilen. Der Cv-Wert eines 1-Zoll-Kugelventils beträgt etwa 10. Der Cv-Wert schwankt im Verhältnis zum Quadrat des Ventil-Durchmessers – daher beträgt der Cv-Wert für 2 Zoll etwa 40. ③Rechenbeispiel: Wenn wir den Wasserhahn öffnen, um uns die Hände zu waschen, beträgt der Durchfluss etwa 5 l/min (0,3 m³/h). Der Wasserdruck liegt bei etwa 0,05 MPa. Nach dem Quadratwurzelziehen ergibt sich ein Wert von etwa 0,22. Somit beträgt der Cv-Wert einer Ventil mit einem Durchmesser von 13 mm etwa 3, während der Cv-Wert eines Ventils mit einem Durchmesser von 8 mm etwa 1 beträgt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ausreichende Wassermengen zur Verfügung stehen. Für Leitungen mit Leitungswasser werden in der Regel Rohre mit einem Durchmesser von 13 mm (1/2 Zoll) sowie 8 mm (1/3 Zoll) verwendet. Offensichtlich handelt es sich dabei um geeignete Durchmesser, bei denen ein Gleichgewicht erreicht werden kann. Der Artikel stammt von „Changhui Instrumenten-Website“”