Полный справочник по регулирующим клапанам

Thread Content

Последнее изменение в этом посте было сделано yunrun 22.07.2019 в 00:40. «Справочник по регулирующим клапанам» представлен компанией Yokogawa Electric из Японии. В нем рассматриваются такие аспекты, как исполнительные механизмы регулирующих клапанов, корпуса клапанов, вспомогательное оборудование для исполнительных механизмов, принципы работы регулирующих клапанов, способы определения расхода через регулирующие клапаны, а также методы расчета коэффициента расхода. Эта информация очень полезна для тех, кто хочет глубоко разобраться в работе регулирующих клапанов. Полная информация о регулирующих клапанах: yunrun.com.cn/tech/1346.html. В области управления процессами регулирующие клапаны часто используются в качестве устройств для управления такими параметрами, как расход, давление, температура и уровень жидкости. Регулирующий клапан состоит из исполнительного механизма и корпуса клапана; в сочетании с различным вспомогательным оборудованием (таким как позиционеры, электромагнитные клапаны, повышающие насосы, контроллеры скорости, запорные клапаны и т. д.) он может выполнять множество функций. Исполнительный механизм. В зависимости от сигналов управления, а также направления действия и характеристик расхода при отсутствии источника привода, исполнительный механизм и корпус клапана могут иметь различную структуру. Здесь описываются только наиболее типичные из них. Приводы регулирующих клапанов бывают пневматическими, электрическими и гидроэлектрическими; пневматические приводы в свою очередь делятся на диафрагменные и цилиндрические. В зависимости от действий при сигнале управления и исчезновении источника питания, исполнительные механизмы делятся на прямого действия, обратного действия, безориентационных и удерживающих. У типа с прямым действием ось клапана поднимается при исчезновении управляющего сигнала и источника питания, тогда как у типа с обратным действием она опускается. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240245313786.png http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240246030348.png Схема принципа работы исполнительного механизма. Корпус клапана: существует множество видов корпусов клапанов; их выбор осуществляется в зависимости от типа клапана, диаметра и условий работы жидкости. Существуют угловые клапаны, тройники, диафрагменные клапаны, затворные клапаны, бабочковые клапаны, шаровые клапаны, эксцентриковые вращающиеся клапаны и т. д. Шаровой клапан — самый распространенный тип. Сигнал управления давлением передается в исполнительный механизм, а именно в пневматический исполнительный механизм цилиндрического или диафрагменного типа, что приводит к движению штока клапана вверх и вниз. Как показано на рисунке, вертикальное движение штока клапана позволяет изменять расстояние между поршнем клапана и седлом клапана, тем самым меняя расход жидкости. Типы и характеристики клапанов. Тип, характеристики и области применения. Шаровой клапан с одним седлом: хорошие характеристики управления; минимальная утечка при полном закрытии клапана. Помимо суспензий или сильно коррозионных жидкостей, его можно широко использовать в воде, паре, газах и т. д. Двухместный сферический клапан использует конструкцию с двумя наборами седел, соединенных с поршнем, чтобы снизить нагрузку на приводной механизм. При полном закрытии клапана уровень утечек высок, а размеры межповерхностных зон велики, поэтому его применение имеет определённые ограничения. Регулирующий клапан: клапанный шток в цилиндре преобразуется в подвижную конструкцию для предотвращения вибрации штока из-за чрезмерной разницы давлений. Однако следует обратить внимание на то, что между цилиндром и поршнем может оказаться волокна и мусор. Клапан-бабочка используется для регулирования давления в печи и при сгорании газов в условиях небольшой разницы давлений. Существуют также высокопроизводительные клапаны-бабочки, подходящие для использования в условиях пара и при среднем и низком давлении. Шаровые клапаны часто используются для переключения потоков в трубопроводах и других операций типа включение/выключение. Иногда существующие ручные клапаны заменяют на шаровые для автоматического переключения. Эксцентриковый вращающийся клапан с большой ёмкостью, может использоваться для пастообразных сред. Клапанный шток имеет чашеобразную форму, поэтому легко подвержен воздействию давления жидкости, что ограничивает сферу его применения. Клапан Сандерса подходит для использования с коррозионными жидкостями и пастами, но имеет низкую долговечность. Вспомогательное оборудование исполнительных механизмов. К распространенным видам вспомогательного оборудования относятся пневматические регуляторы положения клапанов, электропневматические регуляторы положения клапанов, электрические регуляторы положения клапанов, электромагнитные клапаны, повышающие насосы, контроллеры скорости, запорные клапаны и т. д. Ниже приведено краткое описание. 1. Позиционер пневматического клапана — это устройство, устанавливаемое на приводное устройство, для обеспечения соответствия угла открытия клапана сигналу регулятора. В основном используется для защиты от воздействия внешних факторов, таких как изменения давления жидкости, и для ускорения работы приводного устройства. Для улучшения характеристик реагирования в случае разделения регулятора и клапана также используются пневматические устройства. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240126175973.png Принцип работы пневматических регуляторов клапанов. 2. Электропневматические регуляторы клапанов. Электропневматические регуляторы клапанов – это устройства, которые преобразуют электронные сигналы управления в диапазоне 4–20 мА постоянного тока в пневматические сигналы, что позволяет изменять степень открытия клапана. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240127128473.png Принцип работы электрических регуляторов положения клапанов 3. Электрические регуляторы положения клапанов Электрические регуляторы положения клапанов предназначены для использования в сочетании с электрическими клапанами. В электроприводной части устанавливается обратимый двигатель; с помощью переменного резистора (потенциометра) степень открытия клапана передается в виде напряженностного сигнала на позиционер электрического клапана. С помощью сравнителей Q1, Q2 и реле R1, R2 осуществляется управление прямым, паузой или обратным ходом двигателя с обратимым вращением, что позволяет поддерживать соответствие между сигналом регулятора Vi и сигналом положения Vf. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240128353630.png Принцип работы электропневматического регулятора клапанов 4. Электромагнитный клапан Электромагнитный клапан может выполнять функцию переключателя в воздушной цепи. Электромагнитные клапаны делятся на двухпозиционные, трехпозиционные, четырехпозиционные и т. д. По сравнению с прямым управлением потоком жидкости, они чаще используются в цепях управления клапанами или для переключения пневматических сигналов. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240129535817.png Принцип работы электромагнитного клапана http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240130441755.png Примеры применения электромагнитных клапанов 5. Повышающий преобразователь Когда объем воздуха, проходящего через регулирующий клапан, велик, или расстояние передачи пневматического сигнала велико, используется повышающий преобразователь для ускорения скорости реакции. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240131358005.png Принципиальная схема повышающего трансформатора. 6. Регулятор скорости. Регулятор скорости – это устройство, которое устанавливается между сигналом регулятора и приводным узлом; оно служит для задержки сигнала регулятора. Также может использоваться для предотвращения явления ударного воздушного потока. Регулируемый стенд с изменяемым отверстием состоит из игольчатого клапана; время задержки устанавливается на желаемое значение. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240132373317.png Принцип работы контроллера скорости. 7. Замыкающий клапан – это небольшой клапан, который позволяет сохранять заданное положение регулирующего клапана в случае отключения электроэнергии или прерывания подачи воздуха. При проектировании необходимо учитывать, восстанавливается ли замковый клапан в исходное состояние при восстановлении электроснабжения или нормального давления воздуха, а также выбирать последовательность или тип замкового клапана. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240140373473.png Замковый клапан и примеры применения. Характеристики расхода регулирующего клапана. Основными типами характеристик расхода регулирующего клапана являются линейный, равнопроцентный, быстрый открывающийся и параболический. Подробное описание приведено в статье нашего сайта «Методы выбора характеристик расхода регулирующих клапанов», поэтому здесь мы не будем это повторять. При установке в реальный процесс управления разница давлений на клапане изменяется в зависимости от расхода. То есть при небольшом расходе потока потери давления в трубопроводах малы, а разница давлений у клапана велика; при большом расходе потока разница давлений у клапана снижается. Эти характеристики клапана, отличные от его врожденных свойств, называются эффективными характеристиками расхода. Внутренний клапан с функцией быстрого запуска имеет дисковую форму и используется в основном для открытия/закрытия. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240153503473.png Форма поверхности клапанного элемента регулирующего клапана. Характеристики контроля расхода жидкости у клапана определяются как характеристиками самого клапана, так и сочетанием трубопроводов, насосов и других элементов системы. Выбор подходящего варианта осуществляется на основе доли потерь давления в клапане для каждого объекта управления и в całой системе, как показано в таблице ниже. Объект управления: доля потерь давления в клапанах в системе; характеристики расхода через клапаны; управление расходом или уровнем жидкости. Если доля составляет менее 40%, то применяется управление расходом или уровнем жидкости. Если доля превышает 40%, то характеристики расхода являются линейными; в таком случае применяется управление давлением или температурой. Поскольку потери давления в трубопроводах увеличиваются пропорционально квадрату расхода, а если характеристики самого клапана имеют линейную форму, то при низком расходе разница давлений за клапаном увеличивается; при небольшом открытии клапана расход становится высоким. При высоком расходе разница давлений за клапаном снижается; при этом расход не может быть пропорционален степени открытия клапана. С этой целью, с учетом характеристик трубопроводов и насосов, задачей проектирования кривой равномерного распределения является обеспечение контроля расхода, который изменяется пропорционально степени открытия клапана, независимо от величины расхода. http://yunrun.com.cn/upload/201704/24/201704240155381286.png Система трубопроводов и потери давления Работа регулирующего клапана Работу регулирующего клапана можно выбрать в зависимости от комбинации привода и корпуса клапана. Комбинация приводного устройства и корпуса клапана, а также способы действия клапана (на примере одноклапанных клапанов). Способы действия клапана включают три вида: прямое действие, обратное действие и режим удержания. Способ приведения в действие с использованием пневматических приводов, таких как диафрагменные и цилиндрические, заключается в закрытии клапана посредством увеличения давления воздуха; это также называется методом «AIR TO CLOSE». Обратный способ действия заключается в открытии клапана путем увеличения давления воздуха; его также называют «AIR TO OPEN» или «AIRLESS TO CLOSE». Сигналы управления от электропривода могут быть преобразованы в сигналы под давлением с помощью позиционера. При прерывании сигнала управления, отсутствии подачи воздуха или перебоех в электроснабжении необходимо учитывать безопасность и целесообразность действий при закрытии или открытии клапанов. Например, при регулировании количества кислоты с помощью клапана в процессе смешивания воды и кислоты, безопасным и разумным решением будет закрытие клапана управления кислотой в случае обрыва электрического кабеля, утечки воздуха из трубопроводов, прерывания подачи воздуха или отключения электроэнергии; для этой цели следует использовать клапаны с обратным действием. Выбор диаметра регулирующего клапана. Диаметр клапана выбирается на основе характеристик жидкости и условий её использования путем расчета наиболее подходящего диаметра. Также вычисляется коэффициент производительности Cv, необходимый для обеспечения требуемого расхода жидкости. На основе этих данных определяется подходящий диаметр клапана. 1. Определение значения Cv. При разнице давлений на клапане 1 psi (0,07 кг/см² = 7 кПа) и при протекании теплой воды со скоростью 1 галлон в минуту (3,785 литра), значение коэффициента расхода Cv определяется как 1. 2. Расчет значения Cv: ① Расчет значения Cv для жидкостей; ② Расчет значения Cv для газов; ③ Расчет значения Cv для пара. 3. Способы определения размеров в системе единиц SI. Определение значений Av и Cv. Однако в настоящее время более широко используется значение Cv. 4. Метод расчета значения Cv клапана. Значение Cv делится на требуемое значение Cv и значение Cv клапана. Требуется, чтобы Кв было рассчитано на основе разницы давлений в клапане и условий потока. Коэффициент Cv обозначает пропускную способность клапана и определяется его формой и диаметром. При выборе диаметра клапана следует выбрать такой клапан, у которого значение Cv будет немного выше требуемого значения Cv. Для Cv не требуется точных расчетов. ①Расчет Cv. При том, что жидкость находится в состоянии потока. ② Простой способ оценки значения Cv для клапанов. Значение Cv для шарового клапана диаметром 1 дюйм составляет примерно 10. Значение Cv изменяется пропорционально квадрату кратности диаметра клапана, поэтому для клапана диаметром 2 дюйма значение Cv составляет примерно 40. ③Пример расчета: при мытье рук под краном расход воды составляет примерно 5 л/мин (0,3 м³/ч), а давление воды — около 0,05 МПа. Квадратный корень от этого значения равен примерно 0,22. Следовательно, коэффициент Cv клапана с диаметром 13 мм составляет примерно 3, а у клапана с диаметром 8 мм — примерно 1. Таким образом, можно гарантировать достаточный объем воды. Для водопроводных труб обычно используются трубы диаметром 13 мм (1/2 дюйма) и 8 мм (1/3 дюйма); очевидно, что это подходящие размеры, позволяющие достичь баланса. Статья взята с сайта «Чанхуэй Инструменты»”