Thread Content
Последнее редактирование сделал Ван Тяньцзэ 18.12.2016 в 19:56. Правильный выбор и особенности использования регулирующих клапанов – давайте продолжим обсуждение: handshake Регулирующий клапан является конечным исполнительным элементом в системах управления промышленными процессами. В автоматизированных системах непрерывного производства регулирующие клапаны необходимы для контроля различных технологических параметров; с их помощью регулируются такие характеристики потока, как давление, температура, расход и уровень жидкости. Их часто называют «руками и ногами» в системах автоматизации промышленного производства. Качество его применения напрямую влияет на качество регулирования системы. В качестве окончательного исполнительного элемента в системах управления процессами его значение теперь понимается гораздо лучше, чем раньше. Качество использования регулирующих клапанов зависит не только от качества самого продукта, а также от того, правильно ли пользователь осуществляет их установку, эксплуатацию и обслуживание. Очень важным является также правильный расчет при выборе подходящего клапана. Из-за ошибок при расчете параметров выбора возникает нестабильная работа системы; существует множество примеров, когда она вообще не может быть использована. Поэтому пользователи и специалисты по проектированию систем должны полностью осознавать важность регулирующих клапанов на месте и уделять должное внимание их выбору. Общие принципы выбора регулирующего клапана заключаются в следующем: при соблюдении требований к функциональности выбранный регулирующий клапан должен иметь простую конструкцию, надежную работу, низкую стоимость, длительный срок службы и быть удобным в обслуживании. Ниже подробно рассматривается выбор типа регулирующего клапана и выбор принадлежностей. 1. Выбор типа регулирующего клапана. Существует множество способов классификации регулирующих клапанов. В настоящее время в странах мира чаще всего используется классификация, основанная на структуре, принципе действия и назначении. Всего выделяется 9 основных категорий: регулирующие клапаны с одним седлом, регулирующие клапаны с двумя седлами, клапаны с втулкой, угловые регулирующие клапаны, тройничные регулирующие клапаны, диафрагменные клапаны, бабочковые клапаны, шаровые клапаны и эксцентриковые вращающиеся клапаны. Эти девять типов являются самыми базовыми и распространенными; их также называют стандартными моделями. Остальные модели создаются путем модификации этих базовых моделей с учетом конкретных условий применения; их называют специальными моделями. 1.1 Особенности и правила выбора регулирующих клапанов стандартного типа 1.1.1 Регулирующий клапан с одним седлом и прямым проходом У такого клапана имеется только один поршень и одно седло, что позволяет обеспечить надежную герметизацию. Может использоваться как твердая герметизация между металлами, так и мягкая герметизация с использованием политетрафторэтилена или других композитных материалов. Стандартный уровень утечки составляет 0,01%C (где C — коэффициент номинального расхода). Допускаемое давление разницы составляет небольшое значение, а пропускная способность — также невелика. Например, у регулирующего клапана с одним седлом и диаметром DN100 допускаемое давление разницы составляет всего 120 кПа, а пропускная способность — 100. Имеет сложную структуру каналов подачи, но простую саму по себе. Подходит для использования с чистыми жидкостями, при которых требуется высокий уровень герметичности и небольшая разница давлений. Однако регулирующие клапаны малого размера (DN1/2, 3/4, 20) также могут использоваться в условиях большой разницы давлений. Это один из наиболее широко используемых типов регулирующих клапанов; при дальнейшей модификации он может использоваться в качестве запорного клапана. Форма сердечника клапана определяет характеристики расхода; после износа он теряет свои первоначальные свойства, а замена сердечника позволяет изменить эти характеристики. Однако сила давления жидкости на элемент клапана велика, то есть сила дисбаланса также велика; поэтому требуется привод с большой силой толкания. В связи с этим в условиях высокой разницы давлений и больших диаметров такие регулирующие клапаны не подходят для использования. При выборе этого клапана необходимо уделять особое внимание проверке разницы давлений, чтобы предотвратить его открытие под действием давления. 1.1.2 Регулирующий клапан с двумя седлами и прямым проходом. У регулирующего клапана с двумя седлами и прямым проходом имеются два поршня и два седла. Поскольку сила, действующая на верхний поршень вверх, и сила, действующая на нижний поршень вниз, практически компенсируют друг друга, общая сила, действующая на поршень, остается небольшой. Это позволяет использовать большую разницу давлений. Например, у регулирующего клапана с двумя седлами диаметром DN100 разница давлений может составлять 280 кПа. Такой клапан обладает высокой пропускной способностью: по сравнению с другими регулирующими клапанами такого же диаметра, он может пропускать больше жидкости. Пропускная способность регулирующего клапана с двумя седлами примерно на 20–50% выше, чем у клапана с одним седлом. Например, пропускная способность двухместного регулирующего клапана DN100 составляет 160. Следовательно, для достижения такой же производительности двухместный регулирующий клапан может оснащаться исполнительным механизмом с меньшей силой толкания. Двухместный регулирующий клапан оснащен двойным направляющим устройством сверху и снизу, поэтому его легко преобразовать из одного вида в другой: достаточно просто заменить положение клапанных элементов, чтобы превратить клапан из одного вида в другой, без необходимости менять тип исполнительного механизма с прямого действия на обратное или наоборот. В двухместном регулирующем клапане верхний и нижний клапанные элементы не могут одновременно обеспечивать закрытие, из-за чего уровень утечки велик; стандартный уровень утечки составляет 0,1%C (где C — коэффициент номинального расхода) ； У него сложная структура каналов, поэтому он не подходит для использования в условиях высокой разницы давлений. В таких условиях клапан сильно подвергается воздействию высокодавленной жидкости, что способствует возникновению процессов испарения и кавитации, что усугубляет износ корпуса клапана. Кроме того, он также не подходит для контроля жидкостей, содержащих волокна, или жидкостей с высокой вязкостью. 1.1.3 Регулирующий клапан с корпусом. Регулирующий клапан с корпусом также называется клапаном с корзиной; его внутренние элементы включают поршень и корзину клапана. Корпус может быть прямым одноклапанным регулирующим клапаном, двухклапанным регулирующим клапаном или угловым регулирующим клапаном и т. д. Существуют два варианта конструкции: с одной прокладкой и с двумя прокладками. Первый вариант соответствует одноклапанным регулирующим клапанам и используется в тех случаях, когда требуется использование одноклапанных регулирующих клапанов ； Последний эквивалентен двухместному регулирующему клапану и подходит для ситуаций, где требуется использование двухместного регулирующего клапана. Кроме того, он обладает хорошей стабильностью, удобством загрузки и разгрузки, простотой в обслуживании, а также способен снижать уровень шума и воздействие кавитации. Однако его цена на 50–200% выше, чем у одно- и двухместных регулирующих клапанов. Кроме того, требуются специальные уплотнительные прокладки. Этот клапан находит широкое применение, уступая по популярности только одно- и двухместным регулирующим клапанам. Однако его не следует использовать для работы с грязными средами, а также с средами, склонными к кристаллизации, образованию осадков или налета. 1.1.4 Угловой регулирующий клапан. Угловой регулирующий клапан – это регулирующий клапан с одним седлом, имеющий специальную конструкцию корпуса. Он подходит для использования в определенных трубопроводах и с целью управления потоком жидкости. Корпус такого клапана имеет угловую форму (это по сути своей изгиб трубы). Принцип регулирования потока и распределения нагрузки при его работе полностью соответствует принципам работы обычного регулирующего клапана с одним седлом. Сохранены характеристики одноклапанных регулирующих клапанов: низкая утечка и небольшое допустимое давление разницы. Кроме того, благодаря простой конструкции потока и свойству «самоочищения», он подходит для работы с грязными средами. Его также можно доработать в угловой запорный клапан, предотвращающий засорение; такой клапан пригоден для использования в условиях, когда среда содержит взвешенные частицы, особенно в случаях, когда пространство для монтажа ограничено. 1.1.5 Регулирующий клапан с тройным выходом. Регулирующий клапан с тройным выходом использует собственную систему направления движения элемента управления. При смене режима работы — открытого или закрытого при подаче воздуха — необходимо заменить исполнительный механизм. Следует иметь в виду, что понятия «открытый при подаче воздуха» и «закрытый при подаче воздуха» для этого клапана отличаются от аналогичных понятий у других регулирующих клапанов. Необходимо четко определить, относится ли режим «открытый/закрытый» к горизонтальному или вертикальному положению клапана. У него три канала; он может заменить два обычных одноклапанных регулирующих клапана для разделения и слияния двух потоков в случаях, когда разница температур не превышает 150°C. При DN ≤ 80 мм клапан для слияния может использоваться также для разделения потоков. 1.1.6 Регулирующий клапан с диафрагмой. Регулирующий клапан с диафрагмой состоит из диафрагмы, устойчивой к коррозии, и корпуса клапана, покрытого материалом, также устойчивым к коррозии. У него простая конструкция канала для потока жидкости, что позволяет использовать его в ситуациях, когда необходимо полное закрытие потока при работе с загрязненными или слабокоррозионными средами. Это один из первых регулирующих клапанов. Из-за свойств, позволяющих быстро открываться, качество регулирования у него слабое. Кроме того, на его работу влияют материал диафрагмы и внутреннего покрытия, поэтому его нельзя использовать в условиях высоких температур и давлений. Обычно допустимое рабочее давление составляет ≤1,6 МПа, а температура — ≤150°C. Ещё одним недостатком является склонность диафрагмы к повреждениям и короткий срок её службы. Поэтому сейчас он используется редко. 1.1.7 Клапан-бабочка. Клапан-бабочка представляет собой участок трубопровода, выполняющий функцию корпуса клапана; в центре располагается заслонка для регулирования потока. Это самый распространенный тип вращательного регулирующего клапана. Подходит для низкого и среднего давления, а в редких случаях — для условий высокого статического давления и большого расхода, однако существуют ограничения по разнице давлений. У него малый размер и небольшой вес; он в 4–10 раз легче сферических регулирующих клапанов аналогичного диаметра. Соотношение диаметра к цене у него низкое, что делает его особенно подходящим для использования в случаях с большим диаметром. Чем больше диаметр регулирующего клапана, тем более заметной становится эта особенность. Как правило, когда DN>300 мм, для этой цели используются клапаны-бабочки. 1.1.8 Шаровой клапан. Шаровой клапан представляет собой проверенный и надежный продукт. Существуют шаровые клапаны типа «О» и типа «V». У них самый простой путь потока, минимальное гидравлическое сопротивление и потери. Кроме того, у таких клапанов лучшие показатели «самоочищения». “Клапан с O-образным сечением — это регулирующий клапан без сопротивления потоку. По сравнению с аналогичными по характеристикам клапанами, у него наибольший коэффициент расхода. Его часто используют в случаях, когда требуется большой расход жидкости или когда среда, через которую проходит жидкость, имеет негативные свойства ； “Шаровой клапан в форме буквы «V» обеспечивает приблизительно логарифмическую зависимость расхода от давления, а также имеет большой коэффициент регулировки. При вращении шарового ядра относительно седла клапана возникает сдвиговое действие, что делает его особенно подходящим для регулирования и перекрытия потока в средах с высокой вязкостью, суспензиях, целлюлозном сиропе и других загрязненных или содержащих волокна средах. Цены на шаровые клапаны довольно высоки. 1.1.9 Эксцентриковый вращающийся клапан, также называемый клапаном с камертонным механизмом, сочетает в себе преимущества шаровых и бабочковых клапанов: имеет простую конструкцию, хорошие свойства самоочистки и регулирования, что позволяет использовать его в случаях, когда используются кристаллизующиеся, засоряющиеся или загрязненные среды ； Корпус клапана имеет небольшие размеры и малый вес; его можно гибко собирать в зависимости от места установки без необходимости замены каких-либо деталей ； Коэффициент номинального расхода высок: он на 10–30% превышает показатель аналогичных регулирующих клапанов с одним или двумя седлами такого же диаметра. Диапазон регулировки также велик – до 100:1 ； Уплотнение седла клапана надежно; благодаря деформируемости опорных рычагов клапанных элементов, а также эксцентрическому вращению сферических частей клапана, требуемый момент для его управления снижается. Это позволяет компенсировать некоторые асимметрии, обеспечивая стабильную работу клапана при открытии/закрытии и при высоких разницах давлений ； При регулировании в процентном соотношении необходимо использовать позиционер; изменяя положение выступа в позиционере, можно легко получить характеристики прямолинейного или равномерного расхода. 1.2 Выбор регулирующих клапанов специального типа Для специальных условий использования, на основе вышеописанных регулирующих клапанов, при необходимости можно удлинить верхнюю крышку клапана и добавить радиаторы для работы в условиях низких и высоких температур ； Использование привода с несколькими пружинами позволяет уменьшить размеры и вес всего регулирующего клапана ； Для снижения шума применяется ряд мер по его уменьшению, что позволяет создать клапаны с низким уровнем шума. Кроме того, существуют регулирующие клапаны с раздельной конструкцией корпуса, что облегчает их техническое обслуживание и очистку ； Регулирующий клапан с быстрым отключением для удовлетворения требований к быстрой последовательности действий ； Регулирующий клапан низкого давления, разработанный для удовлетворения требований к контролю низких потоков ； Для предотвращения утечек используются регулирующие клапаны с мембранной герметизацией и т. д. Эти специальные типы регулирующих клапанов представляют собой специализированные устройства, разработанные для использования в процессах производства с особыми требованиями или в определенных условиях эксплуатации; они относятся к нестандартным клапанам. Они характеризуются сложными условиями эксплуатации, высокими требованиями к использованию и небольшими объемами производства. Как правило, такие регулирующие клапаны являются модификациями стандартных моделей, адаптированными под конкретные требования использования. Следовательно, сначала необходимо определить его базовую форму с учетом отсутствия особых особенностей, а затем уже подбирать соответствующие варианты формы и материалы с учетом имеющихся особенностей. 2. Выбор принадлежностей К основным принадлежностям регулирующих клапанов относятся: позиционеры клапанов, выключатели положения клапана, пневматические удерживающие клапаны, пневматические реле, электромагнитные клапаны, воздушные фильтры-редукторы, ручные маховики, передатчики положения клапана и преобразователи и т. д. Среди них выделяются электрические и пневматические позиционеры клапанов, которые используются для улучшения характеристик регулирующего клапана, обеспечения его точной позиции, повышения линейности изменения положения клапана, снижения задержки в передаче регулирующего сигнала, изменения характеристик расхода клапана, изменения диапазона реакции клапана на сигнал о давлении, а также для реализации функций разделенного управления и точной позиционирования. Это один из основных принадлежностей регулирующего клапана; его качество напрямую влияет на производительность и качество самого клапана, а также всей регулирующей системы. Ниже приведены основные факторы, которые необходимо учитывать при выборе позиционера клапана: 1) способен ли позиционер клапана выполнять функцию «разделения диапазона», то есть реагировать только на сигналы в определенном диапазоне. Если позиционер клапана способен выполнять эту функцию, то по необходимости можно использовать один входной сигнал для управления двумя или более регулирующими клапанами ； 2) Легко ли настраивать нулевую отметку и диапазон измерений, является ли калибровка независимой, какова стабильность? ； 3) Какова точность позиционера клапана? В идеальных условиях работы, при наличии определенного входного сигнала, внутренние элементы регулирующего клапана (включая его поршень, шток, седло и т. д.) должны точно занимать нужное положение каждый раз, независимо от направления движения или от величины нагрузки, действующей на эти элементы ； 4) Каковы скорость действия и частотные характеристики позиционера клапана? Поскольку позиционер клапана может постоянно сравнивать входной сигнал и положение клапана, а также регулировать свой собственный выход в зависимости от разницы между ними. Если позиционер клапана быстро реагирует на такие отклонения, то объем потока среды за единицу времени будет велик. В результате система регулирования будет быстрее реагировать на изменения заданного значения и нагрузки; это приводит к меньшим ошибкам в работе системы и к лучшему качеству управления. Как правило, чем выше частотная характеристика, то есть чем выше чувствительность к частотному отклику, тем лучше показатели управляемости. Следует отметить, что оценка частотных характеристик должна осуществляться с использованием как экспериментальных, так и теоретических методов, а не исключительно на основе теории. При оценке экспериментальные методы должны быть надежными и научно обоснованными. Кроме того, необходимо учитывать вместе позиционеры клапанов и исполнительные механизмы ； 5) Как изменяется разрешающая способность позиционера клапана при его соединении с регулирующим клапаном? Разрешающая способность позиционирования оказывает весьма значительное влияние на качество управления системой регулирования. Чем выше разрешающая способность, тем более точно происходит позиционирование регулирующего клапана по отношению к идеальному значения. Это позволяет эффективно снизить колебания, возникающие из-за чрезмерного управления клапаном, тем самым достигая цели ограничения периодических изменений регулируемой величины. 6) Соответствует ли максимальное номинальное давление питания позиционера клапана номинальному рабочему давлению исполнительного механизма; удобно ли производить монтаж и подключение; каков объем и сложность обслуживания и т.д. А за исключением позиционера клапана, остальные виды принадлежностей относительно просты, и здесь нет необходимости повторяться. Все дополнительные элементы выполняют вспомогательную функцию и обеспечивают корректную работу регулирующего клапана. При их выборе следует придерживаться принципа: включать только необходимые элементы, а ненужные — исключать. В противном случае это лишь увеличит эксплуатационные расходы системы управления и снизит её надежность. 3 Заключение. Правильный выбор регулирующего клапана является первым и самым важным шагом в его эффективном использовании. Качество выбора напрямую влияет на эффективность работы регулирующего клапана, а значит, и на качество регулирования в всей системе. Разумеется, процесс выбора довольно сложен; это целая наука, требующая постоянных исследований и обобщений в процессе практического применения. Поэтому при выборе регулирующих клапанов, обладая соответствующими профессиональными знаниями, необходимо овладеть определенными методами и приемами. Только так можно по-настоящему реализовать их роль «рук и ног» в автоматизированном управлении промышленными процессами.