Решения распространенных проблем с регулирующими клапанами

Thread Content

Способы устранения вибрации регулирующего клапана: 1. Метод повышения жесткости. Для устранения или снижения уровня колебаний и слабой вибрации можно повысить жесткость конструкции. Для этого можно использовать пружины с высокой жесткостью, а также заменить привод клапана на пневматический. 　　2. Увеличение демпфирования. Увеличение демпфирования означает повышение сопротивления вибрациям, то есть увеличение трения. Например, в клапанах с втулкой можно использовать уплотнительные кольца типа «O», а также графитовые уплотнители с высоким уровнем трения. Это может способствовать устранению или снижению слабых вибраций. 　　3. Увеличение размеров направляющих элементов и уменьшение зазоров между деталями. У клапанов в форме штифта размеры направляющих элементов обычно невелики, а зазоры между деталями — большие; они составляют от 0,4 до 1 мм. Это способствует возникновению механических вибраций. Следовательно, при незначительных механических вибрациях их можно снизить путем увеличения размеров направляющих и уменьшения зазора между деталями. 　　4. Изменение формы узла ограничения потока для устранения резонанса: поскольку так называемый источник колебаний в регулирующем клапане возникает в зоне ограничения потока, где происходит высокоскоростный поток и резкие изменения давления, изменение формы узла ограничения потока позволяет изменить частоту этого источника колебаний. Таким образом, проблему легче решить, когда резонанс не является сильным. Конкретный способ заключается в том, чтобы на поверхности клапанного элемента в диапазоне колебаний угла открытия выполнить фрезеровку на глубину 0,5–1,0 мм. В районе жилых помещений одного из производителей был установлен саморегулирующийся регулятор давления; из-за резонанса возникал шум, мешавший сотрудникам отдыхать. Мы сгладили поверхность клапана на 0,5 мм, и шум от резонанса исчез. 　　5. Принцип устранения резонанса путем замены регулирующего элемента аналогичен принципу, описанному в пункте 4.5, 4); разница заключается лишь в замене самого регулирующего элемента. 　　Существуют следующие методы: ① Изменение характеристик расхода: преобразование логарифмических в линейные и наоборот; ② Изменение формы клапанных элементов. Например, можно заменить штоковый элемент на клапанный элемент с «V»-образной канавкой, а штоковую конструкцию двухседельного клапана — на цилиндрическую; также можно заменить цилиндр с отверстием на цилиндр с мелкими отверстиями и т. д. В одном из заводов по производству азотных удобрений был использован двухседельный клапан DN25; в этом клапане часто разрывалась связь между штоком и седлом клапана. После того как мы выявили причину в резонансе, мы заменили седло клапана с линейной характеристикой на седло с логарифмической характеристикой, и проблема была решена. Например, в одной из лабораторий авиационного института использовался клапан с рукавом DN200; из-за сильного вращения заслонки клапан не мог функционировать. После того как в рукаве было сделано несколько мелких отверстий, вращение заслонки немедленно прекратилось. 　　6. Замена типа регулирующего клапана для устранения резонанса. У регулирующих клапанов с разной конструкцией естественно различаются их собственные частоты. Замена типа регулирующего клапана является наиболее эффективным способом коренного устранения резонанса. У клапана, при использовании которого наблюдаются сильные вибрации — интенсивные колебания (в крайних случаях это может привести к разрушению клапана), сильное вращение (даже стержень клапана может сломаться или вывернуться), а также сильный шум (до 100 децибел и более), достаточно заменить его на клапан с совершенно другой конструкцией. В этом случае сильная резонансная активность мгновенно исчезает. В ходе нового расширения одного из заводов по производству винилона был использован клапан с рукавом DN200. При этом наблюдались все три вышеупомянутых явления: трубопровод диаметром DN300 дрожал, клапанный элемент вращался, а уровень шума превышал 100 децибел. Угол резонанса составлял 20–70%. Учитывая большой угол резонанса, был использован клапан с двумя седлами; после этого резонанс исчез, и клапан начал работать нормально. 　　7. Для снижения колебаний, вызванных кавитацией, необходимо искать способы уменьшения процесса кавитации, то есть разрушения пузырьков кавитации. 　　①Пусть энергия удара, возникающая при разрыве пузырьков, не воздействует на поверхность твердого тела, особенно на элемент клапана, а будет поглощена жидкостью. У клапанов с втулкой именно такая особенность, поэтому клапанный элемент типа штифтового можно заменить на клапанный элемент типа втулочного. 　　②Применяются все возможные способы снижения кавитации, такие как увеличение сопротивления в зоне сужения, повышение давления в этой зоне, ступенчатое или *снижение давления и т. д. 　　9. Избегание воздействия волн от внешних источников колебаний. Воздействие волн от внешних источников может привести к колебаниям клапана, что, очевидно, является ситуацией, которой необходимо избегать при нормальной работе регулирующего клапана. Если такие колебания все же возникают, необходимо принять соответствующие меры. Способы улучшения стабильности регулирующего клапана при ее недостаточном уровне: 1. Изменение направления действия сил, вызывающих дисбаланс. При анализе стабильности известно, что если силы, вызывающие дисбаланс, действуют в направлении закрытия клапана, то стабильность клапана снижается. При работе клапана в условиях действия вышеуказанных несбалансированных сил применяется метод изменения направления их действия; обычно это заключается в преобразовании клапана из режима закрытия потока в режим открытия потока. В целом, такой подход позволяет эффективно решить проблему стабильности клапана. 2. Способ избежания работы клапана в зоне нестабильности. Некоторые клапаны из-за особенностей своей конструкции имеют низкую стабильность при работе в определенных положениях открытия. 　　①Двухклапанный клапан: угол открытия составляет менее 10%. Из-за того, что поток проходит через верхний шарик, а закрывается через нижний шарик, возникают проблемы с стабильностью работы клапана; ② При изменении угла действия сил, приводящих к дисбалансу, стабильность клапана снижается. У клапанов-бабочек точка перехода находится примерно на уровне 70 градусов; у двухседельных клапанов — на уровне 80–90% полного открытия. При встрече с такими клапанами работа в зоне нестабильности неизбежно приводит к плохой стабильности; достаточно избегать работы в такой зоне. 3. Используйте клапаны с высокой стабильностью: у таких клапанов изменения силы дисбаланса минимальны, а направление их работы оптимально. Среди распространенных сферических клапанов у клапанов с втулкой имеется именно такая особенность. Когда стабильность однокамерных и двухкамерных клапанов низкая, замена их на комплектные клапаны обязательно повысит стабильность. 4. Способность исполнительного механизма с увеличенной жесткостью пружины противостоять влиянию изменений нагрузки на ход зависит от жесткости пружины: чем выше жесткость, тем меньше ее влияние на ход, и тем лучше стабильность клапана. Увеличение жесткости пружины — это простой и распространенный способ повышения стабильности клапана; например, пружину с диапазоном напряжения 20–100 кПа можно заменить на пружину с более высокой жесткостью в диапазоне 60–180 кПа. Этот метод в основном используется для клапанов с позиционером; в противном случае к клапану необходимо установить отдельный позиционер. 5. Метод снижения скорости реакции. Когда система требует, чтобы регулирующий клапан реагировал или менял свою работу не слишком быстро, но при этом сам клапан реагирует и меняет свою работу слишком быстро, это является нежелательным. Например, если необходимо точное регулирование расхода жидкости, но изменения в расходе, обусловленные действием регулирующего клапана, бывают слишком значительными. Или же сама система уже обладает высокой скоростью реакции, а регулирующий клапан снабжен позиционером, который ускоряет его действие – это также является нежелательным. Это приведет к перерегулировке, вибрациям и т. д. В связи с этим следует снизить скорость реакции. 　　Существуют следующие способы: ① Заменить линейную характеристику на логарифмическую; ② Устройства с позиционерами можно заменить на преобразователи или реле. 6. Изменение направления потока, решение проблем, связанных с закрытием клапана, устранение атмосферных колебаний. Двухпозиционные клапаны используются в качестве клапанов с полным закрытием для повышения эффективности закрытия. В случае жидкостного среды действие сил дисбаланса приводит к сжатию клапанных элементов, что способствует их закрытию. Этот процесс называется эффектом всасывания; он ускоряет движение клапанных элементов, что приводит к возникновению слабого эффекта ударной волны и, в результате, к резонансу в системе. Решением вышеупомянутой проблемы является изменение направления потока таким образом, чтобы он шел в сторону, тогда режим тряски исчезнет. Проблемы, подобные той, когда из-за стимуляции закрытия клапан не может нормально функционировать, также можно рассмотреть возможность решения с помощью этого метода. 7. Метод преодоления разрушения под действием потока* Типичным клапаном является двухседельный клапан: поток входит сзади, а элемент клапана расположен перпендикулярно к направлению потока; поток обтекает этот элемент и выходит двумя струями — сверху и снизу. Удар потока о сердечник клапана заставляет его смещаться в сторону выхода, что приводит к трению и повреждению направляющих поверхностей сердечника и втулки. Это вызывает нарушения в работе клапана. Высокий расход жидкости также может привести к изгибу сердечника, его эрозии; в серьезных случаях он даже может сломаться. 　　Способы решения: ① Повысить твердость материала в области направления движения. ② Увеличить размер пространства между верхней и нижней частями клапанного элемента, чтобы он имел более крупные размеры. ③ Использовать другой клапан в качестве замены. При использовании втулочного клапана жидкость поступает с всех сторон вокруг втулки, что **снижает боковое давление на клапанный элемент**. 8. Способ преодоления вращающей силы, возникающей из-за жидкости и заставляющей валевой элемент вращаться, для валевых элементов с «V»-образным отверстием заключается в том, что из-за асимметричного притока среды на валевой элемент действуют неравномерные силы, направленные по тангентальной линии к отверстию, что приводит к возникновению силы, заставляющей его вращаться. Особенно сильно это касается клапанов с DN≥100. В результате это может привести к отсоединению клапана от штока исполнительного механизма; в случае исполнительных механизмов без пружины это может вызвать искривление диафрагмы. 　　Способы решения проблемы: ① Повернуть сердечник клапана на определенный угол в противоположном направлении, чтобы сбалансировать силы, действующие на него; ② Усилить фиксацию соединения штока клапана с толкателем; при необходимости можно использовать дополнительную скобу для предотвращения вращения; ③ Заменить сердечник клапана с «V»-образным отверстием на сердечник поршневого типа; ④ Использовать или изменить конструкцию на такую, при которой используется втулка; ⑤ Если причиной вращения является резонанс, то проблему можно решить путем устранения резонанса. 9. Регулировка силы трения между створками клапана-бабочки позволяет преодолеть проблему колебаний при его открытии. Для таких клапанов используются мягкие уплотнители в виде уплотнительных кольцевидных элементов, уплотнительных рингов и покрытий. При закрытии клапана мягкие уплотнители деформируются, что позволяет створкам клапана точно закрыться и полностью обернуть друг друга. Это обеспечивает очень хороший эффект закрытия клапана. Но когда необходимо открыть клапан, исполнительный механизм должен постоянно увеличивать силу, действующую на створку клапана. Как только эта сила становится равной силе трения мягкого уплотнителя о створку клапана, та начинает двигаться. Как только происходит запуск, это трение резко снижается. Для достижения баланса сил клапанный элемент резко открывается. Когда сила, возникающая в результате этого, сравнивается по величине с моментом силы, создаваемым действием среды при соответствующем угле открытия, и моментом силы, создаваемым приводом, клапан останавливается на этом угле открытия. Такой резкий и внезапный скачок угла открытия может достигать 30–50%, что приведет к целому ряду проблем. В то же время при закрытии из-за значительных изменений в мягких уплотнителях может произойти постоянная деформация, либо они могут быть повреждены или порваны под действием клапанных пластин, что сокращает срок их службы. Решение заключается в регулировке силы трения мягкого уплотнителя при запуске клапанной пластины, что позволяет не только обеспечить необходимый уровень перекрытия, но и обеспечить нормальный запуск клапана. Конкретные способы включают: ① корректировку величины перегрузки; ② снижение трудностей, связанных с открытием клапана из-за чрезмерного закрытия его створок, путем использования ограничителей или регулировки усилия зажима и выходного усилия исполнительного механизма