Какие факторы влияют на время отклика регулирующих клапанов

В условиях растущей конкуренции на рынке каждый промышленный конечный пользователь постоянно пытается сократить затраты на сырье и отходы, одновременно повышая производительность для повышения конкурентоспособности. Сокращение технологических отклонений в производственных процессах за счет применения технологий управления технологическими процессами признано эффективным способом повышения рентабельности инвестиций и преодоления глобального конкурентного давления.

Способность регулирующих клапанов уменьшать технологические отклонения зависит от многих факторов, а не только от одного параметра в отдельности, а от семи основных факторов, которые ответственный производитель регулирующего клапана должен учитывать при выборе конструкции: зона нечувствительности, выбор привода, характеристики позиционера, время срабатывания клапана. , тип и характеристики клапана, выбор клапана и т. д.

В этой статье мы сосредоточимся на том, какие факторы влияют на время срабатывания регулирующих клапанов и можно ли избежать возникающих в результате отклонений технологического процесса.

Что такое время отклика регулирующего клапана

Время срабатывания регулирующего клапана измеряется параметром под названием Т63 (Ти-63); T63 — время, измеряемое от начала изменения входного сигнала до момента, когда выходной сигнал достигает 63% соответствующего изменения. Оно включает в себя время остановки узла клапана как статическое время и динамическое время узла клапана. Динамическое время измеряет время, необходимое приводу для достижения отметки 63% после начала движения.

Конструкция узла регулирующего клапана

Различия в конструкции клапанного узла приводят к значительным различиям во времени простоя и общем времени срабатывания Т63.
Зона нечувствительности, возникающая из-за трения в корпусе клапана и приводе или в позиционере, может существенно повлиять на время простоя узла клапана. Важно, чтобы мертвое время было как можно меньшим. Как правило, мертвое время не должно превышать одной трети общего времени срабатывания клапана. Однако относительная взаимосвязь между мертвым временем и постоянной времени обработки имеет решающее значение.

Если узел клапана находится в быстром контуре, где постоянная времени обработки близка к мертвому времени, мертвое время может существенно повлиять на производительность контура. В таких быстрых циклах крайне важно выбрать устройство управления с минимально возможным временем простоя.

С точки зрения настройки контура также важно, чтобы мертвое время было относительно постоянным в обоих направлениях хода клапана. Некоторые клапанные сборки рассчитаны на время простоя, которое может быть в три-пять раз больше в одном направлении движения, чем в другом.

Такое поведение обычно вызвано асимметричным поведением конструкции позиционера, что может серьезно ограничивать возможность настройки контура для достижения оптимальной общей производительности.

Характеристики привода и позиционера

Как только время простоя истекло и клапан начал реагировать, оставшаяся часть времени срабатывания клапана определяется динамическим временем узла клапана. Это динамическое время будет определяться, прежде всего, динамическими характеристиками комбинации позиционера и привода.

Эти два компонента должны быть тщательно согласованы, чтобы минимизировать общее время срабатывания клапана. Например, в узле пневматического клапана позиционный должен иметь высокий динамический коэффициент, чтобы минимизировать динамическое время клапанного узла.

Этот динамический выигрыш происходит главным образом за счет каскада усиления мощности в позиционный. Другими словами, чем быстрее реле позиционера или золотниковый клапан подает большое количество воздуха в привод, тем быстрее будет время срабатывания клапана. Однако этот усилитель мощности с высоким динамическим коэффициентом мало влияет на мертвое время, если только он не имеет специально разработанной зоны нечувствительности для снижения статического потребления воздуха. Конечно, конструкция привода может существенно повлиять на динамическое время. Например, чем больший объем заполняемой воздушной камеры привода, тем медленнее время отклика клапана.

На первый взгляд кажется, что решение состоит в том, чтобы минимизировать объем привода и максимизировать динамический коэффициент усиления позиционера, но на самом деле это не так просто. С точки зрения стабильности это может быть опасным сочетанием факторов. Осознание того, что комбинация позиционер/привод представляет собой отдельный контур обратной связи, может привести к тому, что коэффициент усиления контура позиционер/привод будет слишком высоким для используемой конструкции привода, что приведет к нестабильным колебаниям узла клапана.

Кроме того, уменьшение объема привода может отрицательно повлиять на соотношение тяги к трению, что может увеличить время простоя клапанного узла и, таким образом, привести к увеличению времени простоя.

Если соотношение общей тяги к трению не подходит для данного применения, одним из вариантов является увеличение осевой мощности привода путем использования привода следующего размера или увеличения давления в приводе. Такое более высокое отношение тяги к трению уменьшает время простоя, что должно помочь уменьшить время простоя узла. Однако оба варианта предполагают необходимость подачи большего количества воздуха в исполнительный механизм. Компромисс заключается в том, что это отрицательно влияет на время отклика клапана за счет увеличения динамического времени.

Одним из способов уменьшить объем воздушной камеры привода является использование поршневого привода, а не подпружиненного. мембранный привод, но это не панацея. Поршневые приводы обычно имеют более высокую грузоподъемность, чем подпружиненные мембранные приводы, но они также имеют более высокое трение, что приводит к проблемам со временем отклика клапана.

Чтобы получить необходимую тягу с помощью поршневых приводов, обычно необходимо использовать более высокое давление воздуха, чем в мембранных приводах, поскольку поршень обычно имеет меньшую площадь. Это означает, что необходимо подавать больший объем воздуха, что отрицательно сказывается на динамическом времени. Кроме того, поршневые приводы с большим количеством направляющих поверхностей имеют тенденцию иметь более высокое трение из-за присущих им трудностей выравнивания и трения из-за уплотнительных колец. Эти проблемы трения также имеют тенденцию увеличиваться с течением времени.

Независимо от того, насколько хороши уплотнительные кольца изначально, эти эластичные материалы со временем разрушаются из-за износа и других условий окружающей среды. Аналогично, износ направляющих поверхностей увеличивает трение и происходит истощение смазки. Эти проблемы с трением приводят к увеличению мертвых зон поршневого привода, что увеличивает время отклика клапана за счет увеличения времени простоя.

Управление насосом источника воздуха

Давление подачи прибора также может оказывать существенное влияние на динамические характеристики узла клапана. Например, это может существенно повлиять на коэффициент усиления позиционера, а также на общий расход воздуха.

Позиционеры с фиксированным коэффициентом усиления обычно оптимизированы для определенного давления подачи. Однако этот выигрыш может варьироваться в два и более раза в небольшом диапазоне давлений подачи. Например, позиционер, оптимизированный для давления питания 960 Па (20 фунтов на квадратный дюйм), может обнаружить, что его усиление уменьшится вдвое, когда давление питания повысится до 1.7 кПа (35 фунтов на квадратный дюйм).

Давление питания также влияет на количество воздуха, подаваемого в привод, что, в свою очередь, определяет скорость перемещения. Это также напрямую связано с количеством потребляемого воздуха. Опять же, позиционер золотникового клапана с высоким коэффициентом усиления потребляет в пять раз больше воздуха, чем требуется более эффективному высокопроизводительному двухступенчатому позиционеру, использующему реле для ступени усиления мощности.

В заключение

Теперь мы знаем, как минимизировать время простоя компонентов клапана, будь то трение в конструкции уплотнения клапана, трение уплотнения, обмотки вала, привода или конструкции позиционера. Это связано с тем, что трение является основной причиной простоя регулирующих клапанов.

On типы поворотных клапановОбматывание вала также может существенно повлиять на время простоя. Тип привода также оказывает глубокое влияние на трение узла регулирующего клапана. Обычно подпружиненные мембранные приводы имеют меньшее трение на регулирующий вентиль сборки, чем поршневые приводы, в течение более длительного периода времени.

Конструкция позиционера с предусилителем с высоким статическим коэффициентом усиления может существенно снизить мертвую зону. Это также может значительно улучшить разрешающую способность клапанного узла. Клапанные сборки с мертвыми зонами и разрешением 1% и менее уже недостаточны для удовлетворения многих требований по снижению изменчивости процесса. Многие процессы требуют клапанных блоков с мертвыми зонами и разрешением всего 0.25%, особенно если клапанный блок установлен в быстродействующем технологическом контуре.

Выбор правильной комбинации клапана, привода и позиционера непрост. Это не просто вопрос поиска физически совместимой комбинации. Хорошее инженерное решение должно быть включено в практику определения размеров и Выбор клапана сборки для достижения наилучших динамических характеристик контура.

почему THINKTANK Регулирующий вентиль

Мы знаем, как выбрать правильную комбинацию регулирующий вентиль, привод и позиционер — это непросто. Это не просто вопрос поиска физически совместимой комбинации. Как надежный производитель регулирующих клапанов, мы считаем, что в практику определения размеров и выбора клапанных узлов необходимо учитывать хорошие инженерные решения для достижения наилучших динамических характеристик контура. Если вы ищете регулирующие клапаны хорошего качества, мы — правильный выбор для вас. Пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам за бесплатную консультацию.