Supapă de control
O supapă de control (în engleză valve valve ) este o supapă care poate fi utilizată în condiții staționare cu poziții de declanșare intermediare între deschiderea completă și închiderea completă, permițând atingerea valorilor intermediare ale debitului și, în consecință, ale căderii de presiune din supapă , în scopul verificării aceluiași parametru sau a altui parametru. Prin urmare, constituie un „ dispozitiv analog ”, exact ca supapa de închidere, fiind prin definiție doar complet deschis sau complet închis în condiții de funcționare staționare, este de fapt un „ dispozitiv digital ” (pornit / oprit, adică 0/1 ).
Nu toate tipurile de supape pot fi utilizate în mod eficient ca supapă de control, de exemplu, o supapă globulară cu obturator liniar este, de obicei, supapa de control prin excelență, deși supapa de accelerație are caracteristici bune de reglare, în timp ce o supapă Supapa de poartă nu poate constituie în mod normal o supapă de control datorită turbulenței ridicate a fluxului atunci când obturatorul este într-o poziție intermediară care generează eroziune rapidă a elementelor de etanșare, precum și vibrații zgomotoase și nedorite în conductă în apropierea poziției complet închise.
Supapa de control este una dintre cele trei componente fundamentale ale buclei de control automat a unui sistem hidraulic . Celelalte componente necesare sunt un contor / emițător al valorii instantanee a parametrului de reglat și un instrument de control (sau regulator). Cele trei componente formează o buclă închisă. Transmițătorul își trimite semnalul către controler, care la rândul său controlează supapa de reglare. Circuitul se închide prin proces pe măsură ce intervenția supapei acționează direct sau indirect asupra valorii variabilei măsurate.
Exemplu practic
Să presupunem că avem un rezervor care conține apă al cărui nivel dorim să îl menținem constant. Rezervorul este alimentat cu o conductă. Apa este preluată din rezervor cu un debit variabil independent în timp.
Pentru a menține nivelul constant, este esențial ca debitul de admisie să fie egal instantaneu cu cel luat.
Acest lucru se realizează cu ușurință prin instalarea unei bucle de control constând dintr-un transmițător de nivel al rezervorului, un instrument de reglare și o supapă de control pe conducta care alimentează rezervorul.
Deoarece debitul variază, va exista o variație de nivel corespunzătoare pe care emițătorul o observă. Instrumentul regulator, prin propriile sale componente dedicate, va varia semnalul către supapa de reglare. Noul flux de admisie va deveni același cu cel luat.
Valoarea reală atinsă de nivel depinde de acțiunile setate în controler.
Geometria unei supape de control
Supapa de control poate fi realizată într-o mare varietate de forme de construcție și funcționale. Cu toate acestea, în general, există întotdeauna un corp introdus pe conductele de proces. Conexiunile sunt în general flanșate.
În interiorul corpului, zona de trecere a fluidului de proces este reglată continuu prin deplasarea unui obturator în raport cu un scaun. Când obturatorul se sprijină pe scaun, supapa este complet închisă, când în schimb se află la distanța maximă, supapa este complet deschisă.
Vedeți figura, unde sunt vizibile diferitele componente.
- corpul supapei B : constituie structura de susținere a supapei.
- cutie de umplutură P : izolează procesul de mediu prin intermediul unor etanșări adecvate.
- tija S : constituie unitatea mobilă, a cărei mișcare reglează distanța dintre oblon și scaun
- obturator T
- sediul V
- actuator (nu este prezentat, la capătul superior al tijei).
Figura arată o supapă de tip glob , probabil cea mai utilizată pentru control.
Actuator
Actuatorul este dispozitivul care generează mișcarea, permițând variația cantității fizice dorite.
Mecanismul de acționare poate fi de tip electric, în practică un motor electric, de obicei la joasă tensiune , reversibil, care prin pârghii sau șurub melcat generează mișcarea relativă dorită.
În majoritatea cazurilor, dispozitivul de acționare este de tip pneumatic și constă dintr-o placă cu membrană de cauciuc care primește presiunea de control în partea superioară. Forța generată de această presiune este contracarată de un arc subiacent care oferă raportul de proporționalitate între presiunea însăși și cursa diafragmei.
Tulpina este legată mecanic de membrană. Prin urmare, poziționarea relativă a obturatorului se face într-un mod sigur și simplu prin intermediul semnalului de comandă.
Un alt tip de actuator este format dintr-un piston cu acțiune simplă sau dublă. Are o cursă mult mai mare decât cea a diafragmei și este utilizată pentru acționarea supapelor cu tip dop, fluture sau excentric.
În aceste cazuri, acesta este cuplat cu manete la obturator pentru a provoca o rotație de 90 ° (cursa totală între deschidere și închidere).
Pentru actuatoarele pneumatice, semnalul de comandă nu este în general trimis direct la servomotorul supapei, ci la un dispozitiv auxiliar numit poziționator, instalat pe supapă. Poziționerul primește semnalul de comandă care poate fi:
- Anvelopă: Citește un semnal de 3 până la 15 psi
- Electropneumatic: citește un semnal de 4-20 mA
- Digital: citește un semnal digital ( Profibus sau Fieldbus )
și trimite aer amplificat în volum către membrana supapei (sau piston). Poziționatorul citește poziția instantanee a tijei și, dacă este necesar, corectează poziția acesteia variind presiunea de control.
În cazul pistoanelor cu acțiune dublă, poziționatoarele sunt, de asemenea, cu acțiune dublă, adică au două conexiuni pneumatice cu cele două camere ale pistoanelor.
Poziționatorul are propria calibrare. În cele mai multe cazuri există aceeași variație procentuală între semnalul de comandă și cursa tijei.
Cu toate acestea, uneori un regulator trebuie să controleze două supape, de exemplu, prima în intervalul 0-50% din ieșirea sa, iar a doua în intervalul rămas de la 50 la 100%.
Acest tip de comandă se numește split-range .
Poziționatorul primei supape va fi calibrat pentru a rula întreaga cursă numai pentru primele 50% din semnalul de comandă; cel de-al doilea poziționator va fi calibrat pentru ca valva să parcurgă întreaga cursă doar pentru restul de 50%.
Coeficienții de curgere C v și K v
Coeficienții de curgere C v și K v sunt folosiți pentru a exprima capacitatea de curgere a supapelor de comandă.
- Coeficientul de curgere C v : este exprimat în unități imperiale și este utilizat în mod obișnuit în Statele Unite . Este definit ca debitul în galoane pe minut de apă la 60 ° F care trece prin supapa supusă unei presiuni diferențiale de 1 lb / in 2 .
- Coeficientul de debit K v : este echivalentul metric al lui C v . Se bazează pe sistemul SI și este utilizat în întreaga lume în afara Statelor Unite. Este definit ca debitul în m 3 / h de apă la o temperatură cuprinsă între 5 și 30 ° C prin supapa supusă unei presiuni diferențiale de 1 bar.
Cei doi coeficienți menționați anterior pot fi convertiți între ei în modul următor, care ia în considerare diferitele unități de măsură:
C v = 1,16 K v
K v = 0,853 C v
Coeficienții de flux pot fi obținuți experimental în laborator. Se obține un grafic care arată valoarea coeficientului în funcție de diferitele poziții ale obturatorului.
În primul rând, se obține coeficientul pentru supapa complet deschisă, care este un indice al capacității de curgere a supapei.
„Caracteristica de control” este, de asemenea, evidențiată din profilul curbei graficului, care poate fi liniar sau procentual egal :
- supapă cu caracteristică liniară (graficul reprezintă o linie dreaptă): există aceeași variație procentuală între coeficientul de curgere și poziția obturatorului.
- supapă cu caracteristică procentuală egală (graficul reprezintă o funcție logaritmică): variații egale ale valorii absolute a cursei corespund întotdeauna aceleiași variații procentuale ale coeficientului de curgere față de valoarea anterioară.
Alegerea tipului de construcție
Supapa trebuie să fie adecvată procesului. Dimensiunea sa este determinată de cele mai severe condiții care, în funcțiune, pot atinge presiunea, temperatura și debitul.
Pentru lichidele cu solide în suspensie, supapa standard globulară se poate înfunda din cauza tortuozității relative din pasajele interne. În aceste cazuri se preferă utilizarea supapelor fluture sau a celor cu obturator excentric. Acesta din urmă, atunci când supapa este complet deschisă, lasă practic întreaga secțiune de trecere liberă.
Materialul de construcție al supapei este determinat de compatibilitatea sa cu fluidul de proces, acordând o atenție deosebită agresivității chimice și fizice.
Caracteristici de ajustare
Supapa ideală ar trebui să aibă o caracteristică de reglare liniară, iar acest lucru este luat în considerare prin alegerea profilului corect al obturatorului în funcție de tipul procesului.
Dacă, de exemplu, presiunea diferențială pe supapă este constantă la diferite deschideri ale supapelor, există tendința de a alege o supapă cu o caracteristică de control liniară.
Pe de altă parte, se poate întâmpla adesea ca diferența de presiune existentă pe corpul supapei să nu fie constantă, dar variază pe măsură ce deschiderea supapei în sine variază. Când supapa este închisă, va exista presiunea diferențială maximă. Pe măsură ce supapa se deschide, această diferență de presiune este redusă la minimum atunci când supapa este complet deschisă.
În acest caz, se va alege o supapă cu o caracteristică de reglare procentuală egală. Profilul obturatorului este astfel încât, de exemplu, la 50% din cursă se eliberează o secțiune de trecere mai mare decât cea a unei supape liniare, tocmai pentru a crește debitul care altfel ar fi redus datorită scăderii presiunii diferențiale .
Elemente conexe
- Control automat
- Instrumentație de control
- Supapă (hidraulică)
- Actuator
- Coeficientul de debit al unei supape
- Masoneilan
linkuri externe
- www.documentation.emersonprocess.com ( PDF ), pe documentation.emersonprocess.com . Adus la 11 noiembrie 2008 (arhivat din original la 9 decembrie 2008) .
