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如何從控制閥中獲得最大收益

發(fā)布時(shí)間2019-12-25人氣:1264

如何從控制閥中獲得最大收益

為了選擇正確的閥門并有效地使用它們,有很多知識(shí)要知道。顧問Greg McMillan在國(guó)際自動(dòng)化協(xié)會(huì)(ISA)網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)上分享了他在50多年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)中積累的一些深厚知識(shí)以下是他的一些見解。觀看(并研究)網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)以了解更多信息。

麥克米蘭(McMillan)首先提出了一些需要特別護(hù)理的建議。摩擦和反沖是造成許多問題的原因,但是供應(yīng)商通常不提供有關(guān)它們的數(shù)據(jù),或者如果有可用數(shù)據(jù),則最終用戶常常會(huì)誤解。

例如,通常根據(jù)填料松散的閥門在室溫下所需的力來(lái)指定執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用中,填料可能會(huì)更緊,產(chǎn)生更高的摩擦力。更高的工作溫度也可能會(huì)增加對(duì)執(zhí)行器的需求。結(jié)果,致動(dòng)器通常尺寸過小。

此外,麥克米倫說(shuō),閥門的測(cè)試數(shù)據(jù)看起來(lái)不錯(cuò),但如果測(cè)試僅顯示在40%或更大位置時(shí)的性能,則可能會(huì)漏掉更接近關(guān)閉位置時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的問題。同樣,針對(duì)較大步驟執(zhí)行的響應(yīng)時(shí)間測(cè)試可能會(huì)掩蓋以1%或更少的較小步驟發(fā)生的問題。

通常不會(huì)測(cè)量重要的機(jī)械特性,例如軸纏繞和間隙,因此供應(yīng)商不會(huì)將其提供給最終用戶。

閥門/執(zhí)行器特性

分辨率是控制閥閥桿位置的最小變化。這限制了控制系統(tǒng)將閥門精確定位在所需位置的能力。如果調(diào)節(jié)增量太大以至于流量在太高和太低之間交替變化,則較低分辨率的閥門/執(zhí)行器會(huì)持續(xù)圍繞所需設(shè)置振蕩。盡管它是設(shè)計(jì)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的重要因素,但某些用戶并沒有完全理解分辨率的概念。

摩擦是“粘滯”和“摩擦”的組合。在閥門中,尤其是在其關(guān)閉位置或接近其關(guān)閉位置時(shí),執(zhí)行機(jī)構(gòu)會(huì)施加一個(gè)用于增加運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào),該力需要克服靜摩擦才能使閥門響應(yīng)。

氣門間隙是閥門和其他機(jī)械設(shè)備的特征,因?yàn)榕浜狭慵g存在間隙。當(dāng)方向發(fā)生反轉(zhuǎn)時(shí),直到所有間隙都消除后才發(fā)生運(yùn)動(dòng)。

麥克米蘭(McMillan)說(shuō):“每當(dāng)我們改變方向時(shí),由于反彈而需要經(jīng)過一個(gè)死區(qū)。” 他說(shuō),它通常在關(guān)閉位置附近最高,特別是對(duì)于旋轉(zhuǎn)閥。“除非您另外指定,否則供應(yīng)商將不會(huì)在關(guān)閉頭寸附近給您帶來(lái)僵局和解決方案。”

用于旋轉(zhuǎn)閥的活塞致動(dòng)器將線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以致動(dòng)閥。設(shè)計(jì)中固有的是許多具有間隙的機(jī)械連接(銷接頭,齒條和小齒輪或狹槽),與諸如隔膜執(zhí)行器的連接較少的設(shè)計(jì)相比,其產(chǎn)生更大的反沖力。

死區(qū)圖所有位置的反沖死區(qū)和打開時(shí)的靜滯

死區(qū)有時(shí)會(huì)與磁滯現(xiàn)象混淆,磁滯現(xiàn)象是由相同信號(hào)導(dǎo)致的閥門位置不同的現(xiàn)象,具體取決于閥門是打開還是關(guān)閉。McMillan說(shuō),在控制閥中,這比死區(qū)要小得多。他說(shuō),在某些地方,磁滯是一個(gè)重要的考慮因素,但在閥門中卻不是,因?yàn)榇艤ǔ5陀?.1%。

為工作選擇最佳閥門和執(zhí)行器

與旋轉(zhuǎn)閥相比,滑桿(球形)閥通常具有最小的反沖和靜摩擦,并提供更大的節(jié)流范圍。但是,它們可能不適用于會(huì)增加摩擦力的粘性液體或處理泥漿。而且,它們的大尺寸可能很昂貴。

膜片執(zhí)行器具有許多優(yōu)點(diǎn)。與活塞致動(dòng)器的1%相比,它們通常具有較小的反沖并且通常具有0.1%的分辨率。為了獲得更大的推力,現(xiàn)在可以使用高壓膜片執(zhí)行器,它們可以在高達(dá)90 psig(621 kpa)的壓力下工作;對(duì)于傳統(tǒng)的膜片執(zhí)行器,最大氣壓為30 psig(207 kpa)。

花鍵,短軸連接到旋轉(zhuǎn)閥提供了相當(dāng)少的飽和和/或齒隙比其他選項(xiàng)更精確的響應(yīng)。

設(shè)計(jì)用于控制閥的分段V型缺口球閥具有比其他旋轉(zhuǎn)閥更低的扭矩要求(和摩擦力),并在低流量時(shí)改善了流量特性。使用花鍵軸連接可減少間隙。

但是,任何一種V型缺口球閥都不一定是正確的選擇。麥克米蘭(McMillan)曾經(jīng)回憶起曾建議將這種類型的閥門用于控制應(yīng)用。后來(lái),他收到某人的電子郵件,稱他的V型缺口球閥工作不正常。他的閥幾乎沒有流量,直到將其打開15%,然后流量突然上升。從那以后,麥克米倫說(shuō),他要特別注意,用戶必須了解所考慮的閥門的設(shè)計(jì)目的:節(jié)流或開/關(guān)(隔離)。

McMillan提供了有關(guān)閥和執(zhí)行器選擇的指南。

  • 對(duì)順序和安全儀表系統(tǒng)使用開/關(guān)和隔離閥,對(duì)回路使用帶有智能定位器的低靜摩擦和低反沖節(jié)流閥。許多回路需要兩種類型的閥。

  • 如果尺寸和工藝條件允許,請(qǐng)優(yōu)先使用帶有隔膜執(zhí)行器和超低摩擦(ULF)填料的滑動(dòng)閥桿(球形)閥。

  • 確保閥降至少為最大系統(tǒng)降的25%

  • 確保執(zhí)行器的尺寸適合最大扭矩和推力的150%。

為了獲得有效控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的所有信息,麥克米蘭建議在控制閥規(guī)格上增加一些要求,包括

  • 最小流量位置的分辨率和死區(qū)小于0.2%至0.5%

  • 閥桿位置反饋(回讀錯(cuò)誤)小于設(shè)備分辨率

  • 小步長(zhǎng)(分辨率+ 0.1%)86%響應(yīng)時(shí)間:1到5秒(86%響應(yīng)時(shí)間是閥門達(dá)到其最終響應(yīng)的86%的時(shí)間。)

  • 大步長(zhǎng)(例如20%)86%響應(yīng)時(shí)間:1到20秒

  • 最小流量閥位置大于5%

請(qǐng)參閱完整的網(wǎng)絡(luò)研討會(huì),以更詳細(xì)地討論閥門的其他方面及其使用,包括更改各種控制參數(shù)對(duì)流量響應(yīng)的影響。


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