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分析壓差對控制閥升程的影響
作者: 來源: 發布時間:2020-03-12

 送入隔膜室的空氣是來自氣動控制器的控制信號。使用最廣泛的信號氣壓為0.2 bar至1 bar。

考慮一個安裝在直動閥上的反作用執行器(彈簧至伸出),其標準0.2到1.0 bar彈簧。

壓差對控制閥的影響

壓差對控制閥的影響

在對閥和執行器組件進行校準(或“基準設定”)后,將對其進行調節,以使0.2 bar的氣壓剛開始克服彈簧的阻力并將閥芯移離閥座。

隨著氣壓的升高,閥芯逐漸向遠離閥座的方向移動,直到最終達到1 bar氣壓時,閥才100%打開。如上圖所示。

現在考慮在減壓應用中將該組件安裝在管道中,上游側壓力為10 bar g,下游壓力控制為4 bar g。

閥兩端的壓差為10 – 4 = 6 bar。該壓力作用在閥芯的下側,提供了傾向于打開閥的力。該力是執行器中氣壓所提供的力的補充。

因此,例如,如果為執行器提供0.6 bar(0.2至1 bar之間的一半)的空氣,而不是閥占據了預期的50%打開位置,則由于提供了額外的力,實際打開會更大通過壓差。

同樣,此附加力意味著閥不會在0.2 bar時關閉。為了在此示例中關閉閥門,必須將控制信號減小到大約0.1 bar。

蒸汽閥控制熱交換器中的溫度時,情況略有不同,因為跨閥的壓差將在以下情況之間變化:

  • 當過程要求最大熱量且控制閥100%打開時的最小值。
  • 當過程達到溫度且控制閥關閉時的最大值。

如果控制閥上游的壓力保持恒定,則隨著熱交換器中蒸汽壓力的升高,閥兩端的壓差必須減小。

下圖顯示了將空氣施加到直動執行器上的情況。在這種情況下,由壓差產生的作用在閥芯上的力與空氣壓力相反。

 

效果是,例如,如果為執行器提供0.6 bar的空氣,而不是閥占據預期的50%打開位置,則由于差壓提供的額外作用力,打開百分比將更大。在這種情況下,控制信號必須增加到大約1.1。桿完全關閉閥門。

 

可以重新校準閥門和執行器,以考慮到由壓差產生的力,或者可以使用不同的彈簧,氣壓和執行器組合。

 

這種方法可以為壓差低且不需要精確控制的小型閥門提供經濟的解決方案。

但是,實際情況是:

  • 較大的閥具有較大的面積,以使壓差作用于其上,從而增加了產生的力,并且對閥位置的影響增大。
  • 更高的壓差意味著產生更大的力。
  • 閥門和執行器產生摩擦,導致磁滯現象。較小的閥相對于所涉及的總力可能具有較大的摩擦力。

解決方案是將定位安裝到閥/執行器組件上。

注意:為簡單起見,以上示例假定未使用定位器,并且磁滯為零。

下圖顯示了用于確定各種閥和執行器組合將閥保持在閥座上可用推力的公式。

哪里:

A =膜片有效面積

Pmax =致動器的最大壓力(通常為1.2 bar)

Smax =彈簧的最大工作臺設定

Pmin =致動器的最小壓力(通常為0 bar)

Smin =彈簧的最小工作臺設定

用于關閉閥門的推力必須提供三個功能:

  1. 為了克服在關閉位置的流體壓差。
  2. 為了克服閥和執行器中的摩擦,主要是在閥和執行器桿密封處。
  3. 在閥芯和閥座之間提供密封載荷,以確保所需的密封性。

控制閥制造商通常會提供其各種閥和執行器/彈簧組合可操作的最大壓差的完整詳細信息;圖中的表是此數據的示例。

 

注意:使用定位器時,有必要參考制造商的資料以獲取最小和最大氣壓。

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