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如何从控制阀中获得最大收益

发布时间2019-12-25人气:74

如何从控制阀中获得最大收益

为了选择正确的阀门并有效地使用它们,有很多知识要知道。顾问Greg McMillan在国际自动化协会(ISA)网络研讨会上分享了他在50多年的行业经验中积累的一些深厚知识以下是他的一些见解。观看(并研究)网络研讨会以了解更多信息。

麦克米兰(McMillan)首先提出了一些需要特别护理的建议。摩擦和反冲是造成许多问题的原因,但是供应商通常不提供有关它们的数据,或者如果有可用数据,则最终用户常常会误解。

例如,通常根据填料松散的阀门在室温下所需的力来指定执行机构。在实际应用中,填料可能会更紧,产生更高的摩擦力。更高的工作温度也可能会增加对执行器的需求。结果,致动器通常尺寸过小。

此外,麦克米伦说,阀门的测试数据看起来不错,但如果测试仅显示在40%或更大位置时的性能,则可能会漏掉更接近关闭位置时经常出现的问题。同样,针对较大步骤执行的响应时间测试可能会掩盖以1%或更少的较小步骤发生的问题。

通常不会测量重要的机械特性,例如轴缠绕和间隙,因此供应商不会将其提供给最终用户。

阀门/执行器特性

分辨率是控制阀阀杆位置的最小变化。这限制了控制系统将阀门精确定位在所需位置的能力。如果调节增量太大以至于流量在太高和太低之间交替变化,则较低分辨率的阀门/执行器会持续围绕所需设置振荡。尽管它是设计稳定控制系统的重要因素,但某些用户并没有完全理解分辨率的概念。

摩擦是“粘滞”和“摩擦”的组合。在阀门中,尤其是在其关闭位置或接近其关闭位置时,执行机构会施加一个用于增加运动的控制信号,该力需要克服静摩擦才能使阀门响应。

气门间隙是阀门和其他机械设备的特征,因为配合零件之间存在间隙。当方向发生反转时,直到所有间隙都消除后才发生运动。

麦克米兰(McMillan)说:“每当我们改变方向时,由于反弹而需要经过一个死区。” 他说,它通常在关闭位置附近最高,特别是对于旋转阀。“除非您另外指定,否则供应商将不会在关闭头寸附近给您带来僵局和解决方案。”

用于旋转阀的活塞致动器将线性运动转换为旋转运动以致动阀。设计中固有的是许多具有间隙的机械连接(销接头,齿条和小齿轮或狭槽),与诸如隔膜执行器的连接较少的设计相比,其产生更大的反冲力。

死区图所有位置的反冲死区和打开时的静滞

死区有时会与磁滞现象混淆,磁滞现象是由相同信号导致的阀门位置不同的现象,具体取决于阀门是打开还是关闭。McMillan说,在控制阀中,这比死区要小得多。他说,在某些地方,磁滞是一个重要的考虑因素,但在阀门中却不是,因为磁滞通常低于0.1%。

为工作选择最佳阀门和执行器

与旋转阀相比,滑杆(球形)阀通常具有最小的反冲和静摩擦,并提供更大的节流范围。但是,它们可能不适用于会增加摩擦力的粘性液体或处理泥浆。而且,它们的大尺寸可能很昂贵。

膜片执行器具有许多优点。与活塞致动器的1%相比,它们通常具有较小的反冲并且通常具有0.1%的分辨率。为了获得更大的推力,现在可以使用高压膜片执行器,它们可以在高达90 psig(621 kpa)的压力下工作;对于传统的膜片执行器,最大气压为30 psig(207 kpa)。

花键,短轴连接到旋转阀提供了相当少的饱和和/或齿隙比其他选项更精确的响应。

设计用于控制阀的分段V型缺口球阀具有比其他旋转阀更低的扭矩要求(和摩擦力),并在低流量时改善了流量特性。使用花键轴连接可减少间隙。

但是,任何一种V型缺口球阀都不一定是正确的选择。麦克米兰(McMillan)曾经回忆起曾建议将这种类型的阀门用于控制应用。后来,他收到某人的电子邮件,称他的V型缺口球阀工作不正常。他的阀几乎没有流量,直到将其打开15%,然后流量突然上升。从那以后,麦克米伦说,他要特别注意,用户必须了解所考虑的阀门的设计目的:节流或开/关(隔离)。

McMillan提供了有关阀和执行器选择的指南。

  • 对顺序和安全仪表系统使用开/关和隔离阀,对回路使用带有智能定位器的低静摩擦和低反冲节流阀。许多回路需要两种类型的阀。

  • 如果尺寸和工艺条件允许,请优先使用带有隔膜执行器和超低摩擦(ULF)填料的滑动阀杆(球形)阀。

  • 确保阀降至少为最大系统降的25%

  • 确保执行器的尺寸适合最大扭矩和推力的150%。

为了获得有效控制系统设计所需的所有信息,麦克米兰建议在控制阀规格上增加一些要求,包括

  • 最小流量位置的分辨率和死区小于0.2%至0.5%

  • 阀杆位置反馈(回读错误)小于设备分辨率

  • 小步长(分辨率+ 0.1%)86%响应时间:1到5秒(86%响应时间是阀门达到其最终响应的86%的时间。)

  • 大步长(例如20%)86%响应时间:1到20秒

  • 最小流量阀位置大于5%

请参阅完整的网络研讨会,以更详细地讨论阀门的其他方面及其使用,包括更改各种控制参数对流量响应的影响。


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