Что такое пневматический регулирующий клапан?

Аннотация: Пневматический регулирующий клапан, как важное оборудование для управления промышленной автоматизацией, широко используется во многих областях, таких как химическая промышленность, нефтяная промышленность, электроэнергетика, металлургия и т. д. Он использует сжатый воздух в качестве источника энергии, в сочетании с электрическим позиционером клапана и приводом, для реализации точного управления технологическими параметрами, такими как расход среды и давление в трубопроводе. В этой статье мы подробно рассмотрим структурный состав, принцип работы, эксплуатационные характеристики, состояние неисправностей, устранение неисправностей и его важность в промышленном производстве пневматических регулирующих клапанов.

I. Структура и состав пневматического регулирующего клапана

Пневматический регулирующий клапан в основном состоит из следующих частей:

1. Пневматический привод: это основной компонент пневматического регулирующего клапана, отвечающий за прием сигналов от системы управления (например, ПЛК) и преобразование их в механическое действие. Пневматический привод обычно включает в себя пневматическую диафрагму, пружину, привод и компоненты штока клапана. 

2. Регулирующий корпус клапана: включая золотник клапана, седло клапана и сам корпус клапана. Золотник и седло являются ключевыми компонентами для реализации дроссельного эффекта, они контролируют расход и давление среды посредством изменения относительного положения.

3. Позиционер клапана: используется для повышения точности управления клапаном. Позиционер в соответствии с сигналом обратной связи о перемещении штока клапана для обеспечения точности и стабильности действия клапана.

4. Аксессуары: такие как фильтр-редуктор, электромагнитный клапан, устройство ручного управления и т. д., используемые для содействия нормальной работе системы.

II. Принцип работы пневматического регулирующего клапана

Рабочий процесс пневматического регулирующего клапана можно разделить на следующие этапы:

1. Прием и преобразование сигнала: пневматический регулирующий клапан через систему управления (например, ПЛК) для приема токовых сигналов или аналоговых сигналов, эти сигналы преобразуются в пневматические сигналы через электрический позиционер клапана или преобразователь. Например, распространенный токовый сигнал 4-20 мА может быть преобразован в пневматический сигнал 0,02-0,1 МПа через позиционер клапана. Это преобразование позволяет пневматическому приводу выполнять соответствующие действия в соответствии с изменениями входного сигнала.

2. Действие привода

Когда пневматический сигнал поступает в пневматический мембранный привод, сжатый воздух толкает мембрану, чтобы она расширилась, что, в свою очередь, толкает привод и шток клапана, вызывая смещение золотника и изменение открытия клапана. В частности:

-Когда сигнал давления воздуха увеличивается, толкатель движется вверх, приводя в движение шток клапана и золотник вверх, и клапан широко открывается;

-Когда сигнал давления воздуха уменьшается, толкатель движется вниз, приводя в движение шток клапана и золотник вниз, клапан закрывается.

3. Роль позиционера клапана

Позиционер клапана регулирует действие пневматического привода в режиме реального времени в соответствии с сигналом обратной связи о перемещении штока клапана, чтобы гарантировать, что открытие клапана соответствует входному сигналу. Когда сигнал обратной связи сбалансирован с входным сигналом, клапан перестает двигаться, тем самым обеспечивая точность и стабильность регулирования.

Позиционер прямого действия: когда входной сигнал увеличивается, выходное давление воздуха в головку диафрагмы увеличивается, так что открытие клапана увеличивается.

Позиционер обратного действия: когда входной сигнал увеличивается, выходное давление воздуха в головку диафрагмы уменьшается, так что открытие клапана уменьшается.

Выбор позиционера должен соответствовать конкретным требованиям привода и регулирующего клапана, чтобы обеспечить стабильность и надежность системы.

4. Регулирование расхода и давления среды

Давление перед клапаном изменяется на давление после клапана за счет дроссельного эффекта золотника и седла клапана. Конкретный процесс регулировки выглядит следующим образом:

-Регулирование давления: P2 подается во верхнюю камеру мембраны через трубопровод и воздействует на верхний диск, результирующая сила уравновешивается с реакцией пружины, которая определяет относительное положение золотника и седла, тем самым контролируя давление после клапана. Когда P2 увеличивается, сила на верхнем диске увеличивается, преодолевает силу пружины, закрывает золотник, уменьшает площадь потока, увеличивает сопротивление потоку, и P2 уменьшается, пока не достигнет заданного значения.

-Регулирование расхода: изменяя относительное положение золотника и седла, регулируется площадь потока среды, тем самым контролируя расход. Когда необходимо увеличить расход, клапан открывается; когда необходимо уменьшить расход, клапан закрывается.

5. Обратная связь и регулировка.

Во всем процессе регулировки изменение открытия клапана, рычаг обратной связи даст позиционеру сигнал обратной связи в реальном времени. Позиционер регулирует в соответствии с этим сигналом обратной связи, чтобы обеспечить точность и стабильность действия клапана. Когда сигнал обратной связи сбалансирован с входным сигналом, клапан перестает двигаться и поддерживает текущую степень открытия.

6. Форма действия пневматического привода

Прямое действие: когда входное давление воздуха пневматического привода увеличивается, привод движется вниз, что называется прямым действием.

Обратное действие: когда входное давление воздуха пневматического привода увеличивается, толкатель движется вверх, что называется обратным действием.

7. Прямая и обратная загрузка регулирующего механизма

Клапан прямой загрузки: когда золотник движется вниз, площадь поперечного сечения потока между золотником и седлом клапана уменьшается.

Клапан обратной загрузки: когда золотник движется вниз, площадь циркуляции увеличивается. 

8. форма действия пневматического привода

Открытие воздухом (Air to Open, A.O.): когда давление сигнала увеличивается, клапан постепенно открывается; когда сигнала нет, клапан закрывается.

Закрытие воздухом, A.C.: Когда давление сигнала увеличивается, клапан постепенно закрывается; когда сигнала нет, клапан полностью открыт.

III. эксплуатационные характеристики пневматического регулирующего клапана.

Пневматический регулирующий клапан имеет следующие существенные преимущества, что делает его широко используемым в системах управления промышленной автоматизацией:.

1. Простое управление: эксплуатация и техническое обслуживание пневматических регулирующих клапанов относительно просты, без необходимости сложных электронных схем, что снижает частоту отказов и затраты на техническое обслуживание.

2. Быстрый отклик: благодаря высокой скорости отклика энергии сжатого воздуха, пневматические регулирующие клапаны могут быть завершены в течение короткого периода времени от получения инструкций до выполнения всего процесса действия, повысить скорость отклика системы.

3. Взрывобезопасность: пневматические регулирующие клапаны не зависят от привода от электроэнергии, чтобы избежать риска электрических искр, особенно для легковоспламеняющихся и взрывоопасных мест.

4. Сильная адаптируемость: пневматический регулирующий клапан может регулировать газ, пар, жидкость и другие среды, подходящие для различных условий работы.

5. Длительный срок службы: конструкция пневматического регулирующего клапана разумна, выбор материала превосходен, с высокой прочностью и надежностью, и может работать стабильно в течение длительного времени.

6. Энергосбережение и высокая эффективность: благодаря точному контролю расхода и давления среды, пневматический регулирующий клапан может эффективно экономить энергию и повышать эффективность производства.

IV. типичная сцена применения

Пневматические регулирующие клапаны широко используются в следующих отраслях и случаях:

1. Химическая промышленность: используется для регулирования расхода и давления материалов в химическом реакторе, для обеспечения стабильности и безопасности условий реакции.

2. Нефтяная промышленность: используется в нефтяных скважинах, нефтеперерабатывающих заводах и других местах для регулирования расхода и давления в трубопроводе транспортировки нефти и газа, для обеспечения безопасности и стабильности производственного процесса.

3. Электроэнергетика: используется в системе водоснабжения котла и системе регулирования пара тепловой электростанции для обеспечения стабильности и эффективности работы котла.

4. Металлургическая промышленность: используется в доменных печах, конвертерах и других системах охлаждения оборудования, системах регулирования газа и т. д., для обеспечения безопасности и стабильности производственного процесса.

5. Фармацевтическая промышленность: используется для всех видов транспортировки и регулирования материалов в процессе производства фармацевтических препаратов, для обеспечения точности и гигиенического стандарта производственного процесса.

V. состояние неисправности регулирующего клапана

В соответствии с формой действия пневматические клапаны обычно делятся на открывающиеся газом и закрывающиеся газом. Выбор открытия воздухом и закрытия воздухом основан на безопасности точки зрения технологического производства, то есть, при отключении источника воздуха, клапан находится в закрытом положении более безопасен или в открытом положении более безопасен.

Клапан типа «Открытие воздухом» (Air to Open) при увеличении давления воздуха в головке диафрагмы, клапан для открытия направления увеличенного действия, когда входное давление воздуха достигает верхнего предела, клапан находится в полностью открытом состоянии. И наоборот, когда давление воздуха уменьшается, клапан действует в направлении закрытия, и когда нет входного воздуха, клапан полностью закрыт. Поэтому клапаны типа «Открытие воздухом» иногда называют «Закрытие при отказе» (Fail to Close, FC).

Клапаны «Закрытие воздухом» (Air to Close) работают в направлении, противоположном «Открытию воздухом». Давление воздуха увеличивается, клапан для закрытия направления действия; давление воздуха уменьшается или нет входного сигнала, клапан для открытия направления или полностью открытого состояния. Поэтому его иногда называют типом «Отказ при открытии» (Fail to Open, FO).

Регулирующие клапаны могут столкнуться с различными неисправностями во время работы, особенно в случае прерывания источника воздуха или электрического сигнала. Чтобы обеспечить безопасность системы, регулирующие клапаны обычно разрабатываются с различными методами обработки неисправностей:

1. FC (Закрытие при отказе): клапан автоматически закрывается при потере источника газа или электрического сигнала. Подходит для применений, где требуется безопасное отключение в случае неисправности, например, регулирующие клапаны на трубопроводах топливного газа.

2. FO (Открытие при отказе): клапан автоматически открывается при потере источника газа или электрического сигнала. Подходит для применений, где требуется безопасное открытие в случае неисправности, например, аварийные выпускные клапаны.

3. FL (Оставаться в последнем положении): при потере источника воздуха или электрического сигнала клапан остается в текущем положении. Подходит для применений, где не требуется немедленная реакция на неисправность.

4. FLC (Оставаться в последнем положении с тенденцией к закрытию): при потере источника воздуха или электрического сигнала клапан удерживает положение, но имеет тенденцию к закрытию и в конечном итоге закрывается. Подходит для применений, требующих медленного закрытия в случае неисправности. 

5. FLO (Оставаться в последнем положении с тенденцией к открытию, сохранять исходное положение и стремиться к открытию): при потере источника газа или электрического сигнала клапан сохраняет положение, но имеет тенденцию к открытию и в конечном итоге открывается. Подходит для сценариев применения, требующих медленного открытия в случае сбоя. 

6. AFL/EFC (Усовершенствованное закрытие при отказе)

-AFL/EFC-1: Потеря подачи воздуха, соленоидный клапан не обесточен, клапан удерживает положение.

-AFL/EFC-2: Независимо от того, потерян ли источник газа, соленоидный клапан обесточен, клапан находится в закрытом положении.

7. AFL/EFO (Усовершенствованное открытие при отказе)

-AFL/EFO-1: Потеря подачи воздуха, соленоидный клапан не обесточен, клапан удерживает положение.

-AFL/EFO-2: Клапан находится в открытом положении независимо от того, потерян ли источник воздуха, соленоид обесточен.

VI.  неисправность пневматического клапана и устранение неполадок1, пневматический клапан не может действовать

Явление неисправности: пневматический клапан не может открыться или закрыться.

Анализ причины

A, неисправность позиционера или неправильная регулировка: позиционер является важной частью системы управления пневматическим клапаном. Если позиционер неисправен или неправильно отрегулирован, пневматический клапан не достигнет заданного положения переключения.

B, неисправность электромагнитного клапана: электромагнитный клапан является важной частью системы управления пневматическим клапаном. Если обмотка электромагнитного клапана перегорает или золотник застревает, это напрямую повлияет на действие пневматического клапана.

C, неисправность привода: поршень или цилиндр внутри привода заклинило или явление внутренней утечки, также приведет к тому, что пневматический клапан не сможет работать должным образом.

D, примеси или засорение внутри корпуса клапана: внутри корпуса клапана могут быть примеси или засорения, влияющие на траекторию потока, что приводит к тому, что клапан не может нормально открываться или закрываться.

Методы устранения

A. Замените поврежденные или стареющие уплотнения. Регулярно проверяйте состояние уплотнений, своевременное обнаружение и устранение проблемы.

B. Замените электромагнитный клапан или очистите золотник. Регулярно проверяйте рабочее состояние электромагнитного клапана, своевременное обнаружение и устранение неисправностей.

C, Проверьте привод, например, поршень, цилиндр и т. д. на наличие повреждений или внутренней утечки, если какие-либо детали повреждены, замените их вовремя. Регулярно смазывайте движущиеся части привода, чтобы уменьшить износ.

D, Очистите внутреннюю часть корпуса клапана, чтобы обеспечить плавность траектории потока. В процессе установки и использования обратите внимание на поддержание чистоты среды, чтобы избежать попадания примесей в корпус клапана.

2, медленное действие пневматического клапана

Явление неисправности: скорость открытия или закрытия пневматического клапана медленная.

Анализ причины

A, неисправность позиционера или неправильная регулировка: позиционер является важной частью системы управления пневматическим клапаном. Если позиционер неисправен или неправильно отрегулирован, пневматический клапан не достигнет заданного положения переключения.

B. Чрезмерное трение внутри привода: Чрезмерное трение между поршнем и стенкой цилиндра внутри привода или старение уплотнений может привести к медленному действию пневматического клапана.

C. Примеси или засорение внутри корпуса клапана: внутри корпуса клапана могут быть примеси или засорения, влияющие на плавность траектории потока, что приводит к медленному действию пневматического клапана.

Методы устранения

A. Замените поврежденные или стареющие уплотнения. Регулярно проверяйте состояние уплотнений, своевременное обнаружение и устранение проблемы.

B. Смажьте привод и замените сильно изношенные детали. Регулярно смазывайте движущиеся части привода, чтобы уменьшить трение.

C. Очистите внутреннюю часть корпуса клапана, чтобы обеспечить плавность траектории потока. В процессе установки и использования обратите внимание на поддержание чистоты среды, чтобы избежать попадания примесей в корпус клапана.

3, утечка пневматического клапана

Явление неисправности: пневматический клапан в закрытом состоянии все еще имеет утечку среды.

Анализ причины

A, неисправность позиционера или неправильная регулировка: позиционер является важной частью системы управления пневматическим клапаном. Если позиционер неисправен или неправильно отрегулирован, пневматический клапан не достигнет заданного положения переключения.

B, соединения корпуса клапана ослаблены или плохое уплотнение: ослабленные соединения корпуса клапана или плохое уплотнение также могут привести к тому, что пневматические клапаны в закрытом состоянии все еще имеют утечку среды.

C. Утечка внутри привода: утечка цилиндра или поршня внутри привода повлияет на герметичность пневматического клапана.

Методы устранения

A. Замените поврежденные или стареющие уплотнения. Регулярно проверяйте состояние уплотнений, своевременное обнаружение и устранение проблемы.

B. Затяните соединения корпуса клапана, чтобы обеспечить хорошее уплотнение. Во время установки строго соблюдайте рабочие процедуры, чтобы обеспечить герметичность соединений.

C, Проверьте внутреннюю часть привода, если есть какие-либо утечки, отремонтируйте или замените детали вовремя. Регулярно проверяйте герметичность привода, чтобы вовремя обнаружить и устранить проблемы с утечками.

4, неточность позиционирования пневматического клапана

Явление неисправности: пневматический клапан не может достичь заданного положения переключения.

Анализ причины

A, неисправность позиционера или неправильная регулировка: позиционер является важной частью системы управления пневматическим клапаном. Если позиционер неисправен или неправильно отрегулирован, пневматический клапан не достигнет заданного положения переключения.

B. Недостаточный или неправильно отрегулированный ход пневматического привода: Недостаточный или неправильно отрегулированный ход пневматического привода также может привести к тому, что пневматический клапан не достигнет заданного положения переключения.

Методы устранения неполадок

A. Проверьте, неисправен ли позиционер или неправильно отрегулирован, и при необходимости замените или перенастройте его. Регулярно калибруйте позиционер, чтобы убедиться, что он находится в хорошем рабочем состоянии.

B. Проверьте, является ли ход пневматического привода недостаточным или неправильно отрегулированным, при необходимости отрегулируйте или замените детали. Регулярно проверяйте ход пневматического привода, чтобы убедиться, что он соответствует требованиям конструкции.

5, другие неисправности

5.1 Скачок при запуске действия клапана

Явление неисправности: явление скачка при запуске действия клапана.

Анализ причины: нагрузка может быть слишком большой, необходимо увеличить спецификации привода.

Метод устранения: в соответствии с фактической нагрузкой выберите соответствующие спецификации привода, чтобы убедиться, что он может соответствовать требованиям нагрузки.

5.2 Скачок в конце действия клапана

Явление неисправности: явление скачка в конце действия клапана.

Анализ причины: действие может быть слишком быстрым, инерционная энергия слишком велика, необходимо увеличить клапан регулирования скорости или внешний буфер.

Методы устранения: в пневматической системе для увеличения клапана регулирования скорости или внешнего буферного устройства, уменьшения скорости действия, уменьшения воздействия инерционной энергии.

5.3 Нет сигнала обратно к сигналу

Явление неисправности: нет выходного сигнала обратно к сигналу.

Анализ причины: линия питания сигнала может быть закорочена, отключена, необходимо отремонтировать линию питания или заменить микропереключатель.

Средство: Проверьте линию питания сигнала, отремонтируйте короткое замыкание или обрыв цепи и при необходимости замените микропереключатель.