G; рер л; ефект тиску d; блок живлення - один; загадка; гулятори

Онлайн:

Пошук

Файли

Управління ефектом тиску подачі - загадка регуляторів

Публікація: жовтень 2013 р

Поділіться

fb
двадцять
двадцять

Оператори, які працюють над процесом, що включає газовий балон, іноді спостерігають дивовижне явище: тиск на виході за регулятором зростає без видимих причин. У міру спорожнення балона тиск газу на вході в регулятор зменшується. Можна логічно подумати, що вихідний тиск також повинен зменшитися.
Однак насправді тиск на виході збільшується, що часто змушує оператора думати, що регулятор несправний.

Кілька причин можуть бути причиною цього явища, але найбільш вірогідним є припущення про несправний регулятор. Найбільш імовірною причиною є ефект тиску на подачу (або SPE), який іноді називають "залежністю". Переважно зменшити SPE якомога більше. Якщо SPE регулятора занадто високий, коливання тиску може вплинути на ефективність системи.

На щастя, можна вирішити проблему EPS, вибравши відповідний регулятор - або комбінацію регуляторів - для певного застосування. У рідкісних випадках вам вдасться зменшити SPE, вручну регулюючи заданий тиск регулятора. Але більшу частину часу вам потрібно внести деякі зміни у налаштування системи. Якщо це можливо, краще внести ці зміни на початку, на етапі проектування системи, а не в існуючу систему, оскільки тоді ви можете зіткнутися з такими проблемами, як обмеження простору або обмеження. Додаткові витрати, які можуть обмежити ваші можливості.

Розуміння ПЕС

SPE визначається як зміна тиску на виході внаслідок зміни тиску на вході (або подачі). Якщо тиск на вході зменшується, спостерігається відповідне збільшення тиску на виході. І навпаки, якщо тиск на вході збільшується, тиск на виході зменшується. Вхідний і вихідний тиск змінюються в протилежних напрямках.

SPE не є повторюваним явищем у застосуванні газових балонів. Це відбувається, коли відбувається зміна тиску на вході. Однак це буде помічено лише в ситуаціях, коли тиск на вході суттєво змінився, наприклад, коли газовий балон спорожнився і тиск збільшився, скажімо, з 153 бар (2200 фунтів на квадратний дюйм) до 35 бар (500 фунтів на квадратний дюйм).

Зміни вихідного тиску регулятора можна оцінити за такою формулою: ∆P (вихід) = ∆P (вхід) x SPE. Тобто, якщо SPE регулятора дорівнює 1 відсотку (0,01), зміна тиску на виході дорівнює 1 відсотку зміни тиску на вході. Наприклад, коли циліндр спорожняється, і тиск зростає з 153 бар (2200 фунт/кв. Дюйм) до 35 бар (500 фунт/кв. Дюйм), вихідний тиск регулятора зросте на 1,2 бар (17 фунт/кв. Дюйм). Пам'ятайте, що якщо тиск на вході зменшується, тиск на виході збільшується і навпаки. Значення SPE різняться залежно від моделі регулятора і зазвичай надаються виробником. Це значення можна вказати у відсотках (наприклад, 1,0 відсотка) або у співвідношенні (наприклад, 10: 1000).

Щоб зрозуміти походження ПЕС, потрібно заглянути всередину регулятора. На малюнках 1a і 1b показано внутрішню частину підпружиненого регулятора. Це базова модель з "несиметричним клапаном".

Регулятор працює, вирівнюючи сили, показані на малюнках 1a та 1b. Зусилля діють на діафрагму і на клапан. Ці сили, як правило, перешкоджають потоку, що стоїть за течією, що, в свою чергу, зменшує вихідний тиск. Вони походять від тиску, який чинить рідина в системі - на вході (FI) і на виході (FO) регулятора - і від натягу пружини клапана (FS2). Інша сила - сила регулюючої пружини регулятора (FS) - діє на діафрагму вниз, що впливає на відкриття клапана та збільшення вихідного тиску. Інтенсивність зусилля, яке чинить пружина, визначається регулюванням тиску, зробленим оператором.

На рис. 1а, сила, що діє під тиском на вході (FI) на всю поверхню сідла (A1), а також сила, яка діє на пружину клапана (FS2), діють разом, щоб закрити клапан. Сила, що діє під тиском на виході (FO) на нижню сторону діафрагми, штовхає діафрагму вгору, доводячи клапан до закритого положення проти сидіння.

малюнок 1а

На малюнку 1b сила, яка діє на пружину (FS), штовхає клапан у відкрите положення. Коли одна з цих сил змінюється за інтенсивністю, інші діють для підтримки рівноваги.

малюнок 1b

При незбалансованому клапані (рис. 1а та 1б) сила, що діє під тиском на вході (FI), штовхає клапан вгору, при цьому тиск здійснюється на частину клапана, рівну поверхні сідла (А1).

Отже, зменшення вхідного тиску дорівнює силі (FI) меншої інтенсивності. Це зменшення сили (FI) змушує пробку клапана відійти від сідла, збільшуючи тиск у нижній частині (Малюнок 1b). У той же час це збільшення тиску на виході не створює достатньої сили (FO), щоб урівноважити силу регулюючої пружини (FS) і штовхнути діафрагму вгору, щоб закрити клапан на однакове значення вихідного тиску. Це закриється з вищим тиском. Це дає огляд SPE всередині регулятора.

Управління SPE - Збалансовані клапани

У багатьох додатках загальновживаним методом зменшення SPE є вибір регулятора зі збалансованим клапаном (рис. 2). Мета цієї конструкції полягає в тому, щоб забезпечити кращий розподіл управління клапанами за вхідним і вихідним тиском.

Малюнок 2

У збалансованій моделі штекера ущільнювальне кільце оточує нижній шток штекера. Це ущільнювальне кільце запобігає натиску на вході (FI) від дії сили на основу клапана (B2). Крім того, отвір проходить через клапан зверху вниз. Цей порт дозволяє вихідному тиску (FO), який набагато нижчий, ніж тиск на вході (FI), діяти на основу клапана (B 2). Отримана сила зумовлена вхідним тиском, що чиниться на поверхню А2 - В2.

При цих змінах конструкції вхідний і вихідний тиск надають на клапан вертикальну силу, щоб закрити його, коли тиск в системі занадто високий. Вхідний тиск (FI) здійснюється на незбалансовану частину клапана, тоді як вихідний тиск (FO) - на основу.

Тепер повернімось до нашого сценарію і знову уявімо, що вхідний тиск зменшується в міру спорожнення газового балона. Зусилля, яке чинить тиск на вході (FI) на клапан, буде меншим, оскільки тиск чиниться на меншу площу (А2 - В2). Завдяки цій збалансованій конструкції клапана вихідний тиск надає достатню силу, щоб закрити клапан і обмежити тиск, виправляючи збільшення тиску за потоком. Тиск на виході проти сили пружини (FS) і штовхає як мембрану, так і основу клапана вгору.

Додатковою перевагою збалансованих регуляторів струму є здатність цих регуляторів зменшувати явище блокування сидіння або падіння тиску, тобто тенденція клапана різко закриватися, коли потік потрапляє вниз. Надмірна блокування не бажана, оскільки це може призвести до короткого стрибка тиску на виході, коли клапан швидко закривається.

Управління SPE - Двоступеневий контроль

Збалансований регулятор струму підходить для зменшення SPE у багатьох додатках, особливо в додатках із високою швидкістю потоку. Для застосувань із меншою швидкістю потоку та інших, іншим методом обмеження EPS є зменшення тиску у два етапи. Цього можна досягти, встановивши два одноступінчасті регулятори послідовно або поєднавши два регулятори в одному вузлі.

Двоступенева конфігурація обробляє зміни тиску на вході у два етапи. Перший регулятор певною мірою контролює цю зміну, тоді як другий регулює ще більше. Разом два регулятора доводять тиск на виході до рівня, дуже близького до бажаного значення.

Щоб розрахувати зміну вихідного тиску за допомогою двоступеневого регулятора, помножте зміну вхідного тиску на SPE кожного регулятора, як показано за такою формулою:

ΔP (вихід) = ΔP (вхід) x SPE1 x SPE2

Пам'ятайте, що якщо тиск на вході зменшується, тиск на виході збільшується і навпаки. У міру спорожнення газового балона та зменшення вхідного тиску тиск на виході збільшується для першого регулятора. Це збільшення призводить до зменшення тиску на виході з боку другого регулятора. Однак, оскільки перший регулятор відчуває основну масу EPS, відносний перепад тиску після другого регулятора є мінімальним.

Повернемося до нашого прикладу спорожнення газового балона, в якому тиск падає з 153 бар (2200 фунтів на квадратний дюйм) до 35 бар (500 фунтів на квадратний дюйм), і припустимо, що кожен регулятор має 1 відсоток SPE. При падінні тиску на 118 бар (1700 фунт/кв. Дюйм) тиск на виході з першого регулятора зросте на 1,18 бар (17 фунт/кв. Дюйм). В результаті цього збільшення тиск на виході з другого регулятора зменшиться на 0,0118 бар (0,17 фунт/кв. Дюйм). Кінцевим результатом є мінімальне зниження тиску, яке становить лише 0,01 відсотка (0,0001) початкового перепаду тиску в балоні (1,18 бар (0,17 фунт/кв. Дюйм) = 118 бар (1700 фунт/кв. Дюйм)) x 0,1 x 0,1). Як тільки тиск у балоні опуститься нижче заданого тиску першого регулятора, SPE останнього більше не буде враховуватися, а буде розглядатися лише SPE другого регулятора.

Що стосується управління SPE, конфігурація з подвійним спусковим механізмом, як правило, досягає кращих результатів, ніж один регулятор із збалансованим клапаном. На установці, де одне джерело газу постачає кілька пристроїв з однаковим тиском на виході, можливі обидва варіанти. З іншого боку, якщо застосування вимагає, щоб газовий балон подавав кілька пристроїв, принаймні один з яких вимагає різного тиску, тоді слід використовувати двоступеневу конфігурацію. У цьому випадку перший регулятор розміщують біля джерела газу, а додатковий регулятор - на кожній з технологічних ліній.

У будь-якій системі будьте обережні, щоб уникнути типової помилки використання двоступеневого регулятора у джерела подачі газу та єдиного регулятора в місці використання. Така конфігурація надмірна, оскільки вона становить потрійний тригер.

Управління SPE - власниками куполів

Також можна використовувати один купольний регулятор для управління SPE. Це рішення є найбільш практичним при роботі з великими балонами з високими витратами газу. Купольний регулятор працює майже так само, як і підпружинений регулятор, за винятком того, що пружина замінена куполом під тиском, який діє на вертикальну силу вниз на діафрагму і клапан. На малюнку 3 показано установку для управління SPE за допомогою купольного регулятора. Зверніть увагу, що на додаток до купольного регулятора, для цієї конфігурації потрібні контрольний регулятор і три петлі. Перший контур з'єднує регулятор пілота з куполом регулятора, так що регулятор пілоту може регулювати тиск у куполі на основі тиску в системі.

Другий контур дозволяє надлишковому тиску в куполі випускатися в рідину нижчої за течією системи. Третій цикл - це зовнішній цикл зворотного зв'язку. Це дозволяє пілотному регулятору точно вимірювати тиск газу за течією та швидко регулювати тиск у куполі. Оскільки ця система робить коригування, виходячи з фактичного тиску на виході, вона може ефективно зменшити SPE.

У випадку купольного клапана, керованого пілотним регулятором, SPE обох регуляторів додається, щоб надати системі SPE. Наявність зовнішнього контуру зворотного зв'язку компенсує коливання тиску і ще більше зменшує SPE.

Керування SPE - налаштування вручну

Також можна управляти SPE, вручну регулюючи регулятор відповідно до показників, наданих манометром, який вимірює тиск за потоком. Однак цей спосіб не є практичним у більшості ситуацій. Якщо газовий балон подає заявку, яка вимагає постійної подачі, тиск на виході постійно змінюється.
Це означає, що людині доведеться часто перевіряти манометр, розташований нижче за течією, і вартість робочої сили може значно перевищити вартість налаштування однієї з конфігурацій, описаних вище.

Однією з небагатьох ситуацій, коли ручне регулювання може бути виправданим, є лабораторія, де потреба в газі з балона обмежена короткими інтервалами і не є постійною. Коли необхідна подача газу, лаборант може періодично проводити регулювання тиску регулювання регулятора.

Коли регулятор контролює тиск на виході з газового балона, явище SPE завжди присутнє. Кожна зміна тиску на вході відповідає зміні тиску на виході. Це помічається - або це стає проблемою - лише у певних ситуаціях, наприклад, коли регулювання тиску на виході має бути дуже точним, або коли тиск на вході суттєво змінюється, як у випадку з порожнім газовим балоном. Можна мінімізувати SPE у багатьох додатках, використовуючи один регулятор із збалансованим клапаном або використовуючи двоступеневий регулятор. Але якщо ваше джерело газу подає кілька пристроїв з різними вимогами до тиску, можливо, вам доведеться використовувати кілька одноступінчатих регуляторів - один біля джерела газу, а інший на кожній технологічній лінії - для досягнення регулювання подвійного розширення в кожній точці використання.

Для газових балонів великого обсягу з високими витратами можна також розглянути можливість використання купольного регулятора з поверненням до контрольного регулятора. Ви також можете розглянути можливість ручного управління SPE в деяких випадках.

Яке б рішення ви не вибрали, ви завжди повинні намагатися знайти регулятор, відповідний діапазону тиску, який ваша система повинна буде регулювати. Загалом, вплив тиску подачі більший на регулятори широкого діапазону, ніж на регулятори вужчого діапазону. Ви повинні вибрати регулятор, вхідний тиск і діапазон регулювання якого максимально наближені до параметрів застосування.

Майкл Д. Адкінс, менеджер з технічного обслуговування споживачів та регулятора тиску компанії Swagelok

Вутер Пронк, старший інженер проекту, регулятори тиску, Swagelok