Регулирующие клапаны используются уже почти столетие. Основной дизайн изменился очень незначительно. Конструкции клапанов развивались путем добавления дополнительных компонентов для устранения кавитации, уменьшения эрозии и снижения шума.

Регулирующие клапаны используются в качестве исполнительных механизмов в системах автоматического и дистанционного управления для регулирования потока жидкостей и газов. Они используются в системах отопления, кондиционирования и вентиляции, а также во многих других отраслях промышленности.

Регуляторы можно разделить на регуляторы прямого действия, в которых энергия, необходимая для работы, исходит от объекта регулирования. Второй тип — это регуляторы, в которых к ним должна подводиться внешняя энергия (пневматическая, электрическая или гидравлическая).

Регулирующие клапаны

В регуляторах прямого действия измерительный элемент, привод и исполнительный механизм обычно составляют единый блок. Преимуществом данного решения является простота конструкции и низкая стоимость производства. Недостатком является возможность регулирования только постоянной величины и низкая точность регулирования, обусловленная гистерезисом и статическим отклонением.

Принцип работы регуляторов давления заключается в уменьшении расхода при слишком высоком давлении и увеличении расхода при слишком низком давлении. Обычно регуляторы не имеют возможности изменения коэффициента усиления и возможности программного управления, они выпускаются как пропорциональные регуляторы P. Значение коэффициента усиления определяется характеристиками объекта управления и конструкцией регулятора. В регуляторах прямого действия заданное значение устанавливается механически.

В системах отопления, кондиционирования и химических процессах регуляторы прямого действия используются для регулирования давления, разности давлений, расхода, температуры (регуляторы температуры горячей воды, радиаторные термостаты, ограничители температуры обратного потока и т.д.), уровня, расхода и давления.), уровень. В теплоэнергетике, например, они также используются как многофункциональные регуляторы прямого действия для одновременного регулирования разности давлений и расхода сетевой воды в центре.

Проектирование регуляторов

Регулятор разности давлений

Регуляторы разности давлений прямого действия с ограничителем расхода состоят из корпуса регулятора, мембранного привода, пружины, плунжера, штока, ограничителя расхода. Их работа заключается в управлении плунжером таким образом, чтобы заданная разность давлений была постоянной.

Регулятор разности давлений и расхода

Регулятор давления и расхода прямого действия с ограничителем расхода оснащен двумя мембранами. Поток регулируется верхней мембраной, разница давления — нижней мембраной. Приоритет всегда отдается сигналу
сильнее.

В результате развития технологии промышленных процессов возросли требования к установкам в отношении давления, расхода и температуры. Стандартные решения не гарантируют правильную работу при угрозе эрозии, кавитации, теплового удара, сверхзвукового потока, чрезмерного шума. Описанные явления оказывают крайне негативное влияние на фурнитуру. Они представляют собой угрозу долговечности и безопасности установки и требуют применения решений, устраняющих или снижающих эти угрозы. Существующие технические решения направлены на снижение перепада давления на клапане до значений ниже критических за счет использования сепараторных клапанов, многоступенчатых затворов и других антикавитационных решений.

Приоритетные клапаны

Другой группой регулирующих клапанов являются приоритетные клапаны. Приоритетные клапаны представляют собой комбинацию приоритетного клапана и регулятора давления. Они используются для обеспечения приоритетного водоснабжения очень важных участков водопроводной сети. Остальная часть сети снабжается водой только при наличии достаточного количества воды. Другой функцией приоритетных клапанов является регулирование выходного давления, защищающего систему на стороне выхода от превышения заданного давления.

Двухклапанные регуляторы

Двухклапанное управление — это прерывистое управление. В зависимости от того, является ли сигнал отклонения положительным или отрицательным, управляющая величина принимает два значения: минимальное или максимальное. Максимальное значение управляющей величины обычно обозначается условным значением 1, а минимальное — 0. Значение 1 означает активацию выходного сигнала от контроллера, а значение 0 означает деактивацию выходного сигнала.

Управляющий сигнал переключается, когда сигнал отклонения проходит через область гистерезиса. Зона гистерезиса предотвращает слишком частое срабатывание механизма переключения регулятора (напр. электрические контакты) и снижает частоту включения приводов. Выходной сигнал системы управления колеблется между двумя границами зоны гистерезиса. Частота, амплитуда и среднее значение колебаний используются для оценки качества двухклапанного управления. Двухклапанные контроллеры просты и недороги в изготовлении и эксплуатации. Они используются в качестве регуляторов влажности (гигростатов) и контроллеров уровня жидкости. Они широко используются в системах кондиционирования и отопления, как устройства, защищающие от недопустимого повышения или понижения температуры (термостаты) и давления (реле давления). Термостат — это устройство, состоящее из регулятора и датчика температуры. Наиболее часто в термостатах используются датчики расширения: биметаллические, мембранные или стержневые датчики.

Биметаллы — это две металлические полосы с разным тепловым расширением, соединенные вместе. Стержневой датчик состоит из двух соединенных стержней. Один сделан из материала с высоким тепловым расширением, другой — из материала инвар с очень низким тепловым расширением
тепловое расширение.

Регулирующие клапаны

Диафрагменные датчики используют явление расширения жидкостей (парафин) и газов (бутан, фторуглероды, например, углеводороды). фреон) и явление адсорбции, т.е. связывание молекул, атомов или ионов на поверхности или на границах физических фаз, вызывающее локальные изменения концентрации.

Защитные термостаты

Используются предохранительные термостаты

  • для защиты теплообменников и котлов от чрезмерного повышения температуры теплоносителя,
  • как термостаты с переключающим контактом и автоматическим возвратом в заданное положение,
  • как термостаты с размыкающим контактом и блокировкой (возврат в заданное положение нажатием на кнопку спуска только после того, как температура упадет ниже предельного значения — сброс),
  • для защиты электронагревателей от чрезмерного повышения температуры.

 

Регулирующие клапаны