Gaubtinis vožtuvas MVR garintuve: srauto valdymo ir proceso vadovas

Kas yra aGaublio vožtuvasir kaip jis reguliuoja srautą?

Įvadas

Pramoninėse skysčių sistemose rutuliniai vožtuvai yra vieni plačiausiai naudojamų srauto ir slėgio moduliavimo įtaisų. Dėl linijinio judėjimo ir gana gero valdomumo jie yra įprasti chemijos, naftos ir dujų, energijos, vandens valymo ir garintuvų sistemose. Tuo tarpuMVR garintuvai (Mechaniniai garų rekompresiniai garintuvai) tapo vis labiau mėgstami energiją taupančiose-garinimo ir koncentravimo gamyklose. MVR garintuve tikslus srautų valdymas (skysčio padavimas, recirkuliacija, garų išleidimas ir kt.) yra labai svarbus -, o rutuliniai vožtuvai dažnai atlieka pagrindinį vaidmenį tose valdymo grandinėse. Šiame straipsnyje mes išsamiai išnagrinėsime, kas yra rutulinis vožtuvas, kaip jis reguliuoja srautą ir kaip jis integruojamas į MVR garintuvų sistemas (atsižvelgiant į procesą ir valdymą).

Kas yra gaubtinis vožtuvas? - Apibrėžimas, struktūra, tipai

Apibrėžimas ir pagrindinis principas

Rutulinis vožtuvas yra linijinio judesio valdymo vožtuvo tipas, naudojamas skysčio srautui vamzdynais reguliuoti. Vožtuvas veikia perkeldamas diską arba kaištį (pritvirtintą prie koto) statmenai stacionarios sėdynės link arba nuo jo, taip moduliuodamas srauto skerspjūvio plotą. Pavadinimas „gaublys“ atsirado istoriškai, kai daugelis tokių vožtuvų turėjo sferinius korpusus, tačiau šiuolaikinės konstrukcijos gali būti ne griežtai sferinės.

Proceso valdymo terminologijoje rutulinis vožtuvas dažnai priskiriamas slankiojančiam-koto valdymo vožtuvui (priešingai nei sukamieji vožtuvai). Pagal Valdymo vožtuvo vadovą, valdymo vožtuvai (įskaitant gaubtus) manipuliuoja skysčio srautu, keisdami srauto kanalo (ty angos) dydį, kaip nurodo valdymo signalas, taip valdydami srauto greitį ir tolesnius proceso kintamuosius (Emerson, Control Valve Handbook).

Skousen's Valve Handbook aprašo rutulinius vožtuvus kaip vieną iš pagrindinių valdymo vožtuvų tipų, ypač tinkamų droselio paslaugoms dėl jų progresyvaus srauto valdymo galimybės (Skousen, 1997).

Iš pramoninių procesų valdymo vožtuvų (Arca / Artes) dėmesys dažnai skiriamas rutuliniams vožtuvams dėl jų patikimo valdymo ir santykinai nuspėjamų srauto charakteristikų pramoninėse kilpose (Arca / Artes, Process Control Valve Handbook).

Taigi, rutulinis vožtuvas yra ir struktūrinis, ir funkcinis komponentas: vožtuvo korpusas, vidinės dalys ir valdymo mechanizmas (kotelis + pavara), leidžiantis moduliuoti.

Vidinė struktūra ir komponentai

Standartinį rutulinį vožtuvą sudaro šie pagrindiniai komponentai (terminologija atitinka valdymo{0}}vožtuvų vadovėlius):

• Korpusas / korpusas: pagrindinis slėgis{0}}turintis apvalkalą; jame yra vidinės dalys ir jis jungiamas prie vamzdynų flanšų arba suvirinimo siūlių.
• Kapotas: Korpuso užsegimas, kuriame yra koto sandariklis ir kuris nukreipia kotą. Jis prisukamas varžtais arba prisukamas prie korpuso.
• Stiebas: linijinis strypas, kuris skatina kištuko/disko judėjimą; jis tęsiasi per gaubtą, užsandarintas sandarikliu, į vožtuvo ertmę.
• Kištukas / diskas (arba vožtuvas užkimštas elementas): kilnojamasis komponentas, pritvirtintas prie koto; jis juda link sėdynės arba nuo jos, kad apribotų srautą.
• Sėdynės žiedas / sėdynė: Stacionarus paviršius, prie kurio uždarytas kamštis užsisandarina.
• Narvas arba kreipiamoji konstrukcija: Daugelyje šiuolaikinių rutulinių vožtuvų yra kamštį supantis narvelis arba kreiptuvas, skirtas nukreipti srautą, sumažinti turbulenciją ir apibrėžti srauto charakteristiką.
• Pakuotė ir liauka: sandariklis aplink kotą, kad būtų išvengta nuotėkio.
• Pavaros / rankinio rato / operatoriaus mechanizmas: Rankinis rankinis ratas paprastuose vožtuvuose; pneumatinės, hidraulinės arba elektrinės pavaros automatizuotuose valdymo vožtuvuose.
• Priedai: padėties reguliatorius, ribiniai jungikliai, garsumo stiprintuvai, slopintuvai ir kt.

Kaištis paprastai juda tiesia linija išilgai stiebo ašies, eidamas per narvelį arba kreiptuvą. Narvelyje esančios angos palaipsniui atskleidžia didesnę ar mažesnę skerspjūvio dalį, kai kamštis juda, todėl srautas reguliuojamas.

Pagrindinis vidinio dizaino sprendimas yra apkarpykite - kamščio, sėdynės, narvelio angų ir kreipiančiosios struktūros formą ir išdėstymą -, kuri apibrėžia srauto charakteristiką, tiesiškumą ir kavitacijos / triukšmo elgesį.

Globe Valve tipai ir variantai

Yra keletas rutulinių vožtuvų variantų, skirtų įvairioms paslaugoms:

• Tiesus-(į-liniją) rutulinis vožtuvas- įėjimo ir išleidimo angos yra sulygiuotos (180 laipsnių orientacija).
• Kampinis rutulinis vožtuvas- srauto kelias yra sulenktas, paprastai 90 laipsnių, todėl įėjimo ir išleidimo angos yra statmenos. Tai naudinga, kai dėl vamzdynų išdėstymo reikia pakeisti kryptį arba ištuštinti vožtuvo korpusą.
• Y-pattern (arba Y-globe) vožtuvas- korpusas pasviręs (Y-forma), kad stiebas būtų pasviręs ir tekėjimo kelias būtų mažiau vingiuotas; tai sumažina slėgio kritimą ir susidėvėjimą.
• Subalansuotas kamščio rutulinis vožtuvas- kištukas yra išgręžtas arba subalansuotas, kad būtų sumažintos tinklo jėgos ir pagerintas valdymas esant dideliam-slėgio kritimui.
• Anti-kavitacija arba daugiapakopis{1}}apdailos gaubtinis vožtuvas- specialūs vidiniai apdaila, skirti sumažinti kavitaciją, triukšmą ir eroziją esant dideliam ΔP sąlygoms.
• Kriogeniniai, aukštoje{0}}temperatūroje arba specialios medžiagos gaubtiniai vožtuvai- variantai ekstremalioms eksploatavimo sąlygoms.

Kiekviename variante yra slėgio kritimo,{0}}lengvo valdymo, kainos, sandarinimo ir priežiūros kompromisų.

Privalumai ir trūkumai

Rutulinių vožtuvų privalumai:

• Geras droselio valdymas: kadangi srauto sritis keičiasi palaipsniui, jie siūlo tikslią moduliavimo galimybę.
• Nuspėjama srauto charakteristika: lengviau modeliuoti ir derinti valdymo kilpas.
• Geras sandarumas uždarant: kaiščio{0}}dėtuvės geometrija gali užtikrinti sandarų uždarymą.
• Tvirtas nuo sėdynės nusidėvėjimo: dizainas tinkamas dažnai naudoti.
• Lankstus modifikavimui: Galimi įvairūs dydžiai ir apdaila.
• Mažesnė triukšmo ir kavitacijos rizika (palyginti su kai kuriais sukamaisiais vožtuvais) dėl geresnių slėgio atkūrimo charakteristikų. (Globe vožtuvai turi aukštesnius slėgio atkūrimo koeficientus nei rotaciniai vožtuvai, o tai reiškia, kad sugaunama mažiau energijos, tačiau tai taip pat reiškia mažesnę kavitacijos riziką) (Baumann, Fluid Mechanics of Control Valves)
• Universalumas: gali būti naudojamas skysčiams, dujoms, garams, srutoms, priklausomai nuo medžiagų.

Trūkumai:

• Didesnis slėgio kritimas: Kadangi srauto kelias nėra supaprastintas, yra didesnis pasipriešinimas.
• Didesnio dydžio, sunkesni: lyginant su to paties vardinio dydžio rutuliniais arba drugeliais vožtuvais.
• Didesnės sąnaudos srauto vienetui (Cv) didelėms sistemoms.
• Stiebo sandariklio nutekėjimo rizika laikui bėgant.
• Reikalinga priežiūra (ypač apdailos ir sėdynių).
• Jautrumas srauto -sukeltams jėgoms ir galimas nestabilumas greitai{1}}kintančiame sraute.

Apskritai dizaineriai renkasi rutulinius vožtuvus, kuriuose svarbus valdymo tikslumas ir kur slėgio kritimas yra priimtinas.

Kaip rutulinis vožtuvas reguliuoja srautą? - Teorija ir mechanizmas

Norėdami suprasti, kaip rutulinis vožtuvas reguliuoja srautą, išnagrinėjame srauto ir charakteristikų ryšį, slėgio kritimo elgesį, valdymo priedus, dinamines jėgas ir stabilumo reiškinius.

Srauto ir charakteristikos santykis

Pagrindinė valdymo vožtuvų koncepcija yra srauto charakteristika - ryšys tarp vožtuvo atidarymo (eigos arba kamščio pakėlimo) ir srauto greičio (arba srauto koeficiento). Įprasti tipai yra:

• Linijinė charakteristika: srautas yra proporcingas pakilimui (ty padvigubėjus keltuvui, srautas padvigubinamas).
• Lygi{0}}procentinė charakteristika: kiekvienas kėlimo padidėjimas duoda proporcingą srauto pokytį procentais (ty atsakas padidėja esant didesniam pakilimui).
• Greito -atidarymo charakteristika: didelis srauto padidėjimas esant mažai angai, tada išlyginimas - naudingas įjungimui / išjungimui arba greitam atsakui.

Charakteristikos pasirinkimas priklauso nuo proceso: procesams, turintiems platų dinaminį diapazoną ir ne{0}}tiesinę elgseną, dažnai pirmenybė teikiama vienodai-procentams; linijinis yra paprastesnis ir kartais intuityvesnis.

Apdailos dizainas (kištuko forma, narvelio skylės) valdo, kokias charakteristikas rodo rutulinis vožtuvas.

Veikiant, kai valdiklis reguliuoja vožtuvo angą, kaištis juda, keičia atviras srauto sritis narvelyje. Srautas per vožtuvą atitinka angos / srauto lygtis, moduliuojamas vožtuvo koeficientu (Cv), kuris priklauso nuo kėlimo ir slėgio skirtumo.

Slėgio kritimas, atkūrimo koeficientas, kavitacija ir triukšmas

Rutulinis vožtuvas iš prigimties sukelia slėgio kritimą. Slėgis prieš srovę (P₁) sumažėja iki minimumo ties vena contracta (mažiausias slėgis), tada atkuria tam tikrą statinį slėgį pasroviui (P2). Slėgio „atkurto“ matas fiksuojamas slėgio atkūrimo koeficientu (arba atkūrimo koeficientu, dažnai vadinamasF_L). Rutuliniai vožtuvai paprastai turi aukštesnius slėgio atkūrimo koeficientus (ty mažesnį atsigavimą), palyginti su sraigtiniais arba rutuliniais vožtuvais (Baumann, Fluid Mechanics of Control Valves) -, tai reiškia, kad didesnis slėgio kritimas yra nuolatinis.

Dėl šios priežasties vožtuvas yra mažiau linkęs į kavitaciją (kur susidaro ir susitraukia garų burbuliukai), palyginti su tam tikrais sukamaisiais vožtuvais, tačiau esant dideliam ΔP sąlygoms, kavitacija vis tiek gali atsirasti, jei ji nesušvelninama.

Triukšmasyra kitas rūpestis. Didelio-greičio turbulentinis srautas, greitas slėgio kritimas ir kavitacija gali sukelti triukšmą. Vožtuvų apdailai gali būti įtrauktas triukšmo-mažinimo arba kelių pakopų kritimas (difuzoriai, narveliai, labirintai), kad būtų sumažintas triukšmas.

Kavitacija ir mirgėjimas: Jei vietinis slėgis nukrenta žemiau garų slėgio, susidaro garų burbuliukai, kurie suyja pasroviui (kavitacija), galintys suardyti vidinius paviršius. Jei slėgis yra mažesnis už garų slėgį pasroviui, atsiranda mirksėjimas. Norėdami to išvengti, vožtuvų projektuotojai naudoja kelių pakopų slėgio kritimą kontroliuojamais žingsniais, kad sumažintų kiekvienos pakopos ΔP (ty anti{5}}kavitacijos apipjaustymą).

Praktiškai projektuotojas turi užtikrinti, kad vožtuvas ΔP būtų saugiame diapazone, ir galbūt pridėti pakopą arba apėjimą, kad apsaugotų vožtuvą.

Paleidimo, apdailos ir valdymo priedai

Rutulinio vožtuvo kaiščio judesį paprastai maitina pavara (pneumatinė diafragma, stūmoklis, hidraulinis arba elektros variklis). Pavara interpretuoja valdymo signalą (pvz., 4–20 mA arba pneumatinį 3–15 psi), kad sukeltų koto padėtį. Siekiant užtikrinti tikslų atsaką, naudojami padėties nustatymo įtaisai, grįžtamasis ryšys ir priedai.

• Padėties reguliatorius: palygina komandos signalą su faktine stiebo padėtimi ir ištaiso klaidą (užtikrina tikslų judėjimą).
• Ribiniai jungikliai, eigos sustojimai: nustatyti galines padėtis.
• Snubbers, garsumo stiprintuvai: sulėtinti greitą judėjimą arba užtikrinti dinamišką atsaką.
• Tiekimo ir valdymo linijos: pneumatinėms arba hidraulinėms sistemoms.

Apdaila (kištukas + narvas) parenkama taip, kad būtų užtikrinta norima srauto charakteristika, slėgio kritimo valdymas ir ilgaamžiškumas. Naudojant aukštą ΔP arba erozijos paslaugas, gali prireikti daugialypės dangos, anti-triukšmo arba laipsniško srauto mažinimo.

Dinaminės jėgos, srauto{0}}jėgos kompensavimas ir stabilumas

Kai skystis teka per iš dalies atidarytą vožtuvą, srauto jėgos veikia kamštį, kotą ir vidinius paviršius. Šios jėgos gali destabilizuoti vožtuvą, sukelti vibraciją arba sukelti lipnumą. Todėl gera vožtuvo konstrukcija apima srauto-jėgos kompensavimą, kai geometrija arba balansavimo angos sumažina nesubalansuotas jėgas.

Straipsnyje apie srauto jėgas vožtuvuose (Lugowski, Flow{0}}Force Compensation in a Hydraulic Valve) kritikuojamos standartinės vadovėlio formulės ir siūlomas patobulintas kompensavimo modeliavimas, pagrįstas slėgio disbalansu, o ne paprastais Niutono kaušo modeliais (Lugowski, 2015). Dizaineriai turi žinoti apie šiuos dinaminius efektus, ypač esant dideliam greičiui.

Vožtuvo stabilumui taip pat turi įtakos histerezė, aklavietė, sukibimas ir laisvumas pavaros{0}}apdailos sistemoje. Padėties reguliatoriai ir kalibravimas padeda juos sumažinti.

Apibendrinant: reguliavimas pasiekiamas tiksliai judant kamštį narvelyje, o kruopšta konstrukcija užtikrina, kad vožtuvas stabiliai ir nuspėjamai reaguotų į srauto jėgas, turbulenciją ir slėgio pokyčius.

Taikymas procesų ir valdymo sistemose

Gaubtiniai vožtuvai nėra izoliuota techninė įranga; jų funkcija yra integruota į procesų valdymo sistemas. Čia mes išnagrinėsime, kaip jie naudojami ir suprojektuoti tokiuose nustatymuose.

Valdymo vožtuvų vaidmuo proceso valdyme

Bet kurioje nepertraukiamo proceso gamykloje yra daug valdymo kilpų: tokie kintamieji kaip temperatūra, slėgis, srautas ir lygis turi būti palaikomi aplink nustatytas vertes. Valdymo vožtuvas paprastai yra galutinis valdymo elementas - paskutinis įtaisas, per kurį valdiklio išėjimas (pvz., . 4–20 mA) veikia. Valdiklis pagal matavimus ir paklaidą apskaičiuoja norimą vožtuvo atidarymą ir signalizuoja pavarai.

Tiksliau, srauto valdymui vožtuvas reguliuoja skerspjūvio plotą, kad pasiektų reikiamą srautą, atsižvelgiant į slėgio skirtumus prieš srovę ir pasroviui. Slėgiui valdyti kartais vožtuvas moduliuoja srautą, kad išlaikytų slėgį pasroviui.

Todėl projektuotojas turi nustatyti ir parinkti vožtuvą taip, kad jo valdymas, diapazonas ir atsakas atitiktų proceso dinamiką, netaptų silpnąja valdymo kontūro grandimi.

Valdymo vožtuvų dydžio nustatymas, parinkimas ir derinimas

Vožtuvo dydžio nustatymas apima apskaičiavimą srauto koeficientas Cv (arba Kv metriniais vienetais), reikalingas esant pilnai apkrovai, ir užtikrinti, kad vožtuvas galėtų efektyviai veikti reikiamame diapazone (pvz., nuo 10 % iki 100 % srauto). Pagrindiniai svarstymai:

• Atstumas / atjungimas: maksimalaus reguliuojamo srauto ir minimalaus reguliuojamo srauto santykis (dažnai 50:1 arba 100:1 geros konstrukcijos atveju).
• Kontrolės institucija: viso sistemos slėgio kritimo dalis, priskirta vožtuvui (dažnai 30–70 %), kad būtų galima lanksčiai moduliuoti.
• Slėgio kritimas (ΔP): leistinas diferencialas per vožtuvą nesukeliant kavitacijos ar nestabilumo.
• Srauto charakteristika: linijinis, vienodas{0}}procentas ir kt.
• Dinaminis atsakas: vožtuvo greitis ir proceso dinamika.
• Veikimo sąlygos: temperatūra, slėgis, skysčio tipas, ėsdinimas, kietų ar nešvarių skysčių buvimas.
• Medžiagos ir apdaila: suderinamumas, atsparumas erozijai, gyvenimo trukmė.

Kai vožtuvas yra pasirinktas ir sumontuotas,derinimasvaldymo kontūre (PID parametrai) turi būti atsižvelgiama į vožtuvo dinamiką, tuščią laiką ir netiesiškumą. Vožtuvas neturėtų sukelti pernelyg didelio atsilikimo ar viršijimo.

Gaubtinių vožtuvų integravimas su prietaisais

Integravimas reiškia valdymo vožtuvo prijungimą prie jutiklių, siųstuvų, valdiklių ir grįžtamojo ryšio įrenginių. Kai kurie pagrindiniai punktai:

• Srauto siųstuvas / srauto matuoklis matuoja faktinį srautą ir tiekia jį valdikliui.
• Valdiklis (DCS, PLC, PID algoritmas) lygina srauto kontrolinę vertę ir išmatuotą srautą, tada išveda valdymo signalą.
• Padėties reguliatorius / grįžtamojo ryšio sistema užtikrina, kad vožtuvas pasiektų nurodytą padėtį.
• Slėgio arba temperatūros jutikliai gali būti prieš vožtuvą arba už jo, kad padėtų susidaryti kilpoms (pvz., slėgio kompensavimas).
• Užraktai ir saugos logika turi užkirsti kelią netinkamam vožtuvo veikimui esant neįprastoms sąlygoms (pvz., gedimo{2}}saugumas, avarinis išjungimas).
• Aplenkimo ir perreguliavimo vožtuvai gali būti naudojami sistemai apsaugoti arba atlikti techninę priežiūrą.

Taigi, projektuojant sistemą, rutulinis vožtuvas yra grandinės dalis: jutiklis → valdiklis → pavara / vožtuvas → procesas. Kiekviena nuoroda turi būti patikima, tiksli ir pakankamai greita.

MVR garintuvas: apžvalga ir principai

Norėdami suprasti rutulinių vožtuvų vaidmenį MVR garintuve, pirmiausia apžvelgiame, kas yra MVR garintuvas, kaip jis veikia ir jo sistemos komponentus.

Kas yra MVR (mechaninės garų rekompresijos) garintuvas

MVR garintuvas yra sistema, kuri naudoja mechaninį garų pakartotinį suspaudimą, kad būtų galima perdirbti energiją garinimo procesuose ir taip padidinti šiluminį efektyvumą. Užuot naudojusi šviežius garus pašarams šildyti, MVR sistema paima garus, susidariusius dalinio išgarinimo būdu, juos suspaudžia (keldama slėgį ir temperatūrą) ir naudoja kaip kaitinimo terpę tolesniam garinimui. Ši kilpa sumažina išorinį garo suvartojimą ir padidina energijos vartojimo efektyvumą.

Kaip aprašyta "MVR (mechaninės garų rekompresijos) sistemose išgaravimui, distiliavimui ir džiovinimui", MVR sistemos pakartotinai naudoja energiją, kuri kitu atveju būtų prarasta, todėl garinimas tampa efektyvesnis. (Techninės informacijos dokumentas, 2019 m.)

Dėl šios priežasties MVR garintuvai naudojami pramonės šakose, kuriose siekiama sumažinti energijos suvartojimą, pvz., nuotekų koncentraciją, cheminius tirpalus, biomasę, pieno produktus ir kt. (Myande, The Ultimate Guide to MVR Evaporators).

Termodinaminis ir energetinis pranašumas

Tradiciniuose kelių efektų{0}}garintuvuose garai naudojami nuosekliems efektams; priešingai, MVR padidina garus iki didesnės entalpijos mechaniškai, o kompresoriui ar pūstuvui reikia tik elektros energijos. Dėl to dažnai sunaudojama daug mažiau energijos. Remiantis MVR techninės informacijos dokumentu, energijos sutaupymas gali būti didelis, nes sistema viduje perdirba latentinę šilumą (Techninės informacijos dokumentas, 2019).

Specifinis energijos suvartojimas (pvz., kWh vienai tonai išgarinto vandens) dažnai yra mažesnis naudojant MVR nei įprastose garu varomose sistemose. Kapitalo sąnaudos yra didesnės, tačiau bendra gyvavimo ciklo ekonomika dažnai teikia pirmenybę MVR, ypač kai energijos kainos yra aukštos.

Įprastas išdėstymas ir pagrindinė įranga

Įprastą MVR garintuvo sistemą sudaro:

• Tiekimo siurblys: tiekti skysčio tiekimą į garintuvą reikiamu slėgiu.
• Šilumokaičio / garintuvo korpusas: kur skystis kaitinamas ir susidaro garai.
• Kompresorius / pūstuvas: pakelti garų slėgį ir temperatūrą.
• Kondensatoriaus arba reboilerio šilumos perdavimo paviršius: kur suspausti garai kondensuojasi ir perduoda šilumą į tiekimo pusę.
• Recirkuliacinis siurblys / kilpa(priverstinės cirkuliacijos sistemose).
• Atskyriklis / blykstės būgnas: atskirti garų ir skysčio fazes.
• Valdymo vožtuvai ir vamzdynai: tiekimui, recirkuliacijai, garų išleidimui, aplinkkeliui ir kanalizacijai.
• Instrumentuotė: srauto, slėgio, temperatūros, lygio, laidumo ir kt. jutikliai.
• Saugos įtaisai: apsauginiai vožtuvai, oro išleidimo vožtuvai, atbuliniai vožtuvai.

Proceso srautas paprastai yra toks: tiekimas įeina → dalinis išgarinimas → garai suspaudžiami → suspausti garai kondensuojasi šilumokaityje → latentinė šiluminė pavara išgaruoja → garai atskiriami ir recirkuliuojami arba išleidžiami → koncentruotas skystis pašalinamas.

Dėl uždaros garų kilpos valdymas turi atidžiai valdyti slėgį, masės balansą ir srautus.

Rutulinio vožtuvo vaidmuo MVR garintuve (Procesas ir valdymas)

Dabar sujungiame dvi temas: rutulinį vožtuvą ir MVR garintuvą, sutelkdami dėmesį į tai, kaip rutuliniai vožtuvai veikia MVR sistemose pagal proceso ir valdymo logiką.

Kur MVR sistemoje naudojamas gaubtinis vožtuvas

MVR garintuvo sistemoje rutuliniai vožtuvai gali būti išdėstyti keliose strateginėse vietose:

• Tiekimo srauto valdymas: reguliuoja skysčio tiekimą į garintuvo korpusą.
• Recirkuliacijos valdymas: priverstinės cirkuliacijos sistemose, valdantis cirkuliacinio siurblio arba kontūro srautus.
• Garų apėjimas arba droselis: garų srauto arba apėjimo valdymas paleidimo, dalinės{0}}apkrovos ar saugos įvykių metu.
• Skysčio ištraukimas: valdymas koncentracijos traukimo-ne linija.
• Vėdinimo arba kraujavimo kontrolė: pašalinti ne{0}}kondensuojančias dujas arba palaikyti vakuumą.
• Makiažo vandens arba papildomos srovės kontrolė.

Kadangi šiuos taškus dažnai reikia moduliuoti (ne tik atidaryti / uždaryti), rutuliniai vožtuvai yra natūralūs kandidatai.

Funkcijos: reguliavimas, izoliacija, aplinkkelis, valdymo kilpos

Panagrinėkime keletą pagrindinių kilpų ir kaip veikia rutuliniai vožtuvai:

• Tiekimo valdymo kilpa: Tiekimo srautas turi atitikti garinimo pajėgumą. Apsauginis vožtuvas (tiekimo valdymo vožtuvas) gauna nustatytą tašką (pvz., norimą masės srautą) ir sureguliuoja savo kamštį, kad išlaikytų tą srautą nuo besikeičiančio slėgio arba skysčio tankio pokyčių.
• Recirkuliacijos valdymo kilpa: priverstinės cirkuliacijos sistemose recirkuliacijos greitis labai veikia šilumos perdavimą ir užsiteršimą. Recirkuliacinis rutulinis vožtuvas moduliuoja kontūro srautą.
• Garų droselis / aplinkkelis: pereinamojo laikotarpio arba paleidimo fazėse gali susidaryti per didelis garų slėgis; rutulinis vožtuvas gali drosuoti arba apeiti garus, kad išlaikytų stabilų slėgį arba apsaugotų kompresorių.
• Nubrėžkite koncentracijos valdymą: Vožtuvas kontroliuoja koncentruoto skysčio nutekėjimą, kad skysčio lygis arba koncentracija išliktų pastovūs.

Kiekviena iš šių kilpų yra proceso ir valdymo kilpa: jutikliai matuoja srautą, slėgį, temperatūrą arba lygį; valdikliai nustato įjungimą; o rutulinis vožtuvas vykdo moduliacijas.

Projektuojant galima sukurti kaskadines kilpas arba grįžtamojo ryšio valdymą, kai tiekimo vožtuvas yra pavaldus slėgio arba temperatūros kilpai. Vožtuvas turi turėti pakankamai galios ir dinaminio atsako, kad išlaikytų stabilumą.

Valdymo strategijos: tiekimo srautas, garų srautas, slėgis, lygis

Panagrinėkime keletą valdymo strategijų:

• Tiekimo ir garų balansas: Kadangi masės išsaugojimas turi išlaikyti, tiekimo srautas ir garų srautas turi būti suderinti. Kaskadinė valdymo schema gali reguliuoti garų slėgį, o tiekimo rutulinis vožtuvas veikia pagal garų slėgio kilpos komandas.
• Slėgio valdymas: Garų slėgis garintuve turi įtakos virimui ir šilumos perdavimui. Garų droselinis rutulinis vožtuvas gali būti slėgio kilpos dalis, kad būtų palaikomas slėgis nustatytame taške.
• Lygio valdymas: Skysčių atsargos garintuve turi būti kontroliuojamos. Nuleidžiamas rutulinis vožtuvas užtikrina pastovų lygį; jei koncentracija skiriasi, ši kilpa turi prisitaikyti.
• Recirkuliacijos kilpos valdymas: Recirkuliacijos rutulinis vožtuvas gali būti valdomas, kad būtų išlaikytas minimalus greitis arba šilumos perdavimo koeficientas.

Kadangi gali sąveikauti kelios kilpos (pvz., tiekimo kilpa sąveikauja su slėgio kilpa), reikia kruopštaus derinimo ir atsiejimo strategijų. Vožtuvo dinamika (negyvas laikas, delsa, netiesiškumas) įtakoja tai, kaip agresyviai valdiklis gali veikti.

Sąveika su kitais įrenginiais (siurbliais, kompresoriais, šilumokaičiais)

MVR sistemų gaubtiniai vožtuvai turi veikti kartu su siurbliais, kompresoriais ir šilumokaičiais:

• Siurbliai: tiekimo arba recirkuliacinis siurblys turi tiekti pakankamai slėgio aukštį; vožtuvas turi būti tokio dydžio, kad siurblio ir vožtuvo sistema patektų į kontroliuojamą veikimo sritį (ne per arti išjungimo ar bangavimo). Vožtuvas neturi stumti siurblio į nestabilią sritį.
• Kompresorius / pūstuvas: Drossuojant garus, vožtuvas neturi sukelti kompresoriaus nestabilumo (įtempimo). Vožtuvo ir kompresoriaus valdymo koordinavimas yra labai svarbus.
• Šilumokaičio apkrova: Kondensuotų suslėgtų garų kiekis turi atitikti garintuvo darbą. Valdymo vožtuvai moduliuoja srautus, kad šilumos perdavimas išliktų stabilus; pasikeitus užterštumui, valdymo kilpos prisitaiko reguliuojant vožtuvus.
• Perdirbkite arba apeikite linijas: Siekiant apsaugoti sistemą arba paleidimo/išjungimo metu, aplinkkelio linijos su rutuliniais vožtuvais leidžia naudoti alternatyvius kelius arba apriboti srautus.

Apibendrinant galima pasakyti, kad rutulinis vožtuvas yra moduliavimo įrankis integruotoje sistemoje. Jo dizainas, atsakas ir valdymas turi būti vertinami visų MVR įrenginių kontekste.

Lyginamoji diskusija: kiti vožtuvų tipai ir įtaisai MVR sistemose

Nors rutuliniai vožtuvai yra įprasti, alternatyvūs vožtuvų tipai ir įtaisai taip pat turi tam tikrų vaidmenų. Pamokoma juos palyginti.

Rutuliniai, drugelio ir kaiščių vožtuvai - Kompromisai-

Rutulinis vožtuvas: dažnai naudojamas įjungimo / išjungimo paslaugai. Jie pasižymi mažu slėgio kritimu, kai visiškai atidarytas, greitai veikia ir sandariai uždaro. Tačiau jų srauto valdymo tikslumas yra prastesnis nei rutulinio vožtuvo („rutulio“ geometrija lemia ne tokią linijinę valdymo charakteristiką) (Wikipedia,Rutulinis vožtuvas).

Drugelis vožtuvas: tinka dideliems vamzdžių dydžiams ir mažoms sąnaudoms, tačiau srauto valdymas nėra toks tikslus, o slėgio kritimas ir turbulencija gali būti didesni dėl disko srauto kelyje (Wikipedia,Drugelis vožtuvas).

Užkimšimo vožtuvas: kartais naudojamas valdymo programose, bet paprastai mažiau tinkamas smulkiam moduliavimui.

Kai reikalingas tikslus reguliavimas (pavyzdžiui, tiekimas, garų valdymas MVR sistemose), nepaisant didesnių sąnaudų ir kritimo, pirmenybė teikiama rutuliniams vožtuvams.

Atbuliniai vožtuvai, apsauginiai vožtuvai, apsauginiai vožtuvai

MVR garintuvo kilpose taip pat matoma:

• Atbuliniai vožtuvai: apsaugokite nuo atgalinio srauto, pvz., garų ar skysčio srauto atgal. Turi būti tokio dydžio, kad sumažintų slėgio kritimą, bet taip pat greitai reaguotų.
• Apsauginiai apsauginiai vožtuvai: apsaugoti nuo per didelio slėgio garų grandinėse; paprastai yra spyruoklinis-apkrautas ir nustatomas taip, kad atsidarytų nepažeidžiant projektinio slėgio.
• Slėgio mažinimo / prapūtimo vožtuvai: avariniam garų ar dujų išleidimui.

Šie vožtuvai retai moduliuoja - jie yra apsauginiai įtaisai -, tačiau jų buvimas ir glaudus koordinavimas su valdymo vožtuvais yra labai svarbūs siekiant užtikrinti saugumą ir stabilumą.

Šilumokaičio valdymo pareigos ir vožtuvo pareigos

MVR sistemoje šilumokaičiai atlieka savo pareigas kondensuodami suslėgtus garus ir perduodami šilumą tiekimui. Vožtuvai reguliuoja masės ir energijos srautus. Nesubalansuotas vožtuvo veikimas gali sukelti šilumos perdavimo neatitikimą, užsiteršimą arba veikimo sutrikimus. Taigi, projektuojant vožtuvą reikia atsižvelgti į tai, kaip kinta šilumokaičio apkrovos laikui bėgant, užteršimo pokyčiai ir trumpalaikė reakcija.

Siurbliai, kompresoriai, recirkuliacijos įrenginiai

Kaip minėta anksčiau, siurbliai ir kompresoriai yra aktyvūs įrenginiai ir jų veikimo kreivės turi atitikti vožtuvo diapazoną ir dinamiką. Recirkuliaciniai įtaisai (pvz., recirkuliaciniai siurbliai, aplinkkelio kilpos) gali sumažinti vožtuvų apkrovą siūlydami alternatyvius kelius arba valdydami kraštutinumus.

Praktiniai svarstymai, iššūkiai ir geriausia praktika

MVR sistemų (ar kitų procesų sistemų) rutulinių vožtuvų projektavimas ir valdymas kelia daug praktinių iššūkių. Toliau pateikiami geriausios praktikos pavyzdžiai ir įspėjimai.

Medžiagų suderinamumas, erozija, korozija

Garintuvuose esantys skysčiai gali būti ėsdinantys, juose gali būti kietų dalelių arba jie gali užsiteršti. Vožtuvų korpusai, kaištis, lizdai ir apvadai turi būti pagaminti iš tinkamų medžiagų (pvz., nerūdijančio plieno, Hastelloy, dvipusio ir kt.). Abrazyvinėms arba erozinėms srutoms reikalingos sukietėjusios apdailos arba apsauginės dangos.

Erozija gali pabloginti sėdynės, narvelio ir kamščių paviršius, sukeldama nuotėkį arba nenuspėjamą elgesį. Reguliarus tikrinimas ir keitimas yra labai svarbūs.

Priežiūra, nuotėkis, eksploatavimo laikas

Stiebo sandarinimo nuotėkis yra ilgalaikė{0}}problema; gali prireikti reguliariai koreguoti arba perpakuoti. Sandarinimo paviršiai nusidėvi per ciklus ir gali atsirasti nuotėkių, nebent būtų numatyta atlikti techninę priežiūrą.

Atsarginiai apdailos komplektai ir sėdynės turėtų būti po ranka. Priežiūros procedūros turi užtikrinti izoliaciją, slėgio mažinimą, vandens nusausinimą ir saugų darbą.

Terminis šokas, kūno ir variklio dangčio sąnarių įtempimai

Esant aukštai{0}}temperatūros pokyčiams (garai, garai, paleidimo sąlygos),terminis šokasgali atsirasti. Atliekant tyrimą, pavadintą „Šiluminio smūgio efektų modeliavimas gaubtinio vožtuvo korpuse{1}}dangčio varžtais sujungtos flanšinės jungties“, buvo modeliuojami korpuso ir variklio dangčio varžtinės flanšinės jungties įtempiai (Matheiu ir kt., 2012). Jie nustatė, kad šiluminiai gradientai sukelia varžtų apkrovos poslinkius, o tinkama konstrukcija turi atsižvelgti į priveržimo jėgas ir medžiagos plėtimąsi (Mathieu, Rit, Ferrari, Hersant, 2012).

Taigi tokiose sistemose kaip MVR, kur vyksta temperatūros svyravimai, projektuotojai turi atsižvelgti į įtempius, jungčių sandarumą ir dinamines apkrovas.

Valdymo kilpos derinimas, anti{0}}kavitacijos apipjaustymas, triukšmo mažinimas

Valdymo kilpos turi būti suderintos atsižvelgiant į vožtuvo neveikiantį laiką, netiesiškumą ir sujungimą su kitomis kilpomis. Reikalingi padėties nustatymai, grįžtamasis ryšys ir derinimas.

Jei yra kavitacijos rizika, reikia naudoti kelių{0}}pakopų arba anti{1}}kavitacijos aptaisus. Norint sumažinti triukšmą, gali prireikti specialių apdailos, duslintuvų arba garso izoliacijos, ypač garų ar dujų srautams.

Valdymo vožtuvų vadovuose („Emerson“) ištisi skyriai skirti triukšmui, kavitacijai ir apipjaustymo strategijoms („Emerson“,Valdymo vožtuvo vadovas).

Patikimumas, sauga, saugūs režimai

Vožtuvai turi turėti apibrėžtas gedimo vietas (atsidaryti-, uždaryti{1}}), atitinkančias saugos reikalavimus. Pavyzdžiui, jei dingsta tiekimas, rutulinis vožtuvas turėtų sugesti saugioje būsenoje. Turi būti atsarginė galia, padėties grįžtamasis ryšys ir loginiai blokai.

Įprasta diagnostika, insulto testai ir priežiūra padeda išlaikyti patikimumą.

Atvejo iliustracija (hipotetinis pavyzdys)

Panagrinėkime supaprastintą, hipotetinį MVR garintuvą, koncentruojantį druskingų nuotekų srautą. Projektinis garintuvo našumas yra pašalinti 50 m³/val vandens, naudojant MVR kompresorių garų slėgiui padidinti.

• Pašarų kontrolė: Tiekimo rutulinis vožtuvas yra už tiekimo siurblio. Srauto siųstuvas matuoja faktinį tiekimo srautą; valdiklis moduliuoja rutulinį vožtuvą, kad išlaikytų nustatytą vertę (50 m³/val.). Vožtuvo apdaila yra lygi-procentais, kad atitiktų slėgio pokyčius prieš srovę.
• Garų slopinimas: Garų rutulinis vožtuvas įdedamas į išleidimo liniją, kad būtų galima moduliuoti garų srautą arba leisti apeiti svyravimų metu. Kilpa užtikrina, kad garų slėgis garintuve išliktų pastovus.
• Recirkuliacija: priverstinės cirkuliacijos kilpą sudaro recirkuliacijos siurblys ir rutulinis vožtuvas, skirtas reguliuoti kontūro srautą, kad būtų išlaikytas tikslinis greitis ir šilumos perdavimo koeficientas.
• Ištraukimo valdymas: Koncentruoto skysčio ištraukimo- linijoje yra rutulinis vožtuvas, užtikrinantis lygį garintuve.

Šioje sąrankoje visas pagrindinis moduliavimas pasiekiamas rutuliniais vožtuvais, kuriuos koordinuoja valdymo sistema. Kilpos derinimas užtikrina stabilų veikimą be svyravimų, o anti-kavitacijos apdaila naudojama garų droseliui dėl didelio ΔP.

Bandymų metu inžinieriai pastebi, kad greitai keičiantis temperatūrai, garų valdymo gaubtelio vožtuvo korpuso ir variklio dangčio varžtais prisukamas flanšas patiria laikinus apkrovos poslinkius. Naudojant FEA modeliavimą, panašų į Mathieu ir kt. (2012), jie reguliuoja varžtų išankstinį įtempimą ir pasirenka tinkamą lanksčią tarpiklio medžiagą, kad sumažintų įtempių svyravimus.

Laikui bėgant tiekimo vožtuvo sandariklis perpakuojamas numatytų išjungimų metu; sėdynės apdaila pakeičiama po tam tikro ciklų skaičiaus. Įrenginys pasiekia ilgą veikimo laiką ir stabilų darbą.

Šis pavyzdys parodo, kaip turi derėti teorinis projektavimas, proceso valdymas ir praktinė priežiūra.

Santrauka ir perspektyva

• A rutulinis vožtuvasyra linijinis judesio valdymo vožtuvas, reguliuojantis srautą judindamas kištuką link sėdynės arba nuo jos, moduliuodamas skerspjūvio plotą.
• Dėl gana nuspėjamų valdymo charakteristikų ir moduliavimo galimybių jis ypač tinka procesų ir valdymo programoms.
• Srauto reguliavimas apima kruopštų apdailos, srauto charakteristikų, valdymo slėgio kritimo projektavimą, dinaminių jėgų kompensavimą ir integravimą su pavaromis ir padėties nustatymo įtaisais.
• MVR garintuvo sistemoje rutuliniai vožtuvai atlieka svarbų vaidmenį tiekimo valdymo, garų droselio, recirkuliacijos, išleidimo ir apėjimo kilpose. Tinkamas jų pasirinkimas ir kontrolė yra labai svarbūs stabiliam ir efektyviam darbui.
• Alternatyvūs vožtuvų tipai (rutulinis, drugelis) turi pranašumų dėl kainos ir dydžio, tačiau paprastai nesiūlo tokio pat tikslaus moduliavimo.
• Praktinis projektavimas turi atsižvelgti į medžiagos patvarumą, kavitaciją, triukšmą, šiluminius smūgius, įjungimo patikimumą, techninę priežiūrą ir saugų elgesį.
• Atvejo iliustracijos rodo, kaip susilieja dizainas, valdymas ir priežiūra.

Ateityje galime pamatyti išmaniuosius valdymo vožtuvus su integruota diagnostika, prisitaikančiu valdymu arba nuspėjamu techninės priežiūros būdu, o tai dar labiau sustiprins rutulinių vožtuvų sinergiją su sudėtingomis sistemomis, tokiomis kaip MVR garintuvai. Taip pat gali išsivystyti naujos apdailos medžiagos, priedų gamyba apdailai ir integruoti vožtuvo jutiklio įtaisai.