Analiza "mrtvega pasu" v regulacijskih ventilih

Mrtvi pasovi so glavni vzrok odstopanj pri predimenzioniranih procesih. Regulacijski ventili so glavni vir mrtvega pasu v instrumentacijski zanki zaradi različnih razlogov, kot so trenje, potovanje po zraku, zasuk tuljave, mrtvi pas v ojačevalnikih ali drsnih ventilih.

Mrtvi pas je pogost pojav in se nanaša na obseg ali širino izhodne vrednosti krmilnika, ki ne dovoljuje, da bi se spremenljivka procesa, ki se preskuša, spremenila, ko vhodni signal spremeni smer. Ko pride do motenj obremenitve, procesna spremenljivka odstopa od nastavljene vrednosti. Ta denapaka se nato popravi s korektivnim ukrepom, ki ga ustvari krmilnik, in se vrne v postopek. Vendar pa začetna sprememba izhoda krmilnika morda ne bo povzročila ustrezne korekcijske spremembe v spremenljivki procesa. Sprememba ustrezne spremenljivke procesa se bo zgodila samo, če se izhod krmilnika spremeni za dovolj veliko količino, da premaga spremembo mrtvega pasu.

Če izhod krmilnika spremeni smer, mora signal krmilnika preseči mrtvi pas, da povzroči korekcijsko spremembo spremenljivke procesa. Prisotnost mrtvega pasu v procesu pomeni, da je treba izhod krmilnika povečati na dovolj veliko količino, da preseže mrtvi pas in šele takrat bo izveden korektivni ukrep.

â Vzroki mrtvih pasov

Obstaja veliko vzrokov za mrtve pasove, vendar so trenje in potovanje zraka v regulacijskih ventilih, zvijanje vretena rotacijskih ventilov in mrtvi pasovi v ojačevalnikih nekaj pogostih oblik. Ker je večina moduliranega krmilnega delovanja sestavljena iz majhnih sprememb signala (1 % ali manj), se regulacijski ventil z velikim mrtvim pasom morda sploh ne bo odzval na toliko majhnih sprememb signala. Dobro izdelan ventil bi se moral odzvati na signale 1 % ali manj, da učinkovito zmanjša stopnjo odstopanja procesa. Vendar pa ni neobičajno, da imajo ventili mrtve pasove 5 % ali več. Pri nedavni reviziji obrata je bilo ugotovljeno, da ima 30 % ventilov več kot 4 % mrtvega pasu. Več kot 65 % revidiranih krmilnih zank je imelo mrtve pasove, večje od 2 %.

● Vpliv mrtvih pasov

Ta graf predstavlja preskus zanke odprte zanke treh različnih regulacijskih ventilov v normalnih procesnih pogojih. Ti ventili prejmejo razpon stopenjskih vnosov od 0,5 % do 10 %. Stopenjski preskusi v tekočih pogojih so potrebni, ker ti pogoji omogočajo oceno delovanja celotnega sklopa regulacijskega ventila, ne le aktuatorja ventila, kot je to pri večini standardnih preskusov.

● Preizkusi uspešnosti

Nekateri preskusi delovanja krmilnega ventila so omejeni na primerjavo vhodnega signala s hodom potisne palice aktuatorja. To je zavajajoče, saj ne upošteva delovanja samega ventila.

Kar je ključnega pomena, je merjenje dinamične zmogljivosti ventila v tekočih pogojih, tako da je mogoče spremembe procesnih spremenljivk primerjati s spremembami vhodnega signala v ventilski sklop. Če se samo steblo ventila odzove na spremembo vhodnega signala ventila, je ta preskus malo pomemben, saj ni popravka za odstopanja procesa brez ustrezne spremembe krmilne spremenljivke.

Pri vseh treh preskusih ventilov se je gibanje potisne palice aktuatorja dobro odzvalo na spremembe vhodnega signala. Po drugi strani pa so se ventili precej razlikovali v svoji sposobnosti spreminjanja pretoka v odzivu na spremembo vhodnega signala.

Ventil A, procesna spremenljivka (stopnja pretoka) se dobro odziva na vhodni signal, ki je majhen kot 0,5 %.

Ventil B zahteva spremembo vhodnega signala za več kot 5 %, preden se začne dobro odzivati ​​na vsak korak vhodnega signala.

Ventil C, bistveno slabše, zahteva spremembo signala za več kot 10 %, preden se začne dobro odzivati ​​na vsak korak vhodnega signala.

Na splošno je sposobnost ventilov B ali C za izboljšanje odstopanja procesa zelo slaba.

● Trenje

Trenje je glavni vzrok mrtvih pasov v regulacijskih ventilih. Vrtljivi ventili so zelo občutljivi na trenje, ki ga povzroča velika obremenitev sedeža, potrebna za tesnjenje. Pri nekaterih vrstah tesnil so za pridobitev zaključne ocene potrebne visoke obremenitve sedeža. Zaradi velikih tornih sil in nizke togosti pogonske deformacije se gred ventila zvija in ne more prenesti gibanja na krmilni element. Posledično ima lahko slabo zasnovan rotacijski ventil velik mrtvi pas, ki očitno odločilno vpliva na stopnjo odstopanja procesa.

Proizvajalci običajno podmažejo tesnila rotacijskih ventilov med proizvodnim procesom, vendar se plast mazanja obrabi že po nekaj sto ciklih. Poleg tega lahko obremenitve zaradi tlaka povzročijo tudi obrabo tesnila. Posledica tega je, da se lahko pri nekaterih vrstah ventilov trenje ventilov poveča za 400 % ali več. To pojasnjuje, da so sklepi o delovanju z uporabo podatkov iz standardnih tipov za oceno ventilov, preden se navor stabilizira, zavajajoči. Ventila B in C kažeta, da imajo lahko ti faktorji višjega trenja uničujoč učinek na delovanje regulacijskega ventila.

Trenje tesnila je glavni vir trenja posrednih krmilnih ventilov. Pri teh vrstah ventilov se lahko izmerjeno trenje precej razlikuje glede na obliko ventila in konfiguracijo tesnila.

Ta vrzel lahko povzroči prekinitve gibanja, ko naprava spremeni smer. Vrzeli se običajno pojavijo v napravah z različnimi konfiguracijami zobniških pogonov. Aktivatorji z zobato letvijo so še posebej dovzetni za mrtve pasove zaradi zračnosti. Nekatere povezave vretena ventila imajo tudi težave z mrtvimi pasovi.

Čeprav je trenje mogoče znatno zmanjšati z dobro zasnovo ventila, ga je težko popolnoma odpraviti. Dobro zasnovan in izdelan regulacijski ventil bi moral biti sposoben odpraviti mrtve pasove zaradi zračnosti. Da bi dosegli optimalne rezultate pri zmanjševanju procesnih odstopanj, mora biti skupni mrtvi prostor celotnega ventilskega sklopa manjši ali enak 1 %, pri čemer je idealen rezultat le 0,25 %.