Как сгладить кривую расхода регулятора, чтобы уменьшить падение напряжения

Как сгладить кривую потока регулятора, чтобы уменьшить падение скорости

Джон Кестнер

Постоянный контроль давления необходим для безопасной работы промышленных жидкостных систем. Поддержание надежного давления на выходе с помощью регулятора может помочь свести к минимуму изменения расхода, особенно в системе с высоким расходом. Однако для поддержания контроля давления и сведения к минимуму падения нагрузки могут потребоваться внешние компоненты в вашей жидкостной системе.

Что такое Друп?

Падение определяется как уменьшение выходного давления по мере увеличения потока ниже по потоку. Диаграмма, показанная выше (рис. 1), является примером кривой потока. Кривая расхода является полезным инструментом, используемым для определения диапазона выходных давлений, который регулятор будет поддерживать в зависимости от различных скоростей потока в системе. Кривые расхода создаются путем тестирования продукта и отражают реальную производительность регулятора для заданного набора параметров системы.

Вертикальная ось отображает давление на выходе, а горизонтальная ось показывает скорость потока ниже по потоку. Самая плоская или наиболее горизонтальная часть кривой показывает, где регулятор будет поддерживать постоянное давление даже при значительных изменениях расхода. Крайняя правая часть кривой показывает, где регулятор будет полностью открыт и не сможет поддерживать постоянное давление. В этой области — между местом, где давление начинает быстро снижаться и приближается к нулю — тарелка достигает предела своего хода, что приводит к потере управления. В этот момент регулятор действует не столько как устройство контроля давления, сколько как ограничительное отверстие.

Несмотря на то, что каждый редукционный регулятор давления будет иметь некоторое падение давления, вы можете предпринять шаги, чтобы свести к минимуму это явление. Более плоские кривые расхода можно получить, выбрав правильную конфигурацию регулятора для вашей системы. Ниже описаны четыре различных варианта уменьшения снижения нагрузки.

Вариант A:простой регулятор с пружинным механизмом

Наиболее распространенным типом регулятора давления является подпружиненный регулятор. В этой конструкции пружина воздействует на чувствительный элемент — диафрагму или поршень — который перемещает тарелку ближе или дальше от отверстия, контролируя давление на выходе. Мы будем использовать подпружиненный регулятор в качестве основы.

Подпружиненный редукционный регулятор давления обеспечивает приемлемую производительность для общих применений, когда речь идет о снижении спада. В этой конфигурации, по мере увеличения потребности системы в расходе, тарелка регулятора отодвигается от седла, чтобы обеспечить дополнительный поток, который, в свою очередь, позволяет нагрузочной пружине расслабиться, снижая нагрузочное усилие и уставку регулятора. По мере изменения требований к расходу величина падения зависит от жесткости нагрузочной пружины и, в некоторых случаях, может потребоваться частая ручная регулировка до желаемого давления настройки, если требуется высокая степень точности.

Более эффективным вариантом для улучшения спада и выравнивания кривых потока является редукционный регулятор давления с купольной нагрузкой. Сила нагрузки в этом типе регулятора контролируется не пружиной, а сжатым газом, заключенным в куполообразную камеру. Газ изгибает диафрагму, которая отодвигает тарелку от отверстия и регулирует давление на выходе. В оставшихся ниже вариантах рассматривается, как регуляторы с купольной нагрузкой в ​​сочетании с различными компонентами и модификациями конструкции могут повысить производительность за счет минимизации дрейфа.

Вариант B:Купольный регулятор с пилотным регулятором

Вариант B сочетает в себе редукционный регулятор давления с купольной нагрузкой и пилотный регулятор. В этой конфигурации нагруженный куполом регулятор реагирует на изменения давления, поддерживая постоянное давление в купольной камере. Пилотный регулятор используется для управления подачей газа в купольную камеру нагруженного куполом регулятора. Как показано выше на Рисунке 2, любое избыточное давление в куполе сбрасывается через выпускной контур.

По мере увеличения потребности системы в расходе тарелка отодвигается от седла, чтобы обеспечить дополнительный поток. Однако, в отличие от подпружиненного регулятора, здесь нет нагрузочной пружины, которая может расслабиться. Вместо этого диафрагма изгибается вниз, расширяя купольную камеру и немного снижая давление в куполе. Пилотный регулятор определяет падение давления в куполе и реагирует открытием, пропуская дополнительный газ в купол и поддерживая заданное заданное давление. Если потребность в потоке системы ниже по потоку уменьшается, тарельчатый клапан поднимется ближе к седлу, толкая диафрагму вверх в купол и немного повышая давление в куполе. Это избыточное давление сбрасывается на выходную сторону регулятора через выпускной контур динамического управления.

Рис. 2. Конфигурация варианта B включает регулятор с купольной нагрузкой, пилотный регулятор и выходной контур динамического управления для контроля давления в куполе.

Если мы вернемся к рисунку 1, эта конфигурация представлена ​​​​в виде кривой потока под названием «Вариант B». По сравнению с Вариантом А базовая кривая пружинного регулятора, конфигурация купольного регулятора и пилотного регулятора обеспечивают более динамичное управление давлением. Несмотря на то, что некоторый спад все еще присутствует, кривая расхода более пологая, что свидетельствует о том, что регулятор может более точно удерживать заданное давление в широком диапазоне расходов. Стандартные регуляторы с купольной нагрузкой можно использовать во многих системах, не беспокоясь о значительном падении давления на выходе. Однако спад можно еще больше уменьшить, используя другие конфигурации, описанные ниже.

Вариант C:внешняя линия обратной связи, подключенная к регулятору с купольной нагрузкой

Дополнительная точность может быть достигнута путем добавления внешней обратной связи к регулятору с купольной нагрузкой. Внешняя обратная связь передается на регулятор путем соединения трубки, идущей от технологической линии, расположенной ниже по потоку, обратно к чувствительной зоне регулятора, нагруженного куполом.

Внешняя линия обратной связи направляет давление из точки системы после регулятора в чувствительную зону регулятора. Это позволяет регулятору реагировать на изменения давления в данной точке системы, а не только на изменения давления внутри регулятора, как в случае со стандартными конструкциями регуляторов с купольной нагрузкой.

Если мы вернемся к рисунку 1, вариант C представлен как третья кривая потока. Рабочий расход увеличивается до достижения критической точки дросселирования. Хотя эта кривая потока более пологая, чем два предыдущих варианта, она все же имеет некоторый спад.

Вариант D:внешняя линия обратной связи, подключенная к пилотному регулятору

Наш последний вариант представляет собой наилучшую конфигурацию для выравнивания кривой потока. Как показано выше на рисунке 4, внешняя линия обратной связи напрямую подключена к пилотному регулятору, а не к регулятору, нагруженному куполом. Это позволяет пилотному регулятору с высокой точностью регулировать давление в камере регулятора с купольной нагрузкой на основе фактического давления на выходе, что позволяет регулятору с купольной нагрузкой компенсировать изменение давления на выходе.

По мере увеличения расхода системы более низкое давление направляется обратно к пилотному регулятору через дополнительную линию обратной связи. Пилот реагирует на это изменение давления, увеличивая давление в регуляторе, нагруженном куполом, что приводит к правильному установленному давлению на выходе. В этой конфигурации контур обратной связи обеспечивает непрерывную автоматическую регулировку для стабилизации системы для оптимизации производительности. Это показано на рис. 1 в виде окончательной кривой расхода с небольшим спадом и широким диапазоном расхода.

Все регуляторы будут демонстрировать некоторый спад. В зависимости от вашей системы падение может быть приемлемым. Но когда критически важно поддерживать постоянное давление при изменении расхода, может помочь правильная конфигурация регулятора. Для получения дополнительной информации о том, как правильно выбрать конфигурацию редуктора давления для ваших жидкостных систем, обратитесь в местный центр продаж и обслуживания Swagelok для получения экспертной оценки.