Освоение кривых расхода редукторов: техники минимизации дропа и обеспечения стабильного давления

Как выпрямить кривую расхода редуктора для снижения дропа

Джон Кестнер

Последовательный контроль давления необходим для безопасной эксплуатации промышленных жидкостных систем. Поддержание надежного давления вниз по течению с редуктором может помочь минимизировать изменения расхода, особенно в системах с высоким расходом. Однако, чтобы поддержать контроль давления и минимизировать доп, внешние компоненты могут быть необходимыми дополнениями к вашей жидкостной системе.

Что такое доп?

Доп (Droop) определяется как снижение выходного давления по мере увеличения расхода вниз по течению. Диаграмма, показанная выше (Рисунок 1), является примером кривой расхода. Кривая расхода — полезный инструмент, используемый для установления диапазона выходных давлений, которые редуктор будет поддерживать на основе различных системных расходов. Кривые расхода создаются через испытания продукта и представляют реальную производительность редуктора для данного набора системных параметров.

Вертикальная ось отображает выходное давление, горизонтальная ось показывает расход вниз по течению. Самая плоская, или наиболее горизонтальная, часть кривой указывает, где редуктор сохранит постоянное давление — даже при существенных изменениях расхода. Крайняя правая часть кривой указывает, где редуктор будет полностью открыт и не сможет сохранить постоянное давление. В этой области — между тем, где давление начинает быстро падать, и тем, где оно приближается к нулю — клапан достигает предела своего хода, приводя к потере контроля. В этой точке редуктор действует меньше как устройство контроля давления и больше как ограничивающее отверстие.

Хотя каждый редуктор снижения давления будет демонстрировать некоторый доп, вы можете предпринять шаги для минимизации этого явления. Более плоские кривые расхода могут быть достигнуты выбором правильной конфигурации редуктора для вашей системы. Четыре разных варианта снижения допа объяснены ниже.

Вариант А: Простой пружинный редуктор

Самый распространенный тип редуктора снижения давления — пружинный редуктор. В этом дизайне пружина прилагает силу к чувствительному элементу — либо диафрагме, либо поршню — который двигает клапан либо ближе к, либо дальше от седла, контролируя давление вниз по течению. Мы будем использовать пружинный редуктор как нашу базовую линию.

Пружинный редуктор снижения давления предлагает приемлемую производительность для общих приложений, когда речь идет о снижении допа. В этой конфигурации, по мере увеличения спрос системы на расход, клапан редуктора движется от седла, чтобы позволить дополнительный расход, что, в свою очередь, позволяет нагрузочной пружине расслабиться, снижая нагрузочную силу и заданное давление редуктора. По мере изменения требований к расходу, величина допа зависит от жесткости нагрузочной пружины и, в некоторых случаях, может требовать частых ручных корректировок обратно к желаемому заданному давлению, если требуется высокая степень точности.

Более эффективный вариант для улучшения допа и выпрямления кривых расхода — куполовый редуктор снижения давления (dome loaded). Нагрузочная сила внутри этого типа редуктора не контролируется пружиной, а прессоризованным газом, помещенным в куполовую камеру. Газ изгибает диафрагму, которая двигает клапан от отверстия и контролирует давление вниз по течению. Остальные варианты ниже исследуют, как куполовые редукторы, в сочетании с различными компонентами и модификациями дизайна, могут обеспечить улучшенную производительность за счет минимизации допа.

Вариант Б: Куполовый редуктор с пилотным редуктором

Вариант Б соединяет куполовый редуктор снижения давления с пилотным редуктором. В этой конфигурации куполовый редуктор реагирует на изменения давления, поддерживая постоянное давление в куполовой камере. Пилотный редуктор используется для контроля подачи газа в куполовую камеру куполового редуктора. Как показано выше на Рисунке 2, любое излишнее куполовое давление сбрасывается через выходной контур.

По мере увеличения спрос системы на расход, клапан будет двигаться от седла, чтобы позволить дополнительный расход. Однако, в отличие от пружинного редуктора, нет нагрузочной пружины, которая может расслабиться. Вместо этого диафрагма изгибается вниз, расширяя куполовую камеру, слегка снижая куполовое давление. Пилотный редуктор чувствует падение куполового давления и реагирует открыванием, чтобы позволить дополнительный газ в купол и поддерживать намеренное заданное давление. Если спрос системы вниз по течению снижается, клапан поднимется ближе к седлу, толкая диафрагму вверх в купол и слегка повышая давление в куполе. Это излишнее давление позволяет выходить на вниз по течению сторону редуктора через динамический выходной контур контроля.

Рисунок 2: Конфигурация Варианта Б включает куполовый редуктор с пилотным редуктором и динамическим выходным контуром контроля для контроля куполового давления.

Если мы вернемся к Рисунку 1, эта конфигурация представлена как кривая расхода под названием «Вариант Б». По сравнению с Вариантом А, базовой кривой пружинного редуктора, конфигурация куполового редуктора и пилотного редуктора предлагает более динамичный контроль давления. Хотя все еще есть некоторый доп, кривая расхода плоская — что представляет редуктор, который может более точно удерживать заданное давление на широком диапазоне расходов. Стандартные куполовые редукторы могут использоваться во многих системах без беспокойства о значительных падениях выходного давления. Однако доп может быть еще больше снижен, используя другие конфигурации, объясненные ниже.

Вариант В: Внешняя линия обратной связи, подключенная к куполовому редуктору

Дополнительная точность может быть достигнута добавлением внешней обратной связи к куполовому редуктору. Внешняя обратная связь отправляется редуктору путем подключения трубки от вниз по течению процессной линии обратно к зоне чувствительности куполового редуктора.

Внешняя линия обратной связи направляет давление от точки в системе вниз по течению редуктора к зоне чувствительности редуктора. Это позволяет редуктору реагировать на изменения давления в этой точке системы, а не только на изменения давления внутри редуктора, как в случае со стандартными дизайнами куполовых редукторов.

Если мы вернемся к Рисунку 1, Вариант В представлен как третья кривая расхода. Рабочий диапазон расхода расширяется до достижения критической точки удушья. Хотя эта кривая расхода плоская, чем предыдущие два варианта, она все еще демонстрирует некоторый доп.

Вариант Г: Внешняя линия обратной связи, подключенная к пилотному редуктору

Наш финальный вариант представляет лучшую конфигурацию для выпрямления кривой расхода. Как показано выше на Рисунке 4, внешняя линия обратной связи напрямую подключена к пилотному редуктору вместо куполового редуктора. Это позволяет пилотному редуктору делать высокоточные корректировки давления в камере куполового редуктора на основе фактического давления вниз по течению, позволяя куполовому редуктору компенсировать изменением своего выходного давления.

По мере увеличения спрос системы на расход, более низкое давление направляется обратно к пилотному редуктору через добавленную линию обратной связи. Пилот реагирует на это изменение давления повышением давления в куполовом редукторе, что приводит к правильному заданному давлению вниз по течению. В этой конфигурации контур обратной связи обеспечивает непрерывные, автоматические корректировки для стабилизации системы для оптимизированной производительности. Это демонстрируется на Рисунке 1 как финальная кривая расхода с слабым допом и широким диапазоном расхода.

Все редукторы будут демонстрировать некоторый доп. В зависимости от вашей системы, доп может быть приемлемым. Но когда критически важно держать давление постоянным при изменении расхода, правильная конфигурация редуктора может помочь. Для получения дополнительной информации о том, как выбрать правильную конфигурацию редуктора снижения давления для ваших жидкостных систем, обратитесь в ваш местный центр продаж и сервиса Swagelok для экспертной оценки.