Регулятори тиску

РЕГУЛЮЮЧА АРМАТУРА

Регулююча арматура призначена для регулювання або підтримання одного або декількох параметрів робочого середовища в технологічних процесах і устаткуванні за рахунок зміни витрати середовища, що проходить через поперечний переріз. За допомогою регулюючої арматури підтримують робочий тиск в системі, регулюють витрату робочого середовища, підтримують рівень рідини в резервуарах на певному рівні та інші аналогічні дії. Залежно від виду регульованого параметра: тиск, витрата, температура, хімічний склад середовища, існує дуже велике різноманіття регулюючої арматури по конструктивному виконанню і принципу дії.

Регулювання може бути ручне або автоматичне. При ручному регулюванні зміна ступеня відкривання арматури проводиться оператором за результатами показань вимірювальних приладів. При автоматичному регулюванні регульовані параметри підтримуються в потрібних межах шляхом автоматичного управління арматурою, забезпеченою відповідними поводами.

Система автоматичного регулювання складається з об`єкта регулювання і приєднаного до нього автоматичного регулятора.

Автоматичний регулятор складається з вимірювальної і регулюючої систем. У вимірювальну систему входять: первинний елемент (поплавець, термопара, мембрана і т.д.), пристрій, що показує або реєструє і передатний зв`язок.

Регулююча система складається з регулюючого пристрою, виконавчого механізму та виконавчого зв`язку, що з`єднує регулюючий пристрій і виконавчий механізм.

Виконавчий механізм в арматурі є дросельним пристроєм, забезпеченим поводом, який може бути електричним, електромагнетним, пневматичним, гідравлічним і т. Д.

Регулятори ділять на регулятори переривчастої і неперервної дії. Зв`язок переривчастого регулятора з контрольованою системою відбувається періодично, його дія на певний параметр системи здійснюється при досягненні регульованого параметра певних значень, або в певні моменти часу (наприклад, позиційні регулятори). І тільки в ці моменти, відбувається переміщення робочого органу, тобто це регулятори імпульсної дії. Зв`язок регуляторів неперервної дії з контрольованою системою відбувається постійно. І робочий орган реагує переміщенням на зміну регульованого параметра безперервно. Яскравий приклад регулятора безперервної дії, наприклад, регулятор рівня, у якого зв`язок між поплавцем, важелем і клапаном безперервна. Найбільшого поширення в якості регулюючої арматури отримали реґулювальні клапани.

Реґулювальний клапан є дросельним пристроєм з регульованим перерізом отвору для проходу середовища.

Управління регулюючим клапаном може проводитися безпосередньою дією середовища, що транспортується по цьому трубопроводу, або від стороннього джерела енергії.

У регулювальних клапанах, керованих дією середовища на повід плунжера, положення плунжера визначатиметься співвідношенням сил, переданих на плунжер з боку поводу, і сил, що діють від тиску середовища безпосередньо на плунжер. Такі регулюючі клапани діють автономно, не вимагають перетворення одного виду енергії в інший, мають свій первинний (чутливий) елемент і по суті є регуляторами прямої дії. До цієї групи регуляторів відносяться, наприклад, регулятори тиску «до себе» і «після себе», регулятори рівня та ін. До регуляторів прямої дії відносяться також регулятори, призначені для значного пониження тиску, звані редукційними клапанами. Регулятори тиску зазвичай мають тарілчастий плунжер і невеликий хід.

У регулювальних клапанах, керованих від стороннього джерела енергії, зв`язок тиск-витрата розірван і здійснюється за елементами: тиск-хід плунжера і хід плунжера - витрата середовища. У цих клапанах положення плунжера фіксується поводом, що діє від стороннього джерела енергії, керованого чутливим елементом, і не залежить або мало залежить від безпосереднього впливу тиску середовища, що транспортується по цьому трубопроводу на повід і плунжер.

До цієї групи відносяться регулюючі клапани з пневматичним, гідравлічним і електричним поводами, змішувальні клапани і деякі інші. Регулюючі клапани можуть бути використані для вирішення найрізноманітніших завдань автоматичного регулювання - регулювання тиску, витрати, температури, складу середовища та ін., в залежності від зміни тих чи інших параметрів різних ланок технологічного процесу або робочого процесу машини. Регулюючі клапани мають зазвичай профільований плунжер і значний хід.

Автоматичні регулятори за характеристикою дії поділяються на наступні. Астатичні регулятори. Переміщення робочого органу, при відхиленні контрольованого параметра від заданого значення, відбувається в одному напрямку до тих пір, поки значення контрольованого параметра не досягне потрібного (заданого) значення. При зміні знаку відхилення регульованого параметра астатичний регулятор змінює напрямок руху регулюючого органу. До астатичних типів регуляторів відносяться і двохпозиційні регулятори типу «відкрито-закрито».

Пропорційні регулятори, або статичні. Зміна положення робочого органу відбувається залежно від ступеня відхилення значення контрольованого параметра від заданого робочого значення. Наприклад, так діють регулятори тиску з мембрановим виконавчим механізмом. Швидкість переміщення робочого органу залежить від швидкості зміни контрольованого параметра в системі, і кожне положення робочого органу відповідає певному значенню контрольованого параметра. Ізодромні (рівнобіжні) регулятори, у яких поєднані властивості пропорційних і астатичних регуляторів. Пропорційні властивості забезпечуються зворотним зв`язком, а астатичні або ізодромний здійснюються механізмом ізодрома, який після дії пропорційної складової доводить параметр до заданого значення.

Пропорційні, або ізодромні регулятори з попереджанням, у яких є додатковий пристрій, що дозволяє здійснювати регулювання з урахуванням швидкості зміни параметра. Регулюючий орган в цих регуляторах переміщається з деяким випередженням, величина якого пропорційна швидкості зміни регульованого параметра.

Вирішальне значення має характеристика регулятора, вона визначає залежність між переміщенням регулюючого органу і зміною регульованого параметра, причому тут впливають всі елементи (реле, повід і т. д.), пов`язані з переміщенням регулюючого органу (плунжера) при зміні регульованого параметра.

При розрахунку і конструюванні трубопровідної арматури повинна бути забезпечена необхідна видаткова характеристика регулюючого органу. Розрізняють конструктивну, внутрішню видаткову і робочу видаткову характеристики регулюючого органу. Конструктивна характеристика визначає залежність між площею відкритого перерізу і переміщенням регулюючого органу (плунжера).

Внутрішня витратна характеристика плунжера визначає залежність між умовною перепускністю клапана Gy m/год. (коефіцієнтом пропускної здатності kv) і ходом плунжера, вираженим в частках повного ходу при постійному перепаді тиску на клапані. В умовах експлуатації, коли перепад тиску на клапані змінюється, внутрішня видаткова характеристика змінюється і називається робочою. При конструюванні регулюючих клапанів загального призначення, як правило, задаються внутрішньою витратною характеристикою, за якою і проектують плунжер, приймаючи ΔР - const.

Існує три основних типи внутрішньої витратної характеристики: лінійна, параболічна і рівновідсоткова (логарифмічна). При конструюванні регулюючих клапанів для конкретних установок плунжер проектують за робочою витратною характеристикою, для чого необхідно підготувати графік залежності перепаду тиску на клапані від витрати середовища через клапан.

Для того щоб регулятор впливав на режим роботи регульованої системи, опір регулюючого клапана повинен складати по можливості значну частину опору усієї системи, інакше його вплив на систему буде малий і може навіть наступити втрата регульованості системи.

Основними параметрами, що впливають на вибір конструкції регулюючого клапана є його гідравлічний опір і витратна характеристика. Значення їх повинні забезпечувати нормальне протікання технологічних процесів на виробництвах відповідно до заданої програми. Вважають, що переріз прохідного отвору клапана повинно бути менше 0,7 діаметра трубопроводу, щоб не могла виникнути втрата регульованості системи. На роботу регулюючого клапана як елемента системи великий вплив чинить опір самої системи, тому розмір клапана і його витратну характеристику слід підбирати тільки з урахуванням реальних умов його роботи в системі. Вибір характеристики клапана не відноситься до області проектування арматури і вирішується при проектуванні всієї системи в цілому.

Для проектування регулюючого клапана зазвичай використовують заздалегідь підготовлені дані про перепускність, яку повинен мати клапан при заданих перепадах тиску та витратній характеристиці, яка повинна бути здійснена.

Для регулювання потоків середовища в трубопроводах принципово можна використовувати будь-яку схему роботи затворів (вентиль, засувку, кран, заслінку і т. д.). Однак експлуатаційні якості їх різні, тому тип дроселювального пристрою вибирається залежно від середовища, тиску, температури, витрати та інших умов експлуатації. Умови роботи регулюючої арматури складніші, ніж умови роботи затворів, тому й конструкції повинні бути розроблені з урахуванням відповідних вимог. Дроселювальний пристрій повинен забезпечувати необхідну залежність зміни витрати від ступеня відкриття арматури (ступеня підйому плунжера). Повід повинен мати достатню чутливість, т. е. здатність спрацьовувати при щонайменших змінах тиску на поводі: тиску робочого середовища (для регуляторів прямої дії) або командного тиску (для регуляторів непрямої дії). Поріг чутливості гк є мінімальною зміною тиску (в кг/см²) на поводі, необхідне для того, щоб почалося переміщення дросельного пристрою (плунжера) при тиску в арматурі, рівному Ру, і перепаді тиску на плунжері в 1 кг/см².

Конструкція регулюючого пристрою повинна забезпечувати нормальну роботу також у випадках виникнення пульсацій тиску в потоці усередині корпусу, поперечно-кільцевих потоків на поворотах струменя, гідродинамічних імпульсів, ерозійної дії струменя при великих швидкостях і інших явищ, що виникають при дроселюванні рідин і газів (зокрема, зниження температури газів). Для забезпечення високої якості процесу регулювання арматура в деяких випадках набуває досить складну конструкцію і схему роботи.

При регулюванні тиску "після себе" тиск до дроселювального пристрої Р1 називається регульованим, тиск за дроселювальним пристроєм Р2 називається відрегульованим; при регулюванні тиску «до себе», навпаки, тиск Р1 називається відрегульованим, тиск Р2 - регульованим.