Для чего он нужен позиционер клапан (7 видео)

Для улучшения эксплуатационных качеств регулирующих клапанов они оснащаются мембранными исполнительными механизмами с позиционером и ручным дублером привода.

Позиционер (рис. IV.8) представляет собой устройство, предназначенное для перемещения штока строго пропорционально командному давлению путем использования обратной связи по положению штока. Таким путем исключается влияние сил трения, неуравновешенности плунжера, изменений эффективной площади мембраны с ходом плунжера и некоторых других факторов на положение плунжера, которое должно определяться только величиной командного давления воздуха. Действие указанных выше факторов приводит к рассогласованию между командным давлением воздуха и положением штока, которое в отдельных случаях может достигать 30% (диафрагмовые клапаны).

Позиционеры уменьшают гистерезис до 1,5 — 2% и менее и снижают запаздывание работы регулирующих клапанов. Применение позиционеров целесообразно в системах точного регулирования, при высоких давлениях среды, при работе регулирующих клапанов на вязких средах, пульпе, шламе, суспензиях и тому подобных средах. При условном ходе плунжера регулирующего клапана до 10 мм используется позиционер ПР-10, при ходе от 10 до 25 мм — позиционер ПР-10-25 (рис. IV.8). При условном ходе плунжера от 25 до 100 мм может быть использован позиционер ПР-10-100, снабженный рычажной передачей, благодаря которой может ступенчато изменяться передаточное отношение между ходом штока позиционера и ходом плунжера регулирующего клапана. Указанные позиционеры работают с использованием одного общего принципа — чувствительным элементом является мембранный узел, состоящий из двух мембран, имеющих неодинаковые эффективные площади: эффективная площадь нижней мембраны больше эффективной площади верхней. В связи с этим командное давление воздуха между мембранами создает усилие, направленное вниз. При перемещении в этом направлении мембранного узла сжимается пружина обратной связи, с увеличением усилия которой создается равновесное положение системы. Положение равновесия зависит от степени сжатия пружины, которое происходит с подъемом нижнего конца, связанного со штоком позиционера. Шток осуществляет обратную связь с регулирующим клапаном, упираясь в тарелку пневматического привода и перемещаясь с ней.

В позиционер подается сжатый воздух под давлением 0,2 — 1,0 кгс см2 от регулятора или устройства дистанционного управления и сжатый воздух под давлением 2 ± 0,5 кгс см2 для питания пневматического мембранного привода регулирующего клапана. Для управления используется пилотное устройство в виде клапана с двумя противоположно направленными седлами, через одно из которых воздух проходит в привод регулирующего клапана, через другое — в атмосферу. Положение пилотного клапана зависит от положения мембранного узла позиционера, которое, в свою очередь, зависит от величины командного давления воздуха и положения привода регулирующего клапана (положения плунжера). Седло пилотного клапана обычно имеет диаметр около 3 мм, ход клапана 0,15 — 0,20 мм. При достижении требуемого положения плунжера регулирующего клапана, определяемого командным давлением (положение штока позиционера), перекрывается подача сжатого воздуха в его пневмопривод и перемещение плунжера прекращается.

Содержание

Что такое электропневматический позиционер?
Электропневматические позиционеры и преобразователи
Позиционер или преобразователь, что выбрать?
📸 Видео

Видео:Типы регулирующих клапановСкачать

Что такое электропневматический позиционер?

Используя пневматические системы и для управления различными пневматическими устройствами, помимо пневмопреобразователей, не обойтись без электропневматических позиционеров.

Позиционеры – это специальные устройства, предназначенные для уменьшения или полного снятия рассогласования хода, а также повышения быстродействия и отклика пневматических мембранных и поршневых исполнительных механизмов путем включения обратной связи по положению выходного штока исполнительных механизмов.

Другими словами, позиционеры являются регуляторами в системе контроля, которые обеспечивают заданную координацию положения пневматического исполнительного механизма поступательного или поворотного действия (так называемая, регулируемая величина) и командного сигнала (задающая величина).

Как и любой другой регулятор, электропневматический позиционер имеет свой объект регулирования, задание, параметр, сигнал действующего рассогласования и выходной сигнал управления. При этом, в качестве объекта управления может выступать любой исполнительный механизм – пневмодвигатель вращательного и поступательного действия, пневмоприводы, пневмоцилиндры, а также регулирующие клапана. Объект управления – это то, ради чего задумывалась пневматическая система.

Читайте также: Как проверить датчик температуры дэу нексия 16 клапанов

Параметр – применительно к позиционерам – положение штока клапана, положение пневмоцилиндра и т.д.

Заданием является управляющий сигнал от блока управления пневмосистемой или регулятора.

Сигнал действующего рассогласования – это разница между управляющим сигналом и, например, действительным положением штока клапана.

Выходной сигнал управления — это давление сжатого воздуха, которое поступает в рабочую полость исполнительного механизма и изменяет усилие тарированной пружины.

Таким образом, изменяя выходное давление или усилие тарированной пружины, позиционер обеспечивает соответствие положения штока клапана и управляющего сигнала, компенсируя, при этом, усилия, оказывающие воздействие на подвижную систему клапана. Такими усилиями могут быть: статическое и динамическое воздействие регулируемой среды, либо трение в подвижных соединениях.

Стоит отметить, что в некоторых моделях электропневматических приборов конструктивно объединены функции позиционеров и преобразователей, при этом, обратная связь по положению штока или другого рабочего органа механизма, осуществляется при помощи линейно перемещающихся штоков, рычагов, либо эксцентрикового ролика для поворотных механизмов.

Современные цифровые интеллектуальные позиционеры, помимо своей основной задачи – регулирования положения штока клапана, могут выполнять огромное количество дополнительных функций, таких, как: обзор параметров состояния клапана, его автоматическая настройка и диагностика, а также, конфигурирование, моделирование, архивирование данных, получаемых в процессе работы. Однако, не всегда такие возможности позиционера востребованы, поэтому, прежде чем приобретать позиционер с множеством функций, подумайте, может быть для тех процессов, которые Вам необходимо запустить будет достаточно аналогового позиционера или обычного пневмопреобразователя?

На практике, используются, конечно, обычные пневматические и электропневматические позиционеры моделей ПП, ЭПП, ППМ-200, ЭПП-300. Именно они нашли наибольшее распространение на просторах России и стран СНГ.

— Пневматический позиционер ПП – может быть изготовлен как для одностороннего, так и для двустороннего действия. Это самый простой, однако, один из самых надежных позиционеров.

— Позиционер приводных механизмов ППМ-200 – позиционер изготавливается в соответствии с требованиями ПБ 09-540-03, может применяться как для поступательного, так и для поворотного рабочего хода.

— Электропневматический позиционер ЭПП и ЭПП-Ex – могут работать с барьером искрозащиты во взрывоопансых зонах. Имеют уровень взрывозащиты «особовзрывобезопасный».

— Электропневматический позиционер ЭПП-300 – прибор имеет встроенный HART-модем и может соединяться с управляющим устройством (ПК) по аналоговому или цифровому каналу.

Пневматический позиционер ППМ-200

Современные цифровые электропневматические позиционеры используются, также, для управления регулирующими поворотными или линейными клапанами. Принцип действия позиционера, в данном случае, состоит в установке регулирующего органа (штока) в положение, которое соответствует электрическому входному управляющему сигналу. Причем дополнительные функциональные входы могут быть использованы для установки клапана в безопасное положение или его блокировки.

Интеллектуальный позиционер Siemens SITRANS VP

Таким образом, можно сделать вывод о том, что пневматические и электропневматические позиционеры существенно дополняют возможности различных регуляторов давления с пневмоприводом. Позиционеры позволяют исключить гистерезис пневмосистемы (запаздывание отклика привода на команду управляющего блока), увеличить быстродействие и точность поддержания необходимых параметров, обеспечить надежность закрытия клапана при больших перепадах давления и тем самым герметизировать систему.

Видео:Электропневматический позиционерСкачать

Электропневматические позиционеры и преобразователи

Электропневматические позиционеры и электропневматические преобразователи используются для управления исполнительными пневматическими механизмами. Несмотря на то, что эти приборы имеют схожее название, они различны по выполняемым функциям. Но при этом в некоторых моделях пневмопроборов преобразователи функционально объединяют с позиционерами, что создает определенную путаницу.

Различия между позиционерами и преобразователями

Основная функция электрического преобразователя изначально заключается в преобразовании токового стандартного сигнала в пневматический. Это необходимо, чтобы осуществить управление исполнительным пневматическим механизмом. Так, ток стандартного значения 4-20мА прибор преобразует в пневмосигнал 0,2-10бар, либо в сигнал из другого диапазона, соответствующий имеющемуся давлению сжатого воздуха.

Читайте также: Отсечной клапан для тнвд

Электрический позиционер регулирует положение (позицию) подвижной части системы регулирующего клапана. Поскольку позиционер является регулятором, он, как и каждый подобный прибор, имеет:

Задание. Это управляющий сигнал, который поступает от системы регулятора или управления.
Параметр. Это положение штока клапана.
Сигнал рассогласования. Этот параметр представляет собой разницу между сигналом управляющим и действительным местоположением штока.
Выход, или сигнал управления. Это может быть либо давление сжатого воздуха, которое поступает в рабочую полость механизма, либо меняющееся усилие пружины тартрированного типа.

Все параметры направлены на объект регулирования, который представляет собой исполнительный механизм регулирующего пневмоклапана.

Принцип работы позиционера состоит в следующем: он изменяет выходное давление либо усилие, создаваемое тартрированной пружиной, тем самым обеспечивает положение штока клапана в соответствии управляющему сигналу. Для этого позиционер компенсирует усилия, которые действуют на подвижную систему клапана (это могут быть трения подвижных частей между собой, динамическое или статическое воздействие регулируемой среды).

Взаимосвязь позиционера и преобразователя

Если в исполнительном механизме используется клапан регулирующий, оснащенный пневматическим позиционером, но необходимо интегрировать этот регулирующий клапан в систему электронного управления, между позиционером и электронной системой необходимо установить преобразователь электропневматический.

Также использование преобразователя вместо позиционера также бывает необходимо в случае, когда невозможно или нежелательно использовать позиционеры. Например, в малоинерционных системах управления (при регулировании расхода жидкости) позиционеры ухудшают динамику протекающего процесса. Кроме того, эти приборы при значительных силах трения могут в таких системах вызвать высокую колебательность регулировочного процесса. Поэтому для обеспечения более благоприятного переходного процесса регулирования лучше использовать именно преобразователь.

Современные позиционеры интеллектуального типа кроме регулирования положения штока клапана способны выполнять несколько дополнительных функций, например, осуществлять автоматическую диагностику, настройку, моделирование и архивирование и ряд других. Правда, во многих системах эти функции не востребованы. В таком случае необходимо выбирать между преобразователем и аналоговым позиционером.

Кроме того, сегодня существуют такие конструкции электропневматических позиционеров, которые имеют встроенные функции преобразователей – объединенные модели. Таким образом, эти устройства способны существенно дополнить возможности регуляторов давления, оборудованных пневматическим приводом. Они исключают гистерезис и увеличивают быстродействие, точность поддержания параметров, при больших перепадах давления обеспечивают надежное закрытие клапана. Установка одного такого прибора избавляет от необходимости дополнительно комплектовать систему преобразователями или выбирать между двумя приборами.

Видео:Как это работает: электропневматический позиционер SP400/500Скачать

Позиционер или преобразователь, что выбрать?

Рассмотрим сначала разницу между этими двумя приборами, предназначенными для управления пневматическими исполнительными устройствами. Задача электропневматического преобразователя – это преобразование стандартного токового сигнала в пневматический сигнал для управления пневматическим исполнительным механизмом. Например, стандартный токовый сигнал 4 — 20 мА преобразуется в пневматический сигнал 0,2 — 1,0 бар или 0,4 — 2,0 бар или в сигнал любого другого диапазона в соответствии с имеющимся давлением сжатого воздуха. Позиционер же является регулятором положения подвижной системы регулирующего клапана и как каждый регулятор он имеет объект регулирования, параметр, задание, сигнал действующего рассогласования и выход (сигнал управления). Объект управления — это исполнительный механизм регулирующего клапана, параметр — положение штока клапана, задание — управляющий сигнал (стандартной природы и диапазона, например, 4 — 20 мА) от системы управления или регулятора, сигнал действующего рассогласования – разница между управляющим сигналом и действительным положением штока, а выход — давление сжатого воздуха, поступающее в рабочую полость исполнительного механизма. Изменяя выходное давление в диапазоне от нуля до давления питания, позиционер обеспечивает соответствие положения штока клапана управляющему сигналу, компенсируя усилия, действующие на подвижную систему клапана (трение в подвижных соединениях, статическое и динамическое воздействие регулируемой среды). Кстати, по-немецки «позиционер» — «Stellungsregler», буквально – регулятор положения.

Прежде, когда применялись, в основном, пневматические регуляторы, тоже нужно было делать выбор: применить пневматический позиционер или обойтись без него, соединив выход регулятора непосредственно с пневматическим исполнительным механизмом. Впрочем, выбор не был обязательным, так как в большинстве конструкций пневматических позиционеров был предусмотрен специальный переключатель, при помощи которого можно было «закоротить» позиционер, соединив импульсную линию от регулятора с рабочей полостью исполнительного механизма. И , имея такой «хитрый» позиционер, уже в процессе эксплуатации определяли предпочтительный режим работы: с позиционером или без него.

Читайте также: Клапан смесительный термостатический pf rvm

Допустим, вы хотите исключить применение электричества в рабочей зоне, где расположен регулирующий клапан, но вы должны управлять этим клапаном от электронной системы управления. В этом случае вы применяете электропневматический преобразователь, а выход преобразователя подаёте либо на пневматический позиционер, либо непосредственно в рабочую полость пневматического исполнительного механизма.

Если вы применяете регулирующий клапан с пневматическим позиционером, и вас это устраивает, но вы хотите интегрировать этот клапан в электронную систему управления, то вы устанавливаете между системой и пневматическим позиционером электропневматический преобразователь.

К этим двум причинам применения электропневматического преобразователя добавляется третья, весьма важная: длительные и многочисленные исследования показали, что для малоинерционных систем управления (например, в случае регулирования расхода жидкости) применение позиционеров является нежелательным, так как ухудшает динамику процесса регулирования. В частности, в таких системах применение позиционера при наличии значительных сил трения вызывает высокую колебательность процесса регулирования. Более благоприятный переходный процесс регулирования может быть обеспечен именно с помощью электропневматического преобразователя. Например, известно, что управление клапанами антипомпажной защиты компрессора осуществляется при помощи электропневматического преобразователя, а не позиционера.

В остальных случаях (кроме трёх перечисленных, когда применение преобразователя необходимо или явно предпочтительно) следует выбирать между позиционером и преобразователем руководствуясь изложенными ниже доводами и соображениями.

Выше было отмечено, что основное назначение позиционера — обеспечить положение штока клапана в соответствии с управляющим сигналом, преодолевая трение в подвижных соединениях (в сальнике, в направляющей втулке и пр.), а также статическое и динамическое воздействие регулируемой среды на затвор. Если противодействующие усилия значительны, как это имеет место, например, при больших перепадах давления на регулирующем клапане, то применение позиционера оправданно и полезно. Ну а если преодолевать нечего? Если эти воздействия на подвижную систему клапана гораздо меньше, чем перестановочное усилие, определяемое произведением давления в рабочей полости исполнительного механизма на эффективную площадь его мембраны? В этом случае и позиционер и преобразователь обеспечат хорошее соответствие положения штока управляющему сигналу.

Интеллектуальные позиционеры, кроме своей главной задачи – регулировать положение штока клапана, позволяют реализовать большое количество дополнительных функций: обзор параметров состояния клапана, автоматическая настройка, диагностика, конфигурирование, моделирование, архивирование. Но существует много систем, где эти замечательные возможности не востребованы. Тогда делают выбор между аналоговым позиционером и преобразователем.

Ниже перечислен ряд дополнительных доводов в пользу применения преобразователей.

— Преобразователи существенно дешевле по сравнению с позиционерами.

— Преобразователи по габаритам и массе меньше, чем позиционеры.

— Преобразователи могут крепиться на корпусе клапана или (в отличие от позиционеров) отдельно при помощи монтажного кронштейна.

— Преобразователь может быть удалён от клапана на значительные расстояния.

— Монтаж, наладка и ремонт преобразователей существенно проще и требуют меньших трудозатрат и менее квалифицированного персонала.

Перечисленные доводы и соображения позволяют сделать вывод, что электропневматические преобразователи имеют свою «нишу», где их применение предпочтительнее по сравнению с позиционерами.

Заслуживает внимания и общемировая практика: из общего объёма продаж позиционеров и преобразователей 71% приходится на позиционеры и 29% — на преобразователи.

К сожалению, российская традиция пока ещё отличается от общемировой практики. Здесь проектировщики применяют для управления регулирующими клапанами преимущественно позиционеры, а преобразователи — мало и неохотно. Возможно, появление специальной публикации по данному вопросу будет способствовать исправлению подобного перекоса.