Pneumatische klepdimensionering onder de knie: Een praktische gids

Gecomprimeerde lucht wordt algemeen beschouwd als de vierde essentiële utiliteit na elektriciteit, aardgas en water. Daarom is pneumatiek een integraal onderdeel van veel industrieën. Bij pneumatiek is een van de meest kritieke aspecten van het systeem de klep.

Richting-besturende luchtdruk-kleppen, in het bijzonder, zijn kleppen die de luchtstroom in de ene of andere richting toelaten. Ze worden gebruikt om de richting van de luchtstroom in een pneumatisch systeem te controleren, en het verkeerd dimensioneren kan kostbare gevolgen hebben zoals systeemstoringen.

Dit artikel bespreekt de basisprincipes van het correct dimensioneren van een pneumatische klep en de verschillende klepopties die de overweging waard zijn.

Basisprincipes van dimensionering

U moet verschillende factoren overwegen als u een pneumatische klep correct wilt dimensioneren. U moet begrijpen hoe dit gedaan wordt om potentiële fouten te vermijden die uw systeem onjuist laten functioneren.

De grootte bepalen met de stroomvergelijking

Een van de eerste dingen die u moet gebruiken is de stroomvergelijking. Deze factor laat u toe om te bepalen hoeveel stroom een klep aan een actuator kan leveren. De bijbehorende waarde gebruikt doorgaans de term 'snelheidscoëfficiënt (Cv)'. Deze Cv (ook wel klepstroom genoemd) maakt vergelijking van de stroom van verschillende kleppen mogelijk. Wanneer de waarde van Cv hoog is, is de stroom ook groter.

Om een klep en een cilinder aan elkaar aan te passen, kunt u de volgende vergelijking gebruiken:

Cv = (A × S × a × Cf) ÷ (t × 29)

De betrokken variabelen in deze formule zijn de volgende:

• A = Cilinderzuigervlak (π × r²)
• S = Cilinderslag
• t = Tijd (in seconden)
• a = Drukvalconstante
• Cf = Compressiefactor
• (t × 29) = Tijd (in seconden) die het duurt voor de druk te dalen van begin- tot einddruk

Het is de moeite waard om op te merken dat de laatste twee variabelen veranderen op basis van de waarde die uit de dimensioneringfactortabel of -grafiek wordt gebruikt.

Klepdimensioneringsgrafiek

Als u snel de Cv van een klep wilt bepalen, kunt u ook een klepdimensioneringsgrafiek gebruiken. Deze grafiek bevat doorgaans verschillende waarden voor Cv, met enkele van de meest voorkomende 0,015, 0,030 en 0,060.

De klepdimensioneringsgrafiek vertelt u de maximale luchtstroom voor elke klepgrootte. U kunt ook bepalen hoeveel druk nodig is om de klep te openen en te sluiten.

Het is ook de moeite waard om op te merken dat de Cv van de klep afhangt van de fabrikant. De dimensioneringsgrafiek zou alle informatie moeten bevatten om de juiste Cv voor uw behoeften te bepalen. Daarnaast raden experts aan de klep met ongeveer 25% over te dimensioneren om rekening te houden met diverse verliezen in pneumatische systemen.

Als u specifieker wilt zijn met de dimensionering, kunt u ook de Cv van elk component in het systeem berekenen. Dit geeft een nauwkeuriger beeld van hoeveel luchtstroom nodig is.

Cv omzetten naar SFCM en ESEOD (Equivalent Square Edge Orifice Diameter)

Het is soms nuttig om de Cv van een klep om te zetten naar twee andere waarden: Standaard kubieke voet per minuut (SCFM) en equivalente vierkante rand opening diameter (ESEOD). Deze waarden kunnen nuttig zijn wanneer u probeert te bepalen hoeveel stroom een klep kan leveren.

Om Cv om te zetten naar SCFM, kunt u de volgende vergelijking gebruiken:

SCFM = Cv ÷ F

Om Cv om te zetten naar ESEOD, kunt u de volgende vergelijking gebruiken:

ESEOD = (Cv × F) ÷ P

De betrokken variabelen in deze vergelijkingen zijn:

• P = Druk in PSI
• T = Temperatuur in graden Fahrenheit.
• F = Factor

Houd er rekening mee dat zowel Druk (P) als Factor (F) vaak uit een conversiefactortabel worden genomen. Laten we zeggen dat u uw Cv wilt omzetten naar SCFM.

De Cv-waarde is 0,48 en werkt op 100 PSI. Als u kijkt naar een conversiefactortabel, zult u merken dat 100 PSI gelijk is aan 0,0177.

Daarom:

SCFM = Cv ÷ F

27 (SCFM) = 0,48 (Cv) ÷ 0,0177 (Factor)

Dit kan ook omgekeerd worden door de SCFM met de factor te vermenigvuldigen:

SCFM x Factor = Cv

27 (SCFM) x 0,0177 (Factor) = 0,48 (Cv)

Verschillende klepopties

Als u naar pneumatische kleppen kijkt, zult u verschillende typen beschikbaar zien. De meest voorkomende zijn de volgende:

5-poorts 4-weg klep

De 5-poorts 4-weg klep heeft een afzonderlijke uitlaatpoort voor elke cilinderpoort op de klep. Hierdoor kunnen stroomregelaars aan de uitlaat worden toegevoegd om afzonderlijke controle van elke cilinderpoort toe te staan. Dit wordt het meest gebruikt bij het besturen van een dubbelwerkende cilinder.

3-stand, 5-poorts 4-weg klep

Deze kleppen zijn hetzelfde als een 5-poorts 4-weg klep, behalve dat ze drie mogelijke middelstandposities hebben. Stand een en drie zijn hetzelfde als bij een 5-poorts 4-weg klep. De middelstand geeft echter drie verschillende opties voor wat er gebeurt wanneer de klep gedeactiveerd wordt. De drie mogelijke posities zijn: uitlaat middelstand, druk middelstand en geblokkeerde middelstand. In de uitlaat middelstand zijn beide cilinderpoorten open naar de uitlaat. In de druk middelstand wordt druk toegepast op beide cilinderpoorten. Ten slotte, in de geblokkeerde middelstand, zijn alle poorten geblokkeerd.

Dit type klep is ook ideaal voor operaties waar de cilinderstang naar een specifieke positie moet bewegen en daar moet blijven.

5-poorts vs. 4-poorts 4-weg kleppen

Het hoofdverschil tussen een vijf-poorts klep en een vier-poorts klep is dat de vijf-poorts klep een afzonderlijke poort heeft voor elke cilinderpoort, terwijl de vier-poorts klep de twee uitlaatstromen naar dezelfde uitlaatpoort leidt. Terwijl de vijf-poorts klep eenvoudige controle van dubbelwerkende cylinders toestaat, worden vier-poorts kleppen gebruikt waar deze afzonderlijke controle niet vereist is.

3-weg kleppen vs. 4-weg kleppen

3-weg kleppen verschillen van 4-weg kleppen doordat ze slechts één cilinderpoort hebben. In een normaal gesloten toepassing wordt lucht van de toevoerpoort naar de cilinderpoort geleid wanneer de klep geactiveerd wordt. Wanneer de klep gedeactiveerd wordt, opent de klep de cilinderpoort naar de uitlaat. In een normaal open toepassing is het verschil dat lucht stroomt van de toevoerpoort naar de cilinderpoort wanneer de klep niet geactiveerd is. Wanneer geactiveerd, gaat de luchtstroom van de cilinderpoort naar de uitlaatpoort.

4-weg kleppen toestaan continue stroom van toevoer naar de normaal open cilinderpoort terwijl de normaal gesloten cilinderpoort naar de uitlaat stroomt. Wanneer de klep geactiveerd wordt, schakelt de stroom over, de normaal open cilinderpoort wordt uitgeblazen en de normaal gesloten poort onder druk gezet.

De meeste 3-weg kleppen bedienen enkelwerkende cylinders, terwijl 4-weg kleppen dubbelwerkende cylinders bedienen. Humphrey Balance Valves, 310/410, en 320/420 modellen zijn perfecte voorbeelden van deze kleppen.

Poppet vs. spoelkleppen en hun ideale toepassingen

Poppet-kleppen worden gebruikt in toepassingen waar een snelle reactietijd nodig is. Ze zijn ook geschikt voor hogesnelheidstoepassingen. Deze kleppen worden vaak gebruikt in pneumatische actuatoren, luchtgereedschappen en als stuurkleppen.

Aan de andere kant zijn spoelkleppen beter geschikt voor lagesnelheidstoepassingen. Ze worden ook vaak gebruikt in toepassingen waar een hoge stroomsnelheid in een kleinere afmeting nodig is. Deze kleppen worden typisch gebruikt in fabrieksautomatiseringstoepassingen.

Poppet-kleppen zijn vaak directwerkende kleppen, terwijl spoelkleppen stuur- of remote-stuurkleppen zijn.

Proportionele kleppen vs. digitale kleppen

Proportionele kleppen worden vaak gebruikt in toepassingen waar nauwkeurige controle van de luchtstroom nodig is. Deze kleppen kunnen de stroom van de klep regelen via een variabel elektrisch signaal.

Dijitale kleppen hebben daarentegen slechts twee standen: aan en uit. Deze kleppen kunnen worden gebruikt om een circuit te openen en sluiten, de luchtstroom te starten en stoppen, of de luchtstroomrichting te veranderen.

De Humphrey PV3, PV10 en PC30 zijn bekende proportionale kleppen. Voor digitale kleppen zijn de Humphrey Balance Valves een populaire keuze.

Vloeistofklep

Dit type klep wordt gebruikt om de stroom van vloeistof te regelen. Het wordt vaak gebruikt in toepassingen waar nauwkeurige controle van de vloeistofstroom nodig is. Het meest voorkomende gebruik voor dit type klep is in medische en diagnostische toepassingen. De Humphrey iDP serie en HK5 worden beschouwd als uitstekende vloeistofklepmodellen.

Neem uw tijd

Dit artikel bespreekt de verschillende typen kleppen die beschikbaar zijn en hun ideale toepassingen. We hebben ook informatie gegeven over het correct dimensioneren van een pneumatische klep met behulp van verschillende stroomvergelijkingen en de diverse factoren die u moet overwegen.

Om veiligheid en efficiëntie te garanderen, neem de tijd om uw pneumatische klep correct te dimensioneren en overweeg de stappen die we in deze gids gedeeld hebben te volgen.

Bij twijfel, raadpleeg altijd een professional of consulteer een betrouwbare fabrikant of distributeur.

John Henry Foster is een toonaangevende distributeur van hoogwaardige actuatoren, compressoren en pneumatische kleppen. Neem vandaag nog contact met ons op als u verdere vragen heeft over pneumatische kleppen of als u op zoek bent naar manieren om uw systemen te optimaliseren. Ons team van specialisten staat klaar om u van dienst te zijn.