Een regelaarstroomcurve afvlakken om hangen te verminderen

Hoe een regelaarstroomcurve af te vlakken om hangen te verminderen

Jon Kestner

Consistente drukregeling is essentieel voor de veilige werking van industriële vloeistofsystemen. Het handhaven van een betrouwbare stroomafwaartse druk met een regelaar kan veranderingen in de stroomsnelheid helpen minimaliseren, vooral in een systeem met een hoog debiet. Om de drukcontrole te behouden en droop te minimaliseren, kunnen externe componenten echter noodzakelijke toevoegingen aan uw vloeistofsysteem zijn.

Wat is Droop?

Droop wordt gedefinieerd als een afname van de uitlaatdruk naarmate de stroomafwaartse stroom toeneemt. De bovenstaande grafiek (Figuur 1) is een voorbeeld van een stroomcurve. Een stroomcurve is een handig hulpmiddel om het bereik van uitlaatdrukken vast te stellen dat een regelaar zal handhaven op basis van verschillende systeemstroomsnelheden. Stroomcurven worden gecreëerd door producttests en vertegenwoordigen de werkelijke prestaties van een regelaar voor een bepaalde set systeemparameters.

De verticale as geeft de uitlaatdruk weer, terwijl de horizontale as de stroomsnelheid stroomafwaarts weergeeft. Het vlakste of meest horizontale deel van de curve geeft aan waar een regelaar een constante druk zal behouden, zelfs bij substantiële veranderingen in de stroom. Helemaal rechts van de curve geeft aan waar de regelaar volledig open is en niet in staat is om een ​​constante druk te behouden. Binnen dit gebied - tussen waar de druk snel begint af te nemen tot waar het nul nadert - bereikt de schotel de limiet van zijn slag, wat resulteert in verlies van controle. Op dit punt gedraagt ​​de regelaar zich minder als een drukregelapparaat en meer als een beperkende opening.

Hoewel elke drukverlagende regelaar enige droging zal vertonen, kunt u stappen ondernemen om dit fenomeen te minimaliseren. U kunt vlakkere stromingscurves bereiken door de juiste regelaarconfiguratie voor uw systeem te kiezen. Hieronder worden vier verschillende opties uitgelegd om droop te verminderen.

Optie A:een eenvoudige veerbelaste regelaar

Het meest voorkomende type drukverlagende regelaar is een veerbelaste regelaar. In dit ontwerp oefent een veer kracht uit op een meetelement - een diafragma of een zuiger - die de schotel dichter bij of verder weg van de opening beweegt, waardoor de stroomafwaartse druk wordt geregeld. We zullen de veerbelaste regelaar gebruiken als onze basislijn.

Een veerbelaste drukverlagende regelaar biedt acceptabele prestaties voor algemene toepassingen als het gaat om het verminderen van droop. In deze configuratie, als de vraag naar de systeemstroom toeneemt, beweegt de schotel van de regelaar weg van de stoel om extra stroming mogelijk te maken, wat op zijn beurt de laadveer laat ontspannen, waardoor de laadkracht en het instelpunt van de regelaar worden verlaagd. Naarmate de stromingseisen veranderen, is de hoeveelheid droop afhankelijk van de veerconstante van de belasting en in sommige gevallen kan het nodig zijn om regelmatig handmatige aanpassingen terug te brengen naar de gewenste insteldruk als een hoge mate van nauwkeurigheid vereist is.

Een effectievere optie om de droop- en vlakke stroomcurves te verbeteren, is een drukverlagende regelaar met koepelgeladen. De laadkracht binnen dit type regelaar wordt niet geregeld door een veer, maar door gas onder druk dat is ondergebracht in een koepelkamer. Het gas buigt een diafragma, dat de schotel van de opening weg beweegt en de stroomafwaartse druk regelt. De resterende opties hieronder zullen onderzoeken hoe koepelgeladen regelaars, in combinatie met verschillende componenten en ontwerpaanpassingen, verbeterde prestaties kunnen leveren door droop te minimaliseren.

Optie B:Dome Loaded Regulator met een Pilot Regulator

Optie B koppelt een koepelbelaste drukverlagende regelaar aan een pilootregelaar. In deze configuratie reageert de koepelgeladen regelaar op drukveranderingen door een constante druk in de koepelkamer te handhaven. De pilootregelaar wordt gebruikt om de gastoevoer naar de koepelkamer van de koepelbelaste regelaar te regelen. Zoals hierboven weergegeven in afbeelding 2, wordt eventuele overtollige dome-druk ontlast via een uitlaatlus.

Naarmate de vraag naar systeemstroom toeneemt, zal de schotel van de stoel weg bewegen om de extra stroom mogelijk te maken. In tegenstelling tot een veerbelaste regelaar is er echter geen laadveer die kan ontspannen. In plaats daarvan buigt het diafragma naar beneden, waardoor de koepelkamer groter wordt en de koepeldruk iets wordt verlaagd. De pilootregelaar detecteert de daling van de koepeldruk en reageert door te openen om extra gas in de koepel toe te laten en de beoogde ingestelde druk te handhaven. Als de stroomvraag van het stroomafwaartse systeem afneemt, zal de schotel dichter bij de zitting komen, waardoor het diafragma omhoog in de koepel wordt geduwd en de druk in de koepel iets toeneemt. Deze overdruk wordt afgevoerd naar de stroomafwaartse zijde van de regelaar via de dynamische regeluitlaatlus.

Afbeelding 2:De configuratie van Optie B heeft een koepelgeladen regelaar met een pilootregelaar en een dynamische regeluitlaatlus om de koepeldruk te regelen.

Als we terugverwijzen naar figuur 1, wordt deze configuratie weergegeven als de stroomcurve met de titel "Optie B". Vergeleken met optie A bieden de basislijn veerbelaste regelaarcurve, de koepelgeladen regelaar en pilootregelaarconfiguratie meer dynamische drukregeling. Hoewel er nog steeds sprake is van verzakking, is de stroomcurve vlakker - wat een regelaar vertegenwoordigt die nauwkeuriger een ingestelde druk over een breed scala aan stromen kan houden. Standaard koepelgeladen regelaars kunnen op veel systemen worden gebruikt zonder dat u zich zorgen hoeft te maken over significante uitlaatdrukverliezen. Droop kan echter verder worden verminderd met behulp van andere configuraties die hieronder worden uitgelegd.

Optie C:externe feedbacklijn aangesloten op een dome-geladen regelaar

Extra nauwkeurigheid kan worden bereikt door externe feedback toe te voegen aan een met een dome belaste regelaar. Externe feedback wordt naar de regelaar gestuurd door een buis van de stroomafwaartse proceslijn terug aan te sluiten op het detectiegebied van de koepelgeladen regelaar.

De externe feedbackleiding leidt de druk van een punt in het systeem stroomafwaarts van de regelaar naar het detectiegebied van de regelaar. Hierdoor kan de regelaar reageren op veranderingen in de druk op dat punt in het systeem in plaats van alleen veranderingen in druk binnen de regelaar, zoals het geval is bij standaard koepelbelaste regelaarontwerpen.

Als we terugverwijzen naar figuur 1, wordt optie C weergegeven als de derde stroomcurve. Het bedrijfsdebiet wordt groter voordat het het kritische chokepunt bereikt. Hoewel deze stromingscurve vlakker is dan de vorige twee opties, vertoont deze nog steeds enige droop.

Optie D:externe feedbacklijn aangesloten op een stuurregelaar

Onze laatste optie presenteert de beste configuratie voor het afvlakken van de stroomcurve. Zoals hierboven weergegeven in afbeelding 4, is de externe feedbacklijn rechtstreeks aangesloten op de pilootregelaar in plaats van op de koepelbelaste regelaar. Dit stelt de pilootregelaar in staat om zeer nauwkeurige aanpassingen te maken aan de druk in de kamer van de koepelgeladen regelaar op basis van de werkelijke stroomafwaartse druk, waardoor de koepelgeladen regelaar kan compenseren door de uitlaatdruk te veranderen.

Naarmate de systeemstroomvereisten toenemen, wordt de lagere druk teruggevoerd naar de pilootregelaar via de toegevoegde feedbacklijn. De piloot reageert op deze drukverandering door de druk in de koepelbelaste regelaar te verhogen, wat resulteert in de juiste stroomafwaartse insteldruk. In deze configuratie maakt de feedbacklus continue, automatische aanpassingen mogelijk om het systeem te stabiliseren voor optimale prestaties. Dit wordt in figuur 1 gedemonstreerd als de uiteindelijke stromingscurve met een zwakke droop en een breed stromingsbereik.

Alle regelaars zullen enige droefheid vertonen. Afhankelijk van uw systeem kan droop acceptabel zijn. Maar wanneer het van cruciaal belang is om de druk constant te houden als de stroom verandert, kan de juiste configuratie van de regelaar helpen. Neem voor meer informatie over het selecteren van de juiste drukverlagende regelaarconfiguratie voor uw vloeistofsystemen contact op met uw plaatselijke Swagelok-verkoop- en servicecentrum voor een deskundige evaluatie.