Калі вы калі-небудзь наладжвалі кухонны кран, каб атрымаць патрэбны паток вады, значыць, вы выкарыстоўвалі той жа прынцып, які кожны дзень выкарыстоўваюць прамысловыя дросельныя засланкі ў сістэмах, якія апрацоўваюць усё: ад гідраўлічнага масла да прыроднага газу. Дросельная засланка - гэта механічная прылада, якая рэгулюе хуткасць патоку вадкасці і ціск у сістэме шляхам увядзення зменнага абмежавання на шляху патоку. У адрозненне ад простых двухразовых ізаляцыйных клапанаў, дросельныя клапаны прызначаны для бесперапыннай працы пры частковых адкрыццях, пераўтвараючы энергію ціску вадкасці ў кантраляванае супраціўленне.
Тэхнічнае вызначэнне становіцца больш зразумелым, калі мы паглядзім, што адбываецца ўнутры корпуса клапана. Калі вадкасць набліжаецца да дросельнай засланкі, яна сутыкаецца з рухомым элементам - звычайна дыскам, коркам або іголкай - які часткова перакрывае праход патоку. Гэта абмежаванне прымушае вадкасць паскарацца праз паменшаную плошчу папярочнага сячэння, прытрымліваючыся раўнання бесперапыннасці (Q = A × v, дзе Q — хуткасць патоку, A — плошча, v — хуткасць). Згодна з прынцыпам Бернулі, гэта павелічэнне хуткасці адбываецца за кошт статычнага ціску. Энергія ціску вадкасці ператвараецца ў кінетычную энергію ў кропцы абмежавання, вядомай як кантрактная вена. Пасля праходжання гэтага вузкага горла высакахуткасная бруя трапляе ў большы праход ніжэй па плыні, дзе турбулентнасць, трэнне і падзел патоку перашкаджаюць поўнаму аднаўленню ціску. Гэта незваротнае падзенне ціску з'яўляецца фундаментальным механізмам, які дае дросельным засланкам магчымасць кіравання.
Што адрознівае дросельныя засланкі ад іншых прылад рэгулявання патоку, так гэта іх здольнасць падтрымліваць стабільную працу пры зменлівых перападах ціску, забяспечваючы пры гэтым прадказальныя характарыстыкі патоку. Інжынеры вызначаюць дросельныя засланкі, калі ім патрэбна дакладная мадуляцыя патоку, а не простае адключэнне, што робіць іх важнымі кампанентамі ў розных сферах прымянення - ад кіравання паветразаборнікам аўтамабільных рухавікоў да кіравання здабычай глыбакаводных нафтавых свідравін.
Фізіка, якая ляжыць у аснове працы дросельнай засланкі
Разуменне таго, чаму працуюць дросельныя засланкі, патрабуе вывучэння пераўтварэнняў энергіі, якія адбываюцца ў працэсе дросселіравання. Адпраўной кропкай з'яўляецца прынцып захавання энергіі, выражаны праз ураўненне Бярнулі для ўстойлівай плыні несціскальнай рэчывы:
$$P_1 + \\frac{1}{2}\\rho v_1^2 + \\rho g h_1 = P_2 + \\frac{1}{2}\\rho v_2^2 + \\rho g h_2$$
У ідэальным зварачальным працэсе сума энергіі ціску, кінетычнай энергіі і патэнцыяльнай энергіі застаецца пастаяннай. Аднак рэгуляванне ў рэальным свеце па сваёй сутнасці незваротнае. Калі вадкасць выходзіць з кантрактнай вены і трапляе ў зону пашырэння ніжэй па плыні, арганізаваная кінэтычная энергія высакахуткаснай бруі ператвараецца ў выпадковы турбулентны рух, віхравыя токі і малекулярнае трэнне. Гэта хаатычнае рассейванне энергіі выяўляецца ў выглядзе цяпла і акустычнага шуму, а не адноўленага ціску. Гэтая пастаянная страта ціску не з'яўляецца недахопам канструкцыі, а прызначаным механізмам, які дазваляе дросельным клапанам рэгуляваць паток.
Для сціскаемых вадкасцей, такіх як газы, дросселіраванне ўносіць дадатковую тэрмадынамічную складанасць праз эфект Джоўля-Томсана. У працэсе адыябатычнага дросселіравання, калі цеплаабмен з навакольным асяроддзем не адбываецца, вадкасць падвяргаецца ізэнтальпійнаму пашырэнню. Большасць прамысловых газаў дэманструюць станоўчыя каэфіцыенты Джоўля-Томсана пры тэмпературы навакольнага асяроддзя, што азначае, што яны астываюць падчас дросселіравання. Гэта падзенне тэмпературы з'яўляецца аператыўнай асновай для халадзільных пашыральных клапанаў, якія перакідваюць вадкі холадагент пад высокім ціскам у халодную сумесь нізкага ціску. Аднак вадарод, гелій і неон дэманструюць адмоўныя каэфіцыенты пры пакаёвай тэмпературы, што азначае, што яны награваюцца пры дроселіраванні - крытычны фактар бяспекі ў вадародных паліўных сістэмах, дзе лакальнае награванне можа выклікаць узгаранне.
Для колькаснага вызначэння прапускной здольнасці дросельнай засланкі выкарыстоўваецца каэфіцыент расходу, выражаны як Cv у імперскіх адзінках або Kv у метрычных адзінках. Значэнне Cv уяўляе сабой аб'ёмную хуткасць патоку вады пры тэмпературы 60°F у галонах у хвіліну, якая стварае падзенне ціску ў 1 psi на клапане. Для вадкіх прыкладанняў суадносіны наступныя:
$$C_v = Q \\sqrt{\\frac{SG}{\\Delta P}}$$
дзе Q - хуткасць патоку, SG - удзельная вага, а ΔP - перапад ціску.
Гэта ўраўненне паказвае нелінейны характар паводзін дросельнай засланкі: падваенне патоку праз фіксаванае адтуліну патрабуе павелічэння падзення ціску ў чатыры разы. Гэтая характарыстыка патрабуе ўважлівага выбару памеру клапана, таму што вялікі клапан, які працуе пры адкрыцці 5-10%, стварае няўстойлівае кіраванне з празмернай адчувальнасцю, у той час як меншы клапан рызыкуе дасягнуць умоў задушэння патоку, калі хуткасць дасягае гукавых межаў, а далейшае зніжэнне ціску не можа павялічыць хуткасць патоку.
Асноўныя прыкладанні ў розных галінах
Дросельныя клапаны выконваюць розныя функцыі ў прамысловых сектарах, кожны з якіх выкарыстоўвае асноўны прынцып зніжэння ціску ў залежнасці ад прымянення.
Кіраванне аўтамабільным рухавіком:У сучасных бензінавых рухавіках выкарыстоўваюцца электронныя сістэмы кіравання дросельнай засланкай (ETC), дзе дросельная засланка ва ўпускным калектары рэгулюе паток паветра ў камеры згарання. У адрозненне ад састарэлых дросельных засланак, непасрэдна звязаных з педаллю акселератара, сістэмы ETC выкарыстоўваюць датчыкі становішча педалі акселератара (APP) з падвойным рэзерваваннем, якія падаюць сігналы ў блок кіравання рухавіком (ECU). ЭБУ дае каманду рухавіку пастаяннага току для размяшчэння дросельнай засланкі на аснове ўбудаванай логікі, якая ўключае кантроль цягі, круіз-кантроль і стратэгіі выкідаў. Сістэма ўключае ў сябе двухбаковыя датчыкі становішча дросельнай засланкі (TPS) з выхадамі напружання, якія рухаюцца ў процілеглых кірунках — калі абодва сігналы не супадаюць у межах допуску, ECU пераходзіць у рэжым кульгання і абмяжоўвае хуткасць рухавіка, каб прадухіліць уцёкі. Адна асаблівая з'ява ў сістэмах ETC звязана з назапашваннем вугляроду ў газах станоўчай вентыляцыі картэра (PCV), якія ўтвараюць адклады вакол краёў адтуліны дросельнай засланкі, што паступова абмяжоўвае паток паветра на халастым ходу. ECU кампенсуе гэта шляхам адаптыўнага павелічэння халастога ходу, магчыма, з 3% да 5% з цягам часу. Калі спецыялісты чысцяць корпус дросельнай засланкі і выдаляюць гэтыя адклады, запомненае 5% адкрыццё цяпер дазваляе празмерны паветраны паток, выклікаючы павышаныя абароты халастога ходу, пакуль працэдура перавучвання дросельнай засланкі не прымусіць ECU зноў знайсці фізічнае закрытае становішча і аднавіць базавыя характарыстыкі паветранага патоку.
Гідраўлічныя сістэмы харчавання:У мабільных і прамысловых гідраўлічных ланцугах дросельныя засланкі, якія ў дадзеным кантэксце часта называюць клапанамі рэгулявання расходу, рэгулююць хуткасць прывада незалежна ад магутнасці помпы. Размяшчэнне клапана ў ланцугу вызначае характарыстыкі апрацоўкі нагрузкі. Дросселіраванне ў метры абмяжоўвае паток, які паступае ў цыліндр, падыходзіць для рэзістыўных нагрузак, калі нагрузка супрацьстаіць руху (напрыклад, пад'ёму). Тым не менш, канфігурацыі ўваходнага метра становяцца небяспечнымі пры перавышэнні нагрузак (апусканне падвешанага грузу), таму што сіла цяжару можа цягнуць поршань хутчэй, чым паступае паток падачы, ствараючы ўмовы вакууму і страту кантролю. Дросселіраванне па вымяральніку вырашае гэтую праблему шляхам абмежавання зваротнага патоку, стварэння супрацьціску ў камеры з боку штока, якая дзейнічае як гідраўлічны тормаз супраць звышнагрузкі. Гэтая канфігурацыя забяспечвае найвышэйшую стабільнасць руху і прадухіляе падзенне нагрузкі, хоць інжынеры павінны ўлічваць інтэнсіфікацыю ціску ў аднастрыжневых цыліндрах, дзе суадносіны плошчаў паміж вечкавымі і стрыжневымі камерамі можа ў разы павялічваць ціск за межамі налад ахоўнага клапана, што патэнцыйна можа прывесці да паломкі ўшчыльнення, калі няправільна разлічана па формуле суадносін ціску: P_rod = (P_cap × A_cap + F_load) / A_rod.
Астуджэнне і вентыляцыя, вентыляцыя і вентыляцыя:Пашыральныя клапаны ў халадзільных цыклах са сцісканнем пары выконваюць важную функцыю дросселіравання, якая забяспечвае астуджэнне. Тэрмастатычныя пашыральныя клапаны (TXV) працуюць з элегантнай механічнай зваротнай сувяззю з выкарыстаннем балансу трох сіл: ціск датчыка грушы, які адкрывае клапан (у адказ на тэмпературу на выхадзе з выпарніка), супрацьстаяць ціску ў выпарніку і папярэдняй нагрузцы спружыны, якія дзейнічаюць, каб закрыць клапан. Гэтая чыста механічная сістэма падтрымлівае аптымальны перагрэў — тэмпературны запас вышэй за насычэнне, які забяспечвае паступленне толькі пары ў кампрэсар. У сучасных сістэмах з пераменным патокам хладагента (VRF) усё часцей выкарыстоўваюцца электронныя пашыральныя клапаны (EEV), якія кіруюцца крокавымі рухавікамі, якія атрымліваюць імпульсныя каманды ад мікракантролераў. Яны забяспечваюць пазіцыянаванне іголкі на мікраметровым узроўні з часам водгуку ў мілісекунды, ухіляючы ваганні, якія турбуюць TXV пры нізкіх нагрузках, і забяспечваюць складаныя стратэгіі кіравання з апярэджаннем.
Разведка нафты і газу:Дроссельныя клапаны на вусцях свідравін на калядных елках кантралююць хуткасць здабычы з нафтавых і газавых свідравін, якія працуюць пры цісках пласта, якія дасягаюць 10 000-15 000 фунтаў на квадратны дюйм. Яны сутыкаюцца, магчыма, з самымі жорсткімі ўмовамі эксплуатацыі ў арматэхніцы: шматфазная плынь (сырая нафта, прыродны газ, пластовая вада), якая змяшчае абразіўныя часціцы пяску з хуткасцямі, якія ператвараюць пясок у рэжучую брую. У аздабленні дроселя выкарыстоўваецца карбід вальфраму або спецыялізаваная кераміка з канструкцыямі, якія накіроўваюць высакахуткасны паток да цэнтральнай лініі трубы, каб пазбегнуць эрозіі корпуса. Адрозненне паміж стандартамі API 6A (усцевае абсталяванне) і API 6D (трубаправодная арматура) вельмі важнае — выкарыстанне шаравога крана API 6D для дросселіравання вусця свідравіны прывядзе да хуткай эрозіі перфарацыі, паколькі трубаправодныя клапаны прызначаны для ізаляцыі ў гарызантальных устаноўках з поўнаствольнымі праходамі для праходу свіней, а не для вертыкальнай дыферэнцыяльнай службы высокага ціску, якую павінна вытрымліваць усцевае абсталяванне.
Паравы кантроль, кацельная вада, хімічны працэс
Þegar litið er á heildarskýringarmyndir kerfisins kemur í ljós hvernig verkfræðingar sameina flæðistýringarventla til að leysa raunverulegar rekstraráskoranir.
| Тып клапана | Дакладнасць дросселіравання | Падзенне ціску | Супраціў кавітацыі | Тыповыя прымянення | Абмежаванне ключа |
|---|---|---|---|---|---|
| Шаравой клапан | Выдатна (лінейны ход штока) | Высокі | Высокі (з антыкавітацыйнай аздабленнем) | Паравы кантроль, кацельная вада, хімічны працэс | Высокая ўстойлівасць нават у цалкам адкрытым стане |
| Шаравой клапан | Надзвычай дакладны (мікрапаток) | Вельмі высокая | Умераны | Прыборны адбор проб, лабараторны кантроль патоку | Абмежавана невялікімі памерамі (<2 цалі), толькі чыстыя вадкасці |
| V-порт шаравой кран | Добра (характарызаваны паток) | Умераны | Умераны | Суспензіі, кудзелістыя асяроддзя (цэлюлоза і папера) | Менш дакладныя, чым шаравыя клапаны |
| Паваротны клапан | Справядлівы (толькі эфектыўнае адкрыццё 30-70%) | Нізкі | Нізкі (хуткае аднаўленне ціску) | HVAC вялікага дыяметра, астуджальная вада, газ нізкага ціску | Абмежаваны дыяпазон дросселирования, дрэнная герметычнасць адключэння |
| Засаўка | ЗАБАРОНЕНЫ | Вельмі нізкі (цалкам адкрыты) | Дрэнна (хуткае пашкоджанне сядзення) | Толькі ізаляцыя (без рэгулявання) | Дросселіраванне выклікае вібрацыю і эрозію валачэння дроту |
Запорныя клапаны ўяўляюць сабой галіновы стандарт для дакладнага дросселирования. Іх унутраны шлях патоку прымушае вадкасць праходзіць праз S-вобразны або Z-вобразны канал з паваротам пад прамым вуглом у сядзенні, ствараючы значную страту ціску. Заглушка клапана рухаецца перпендыкулярна сядлу, усталёўваючы амаль лінейную залежнасць паміж становішчам штока і плошчай патоку. Гэтая геаметрыя забяспечвае дакладную мадуляцыю патоку з прадказальнай рэакцыяй. У сучасных рэгулюючых шаравых клапанах выкарыстоўваецца аздабленне, якое кіруецца клеткай, дзе заглушка слізгае ў цыліндрычнай клетцы з апрацаванымі адтулінамі. Клетка выконвае двайныя мэты: яна забяспечвае механічнае навядзенне поўнага ходу, прадухіляючы бакавую вібрацыю ад незбалансаваных сіл, а геаметрыя адтуліны вызначае характарыстыкі патоку (лінейны, роўнапрацэнтны, хуткае адкрыццё) без змены корпуса клапана або прывада. Простая замена клетак з рознымі схемамі портаў дазваляе мадыфікаваць характарыстыкі.
Ігольчастыя клапаны пашыраюць прынцыпы запорных клапанаў да надзвычай малых расходаў з выкарыстаннем доўгай канічнай іголкі ў якасці зачыняючага элемента. Тонкая звужанасць патрабуе некалькіх паваротаў ствала для атрымання невялікіх змяненняў плошчы патоку, ствараючы механічны каэфіцыент памяншэння, які дазваляе рэгуляваць мікрапаток. Гэтыя клапаны звычайна працуюць з прыборамі і гідраўлічнымі схемамі дэмпфавання, дзе хуткасць патоку вымяраецца ў мілілітраў у хвіліну. Аднак іх невялікія праходы абмяжоўваюць выкарыстанне для ачысткі вадкасці, а памеры звычайна застаюцца меншымі за 2 цалі.
Крытычная заўвага:Забарона на выкарыстанне засаўкі для дросселирования заслугоўвае асаблівай увагі. У засаўках выкарыстоўваецца слізгальны дыск (засаўка), які падымаецца перпендыкулярна патоку, каб забяспечыць поўны праход у адкрытым стане. Пры частковым адкрыцці ніжні край засаўкі выступае ў струмень, ствараючы абмежаванне. Высокахуткасная вадкасць, якая стукае малатком па гэтым краі, стварае моцную вібрацыю, вядомую як трэск. Яшчэ больш разбуральным з'яўляецца тое, што канцэнтраваная высакахуткасная бруя, якая разразае ўшчыльняльныя паверхні, выклікае эрозію валачэння дроту - канаўкі, прарэзаныя ў сядзенні і дыску, якія назаўсёды перашкаджаюць шчыльнаму закрыццю. Прамысловыя стандарты відавочна забараняюць дросселирование засаўкі, але гэта застаецца распаўсюджанай памылкай пры палявых устаноўках.
Хатуу = АЖИЛЛАГААНЫ АЖИЛЛАГАА, ДЭЛГҮҮРИЙН = Туршилтын хяналт
Як дросельныя клапаны кіруюць патокам у гідраўлічных сістэмах
Канструкцыя гідраўлічнай схемы размяшчае дросельныя засланкі стратэгічна для дасягнення канкрэтных задач кіравання. Размяшчэнне клапана адносна прывада вызначае рэакцыю сістэмы на зменлівыя нагрузкі і вызначае характарыстыкі бяспекі.
Уметр у дросселіраваннеканфігурацыі, клапан рэгулявання патоку ўсталёўваецца паміж помпай і ўваходам у цыліндр. Такое размяшчэнне абмяжоўвае трапленне вадкасці ў прывад, непасрэдна абмяжоўваючы хуткасць выцягвання. Meter-in прымальна працуе з рэзістыўнымі нагрузкамі, дзе знешнія сілы супрацьстаяць патрэбнаму кірунку руху - напрыклад, гідраўлічны цыліндр падымае цяжар супраць сілы цяжару. Ціск нагрузкі дапамагае падтрымліваць станоўчы ціск ва ўсім контуры.
Тым не менш, метр унутр становіцца небяспечным пры апрацоўцы звышнагрузак, калі гравітацыя або іншыя сілы дзейнічаюць у тым жа кірунку, што і жаданы рух. Разгледзім кран, які апускае падвешаны груз. Калі кантроль патоку знаходзіцца на ўваходным баку, сіла цяжару, якая цягне груз уніз, можа прымусіць поршань рухацца хутчэй, чым вадкасць пад ціскам паступае ў цыліндр. Гэта стварае вакуум у пашыральнай камеры, у выніку чаго растворанае паветра выходзіць з раствора, патэнцыйна выпараючы гідраўлічную вадкасць (кавітацыя), што прыводзіць да поўнай страты кантролю руху пры свабодным падзенні грузу. Гэты сцэнар стаў прычынай прамысловых аварый, калі аператары несвядома сканфігуравалі схемы з лічыльнікам для апускання.
Вымяральнае рэгуляванневырашае праблемы перавышэння нагрузкі шляхам размяшчэння клапана рэгулявання патоку ў зваротнай лініі цыліндру. Паток падачы паступае ў цыліндр без абмежаванняў, а зваротны паток павінен праходзіць праз абмежавальнік дроселя. Гэта стварае супрацьціск у камеры, якая высільваецца, ствараючы гідраўлічную тармазную сілу, якая супрацьстаіць звышнагрузцы. Захопленая вадкасць фізічна не дазваляе поршню цягнуць хутчэй, чым паступае алей, захоўваючы станоўчы кантроль нават пры цяжкіх падвешаных грузах, якія рухаюцца ўніз.
Перавага бяспечнага вымярэння нясе рызыку ўзмацнення ціску, што патрабуе разліку падчас праектавання. У аднашатанных цыліндрах плошча вечка (з боку поршня) перавышае плошчу тарца штока (кольцавага прасторы). Пры ўцягванні пад кантролем вымярэння з дапамогай дапаможнай нагрузкі ціск у меншай камеры на канцы стрыжня можа быць узмоцнены ў залежнасці ад суадносін плошчы. Калі ціск падачы складае 2000 фунтаў на квадратны дюйм, які ўваходзіць у плошчу вечка плошчай 10 квадратных цаляў, а плошча штока складае ўсяго 2 квадратных цалі, ціск на канцы штока тэарэтычна можа дасягаць 10 000 фунтаў на квадратны дюйм пры падтрымцы нагрузкі. Калі ахоўны клапан сістэмы абараняе толькі бок падачы пры 2500 фунтаў на квадратны цаля, камера стрыжня можа адчуваць ціск, які значна перавышае бяспечныя межы, што можа прывесці да разрыву ўшчыльненняў або разрыву трубкі цыліндру. Правільная канструкцыя патрабуе незалежнай абароны ад разгрузкі ланцуга стрыжня або дбайнай праверкі таго, што максімальны ўзмоцнены ціск застаецца ў межах намінальных паказчыкаў кампанента.
Дросселіраванне крывацёкууяўляе сабой трэцюю канфігурацыю, дзе дросельны клапан усталяваны ў паралельнай галіны, якая скідае лішак патоку помпы непасрэдна ў бак. У працоўны контур паступае толькі паток, неабходны прываду. Такім чынам дасягаецца высокая эфектыўнасць, паколькі нявыкарыстаны паток вяртаецца ў рэзервуар пад нізкім ціскам, трацячы мінімальную энергію. Аднак хуткасць прывада становіцца моцна залежнай ад нагрузкі, таму што розны ціск нагрузкі змяняе падзенне ціску на выпускным адтуліне, змяняючы каэфіцыент падзелу патоку. Bleed-off знаходзіць прымяненне толькі там, дзе нагрузкі застаюцца адносна сталымі і не патрабуецца дакладны кантроль хуткасці.
Калі НЕ варта выкарыстоўваць дросельную засланку
Разуменне абмежаванняў дросельнай засланкі прадухіляе дарагія памылкі і небяспечныя ўмовы. Некалькі прыкладанняў патрабуюць альтэрнатыўных падыходаў.
Забарону засаўкі трэба паўтараць з-за пастаяннага няправільнага выкарыстання. Засаўкі з'яўляюцца выключна ізаляцыйнымі прыладамі, прызначанымі для працы ў цалкам адкрытым або цалкам закрытым стане. Іх прамы шлях патоку, калі яны цалкам адкрыты, забяспечвае мінімальнае падзенне ціску, што робіць іх ідэальнымі для адключэння магістралі. Але любая спроба дросселіравання частковага адкрыцця падвяргае браму разбуральнай эрозіі з высокай хуткасцю і моцнай вібрацыі. Выдаткі на тэхнічнае абслугоўванне з-за замены заўчасна зношаных унутраных элементаў засаўкі значна перавышаюць выдаткі на паралельную ўстаноўку адпаведнай дросельнай засланкі.
Прыкладанні, якія патрабуюць абсалютнай нулявой уцечкі ў закрытым становішчы, перавышаюць магчымасці дросельнай засланкі. У большасці прамысловых дросельных засланак выкарыстоўваюцца сядзенні метал-метал, якія дасягаюць паказчыкаў уцечкі IV класа FCI (0,01% магутнасці), дастатковага для кантролю працэсу, але недастатковага для ізаляцыі ад навакольнага асяроддзя. Калі нарматыўныя акты патрабуюць нулявых выкідаў падчас адключэння, напрыклад, лятучых арганічных злучэнняў (ЛОС) або таксічных паслуг, контур патрабуе асобнага герметычнага ізаляцыйнага клапана (шара або матылька з мяккімі сядзеннямі) паслядоўна з дросельнай засланкай. Ізаляцыйны клапан выконвае абавязкі адключэння, а дросельны клапан забяспечвае мадуляцыю патоку падчас працы.
Različiti dizajni prigušnog ventila nude različite karakteristike protoka, profile pada tlaka i prikladnost za specifične uvjete rada. Razumijevanje ovih razlika ključno je za pravilan odabir aplikacije.
Калі σ падае ніжэй крытычнага значэння клапана, кавітацыі не пазбегнуць. Замест таго, каб выкарыстоўваць стандартную аднаступенчатую дросельную засланку, інжынеры павінны вызначыць шматступеністую аздабленне ціску (лабірынт або канструкцыю клеткі з прасвідраванымі адтулінамі), якая падзяляе агульнае падзенне ціску на мноства дробных прыступак, не даючы ні ў адным месцы дасягнуць ціску пары.
Паслугі, якія змяшчаюць цвёрдыя часціцы, патрабуюць матэрыялаў, устойлівых да эрозіі, акрамя звычайнай канструкцыі дросельнай засланкі. Вада, якая здабываецца з нафтавых свідравін, напрыклад, нясе пясок, які дзейнічае як абразіўная рэжучая бруя з дроссельнымі хуткасцямі. Стандартная аздабленне з нержавеючай сталі можа выйсці з ладу на працягу некалькіх тыдняў. Для гэтых прыкладанняў патрэбны карбід вальфраму або керамічныя сядзенні і загартаваныя заглушкі, або поўная рэканструкцыя з выкарыстаннем дросельных клапанаў, спецыяльна распрацаваных для эразійных работ.
Нарэшце, дросельныя засланкі не падыходзяць для вымярэння расходу або перадачы на захоўванне. У той час як калібраваны дросель можа забяспечыць прыблізную індыкацыю патоку на аснове падзення ціску і становішча клапана, нелінейная залежнасць паміж гэтымі параметрамі і адчувальнасцю да ўласцівасцей вадкасці (шчыльнасці, глейкасці, тэмпературы) робіць дросельныя засланкі непрыдатнымі там, дзе патрабуецца дакладнае вымярэнне патоку. Спецыяльныя расходомеры (магнітныя, ультрагукавыя, Карыёліса) выконваюць функцыі вымярэння, у той час як дросельныя засланкі выконваюць кантроль.
Выбар правільнай дросельнай засланкі: інжынерныя разлікі і стандарты
Правільны выбар дросельнай засланкі патрабуе колькаснага аналізу, а не эмпірычнага вызначэння памеру. Працэс выбару пачынаецца з разліку неабходнага каэфіцыента расходу.
Для абслугоўвання вадкасцю спачатку вызначыце неабходны Cv, выкарыстоўваючы фактычныя працоўныя ўмовы ў тыповай кантрольнай кропцы клапана (звычайна 50-70% адкрыты):
Напрыклад, вадаправоднай сістэме, якая патрабуе патоку 100 галлонаў у хвіліну з перападам ціску 25 фунтаў на квадратны дюйм, неабходна: Cv = 100 × √(1,0/25) = 20. Інжынер выбірае памер клапана, пры якім значэнне Cv знаходзіцца ў сярэдзіне дыяпазону клапана, што забяспечвае адэкватныя паўнамоцтвы кантролю як пры большым, так і пры меншым патоку.
Самая распаўсюджаная памылка выбару - оверсайзинг. Усталяванне клапана з Cv = 100 у прыведзеным вышэй прыкладзе прымусіла б клапан працаваць пры адкрыцці 10% для дасягнення мэтавага расходу. Пры гэтым невялікім адтуліне нязначны рух штока выклікае вялікія змены патоку, ствараючы няўстойлівае кіраванне і магчымыя ваганні. Акрамя таго, высокая хуткасць, сканцэнтраваная ў амаль закрытым сядзенні, выклікае паскораную эрозію. У якасці агульнага прынцыпу памер дросельных засланак павінен быць такім, каб працаваць у нармальных умовах з адкрытым ад 20% да 80%, пры гэтым разлічаны Cv пры хадзе 60% адпавядае тыповым патрабаванням да патоку.
Разлікі газавай службы павінны ўлічваць сціскальнасць і патэнцыйны задушаны паток. Калі хуткасць газу дасягае гукавых умоў (1 Маха) у vena contracta, паток спыняецца - далейшае зніжэнне ціску ўнізе не можа павялічыць хуткасць патоку. Каэфіцыент крытычнага ціску вызначае гэтую мяжу:
Дакладнае значэнне залежыць ад каэфіцыента ўдзельнай цеплаёмістасці газу і каэфіцыента аднаўлення ціску (FL) клапана. Для вызначэння памераў для абслугоўвання задушанага газу патрабуецца праграмнае забеспячэнне вытворцы, якое ўлічвае гэтыя складаныя адносіны.
Класіфікацыя ўцечак вызначае герметычнасць закрытага клапана ў адпаведнасці са стандартам ANSI/FCI 70-2 з шасцю класамі ад класа I (без выпрабаванняў) да класа VI (непранікальныя мяккія сядзенні). Выбар залежыць ад патрабаванняў працэсу:
| Клас уцечкі | Максімальная хуткасць уцечкі | Тып сядзення | Тыповая прымяненне |
|---|---|---|---|
| ІІ клас | 0,5% ёмістасці клапана | Двухмесны (збалансаваны) | Некрытычныя камунальныя паслугі |
| IV клас | 0,01% ёмістасці | Метал да металу | Стандартнае кіраванне працэсам, большасць прамысловых прыкладанняў |
| V клас | 0,0005 мл/мін на дыяметр цалі на фунт на квадратны дюйм ΔP | Метал да металу (дакладнасць) | Высокая прадукцыйнасць кантролю, зніжэнне выкідаў |
| VI клас | Удзельная колькасць бурбалак (кроплі/мін) | Мяккае сядзенне (PTFE, эластамер) | Шчыльнае адключэнне, таксічныя/лятучыя службы (патрабуецца асобная ізаляцыя) |
Металічныя сядзенні (клас IV) забяспечваюць найлепшы кампраміс для большасці прымянення дросельнай засланкі, забяспечваючы прымальныя паказчыкі ўцечкі, адначасова вытрымліваючы высокія тэмпературы, эрозію і частыя пераключэнні. Мяккія сядзенні забяспечваюць герметычнае закрыццё класа VI, але ахвяруюць тэмпературнай здольнасцю (абмежаванне PTFE каля 400°F) і зносаўстойлівасцю. Высокапрадукцыйныя працэсы могуць вызначаць металічныя сядзенні класа V як залатую сярэдзіну, хоць больш жорсткія допускі значна павялічваюць кошт клапана.
Выбар матэрыялу павінен адпавядаць патрабаванням канкрэтнага хімічнага працэсу, дыяпазону тэмператур і ціску. Аўстэнітная нержавеючая сталь (316/316L) выкарыстоўваецца па змаўчанні для агульных водных і слаба каразійных службаў. У высокатэмпературных паравых сістэмах выкарыстоўваецца мартэнсітная нержавеючая сталь (410) для цвёрдасці, хромамалібдэнавыя сплавы або нават чыгун для прымянення пры нізкім ціску. Для аздаблення ў сур'ёзных умовах для ўстойлівасці да эрозіі і задзірання могуць спатрэбіцца сплавы кобальту і хрому (стэліт) або карбід вальфраму. Матэрыял корпуса клапана павінен адпавядаць паказчыкам ціску і тэмпературы ў адпаведнасці са стандартамі ASME B16.34, а фланцавыя злучэнні павінны адпавядаць стандартам памераў ASME B16.5.
Тып канцавога злучэння ўплывае на гнуткасць ўстаноўкі і даступнасць абслугоўвання. Фланцавыя клапаны падыходзяць для стацыянарных устаноўак вялікіх памераў (2 цалі і больш), забяспечваючы лёгкае зняцце для абслугоўвання. Рэзьбавыя злучэнні падыходзяць для клапанаў меншага памеру (менш за 2 цалі) ва ўмовах нізкай вібрацыі, хоць герметык для разьбы і правільнае зачапленне разьбы маюць вырашальнае значэнне. Зварныя злучэнні з раструбам або зваркай упрытык забяспечваюць герметычную стацыянарную ўстаноўку для важных паслуг, але выключаюць любую магчымасць дэмантажу без разразання труб.
Выбар прывада завяршае спецыфікацыю дросельнай засланкі. Ручных штурвалаў дастаткова для рэдкай рэгулявання, але прыкладанням кіравання працэсам патрабуецца аўтаматызаванае прывядзенне ў дзеянне. Пнеўматычныя мембранныя прывады з зваротнай спружынай забяспечваюць бяспечнае дзеянне (вяртанне ў вызначанае становішча пры страце паветра) для рэгулюючых клапанаў у сістэмах бяспекі працэсаў. Электрычныя прывады (з прывадам ад рухавіка) забяспечваюць дакладнае пазіцыянаванне і ліквідуюць патрабаванні да сціснутага паветра, але не маюць уласцівых адмовабяспечных паводзін без дадання спружынных модуляў або батарэй. Гідраўлічныя прывады ствараюць максімальную цягу для вялікіх клапанаў або прымянення дыферэнцыялаў высокага ціску, дзе пнеўматычныя цыліндры не могуць развіць належную сілу штока.
Дакументацыя інжынера па выбары клапана павінна ўключаць разлічаны Cv, вызначаны тып аздаблення і матэрыялы, абгрунтаванне класа ўцечкі, тып прывада з адмовабяспечным рэжымам і адпаведнасць дзеючым стандартам (ASME, API, ISA). Гэты дысцыплінаваны падыход гарантуе, што дросельная засланка адпавядае рэальным тэхнічным патрабаванням прыкладання, а не адвольны памер або завышаныя спецыфікацыі.
