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如何平稳化调压阀流量曲线以减少衰减

 各种世伟洛克监管机构

如何平稳化调压阀流量曲线以减少衰减

2019年9月16日 | Jon Kestner

要确保工业流体系统安全运行,保持一致的压力控制至关重要。使用调压阀保持可靠的下游压力有助于减小流速变化,特别是对于高流量系统。不过,要持续保持压力控制和实现降低衰减,您的流体系统可能还需要添加外部组件。

什么是衰减?

flow curve chart demonstrating droop
图 1:上图描绘了使用不同调压配置的不同流量曲线:简单的弹簧加载调压阀(方案 A - 基线)、圆顶加载调压阀和先导调压阀(方案 B –“良好”)、圆顶加载调压阀和先导调压阀(附带引流至圆顶加载调压阀的反馈管路)(方案 C –“更佳”)、圆顶加载调压阀和先导调压阀(附带引流至先导调压阀的反馈管路)(方案 D –“优良”)。

衰减是指出口压力随着下游流量增大而减小。上图(图 1)就是一个流量曲线示例。流量曲线 是一种实用工具,用来根据各种系统流速确定调压阀保持的出口压力范围。流量曲线通过产品测试创建,体现的是调压阀在一组给定系统参数下的实际性能。 

纵轴表示出口压力,横轴表示下游流速。曲线平坦(或是说水平)的部分表示调压阀将保持一致压力的情况。在该部分,即使流量出现显著变化,调压阀仍将保持一致的压力。曲线右侧表示调压阀将完全打开而无法保持一致压力的情况。在压力开始快速下降到压力接近零的这个区域,提升阀芯将达到其行程的极限,导致失去控制。此时,调压阀的作用更像是一个节流孔,而不像是压力控制装置。

尽管每种减压型调压阀都存在一定程度的衰减,但您可以采取措施来尽可能地减少这种现象。为您的系统选择合适的调压阀配置,可实现更平稳的流量曲线。下面阐述了四种可用来减少衰减的不同方案。

方案 A:简单的弹簧加载调压阀 

弹簧加载调压阀是常见的减压型调压阀类型。在这种设计中,弹簧对传感元件(隔膜或活塞)用力,推动提升阀芯更靠近或更远离孔口,由此控制下游压力。我们将使用弹簧加载调压阀作为基线。 

在减少衰减方面,弹簧加载减压型调压阀可提供一般应用场合都可接受的性能。在这种配置中,随着系统的流量需求增加,调压阀提升阀芯将远离阀座,让更多流量流入,继而使负载弹簧放松,从而降低加载力和调压阀设定点。随着流量需求变化,衰减量取决于负载弹簧的刚度。在某些情况下,如果需要较高的精度,可能需要频繁地手动调回到所需的设定压力。

要改善衰减和平稳化流量曲线,更有效的一种方案是使用 圆顶加载减压型调压阀。在这类调压阀内,加载力不是由弹簧控制,而是由圆顶室封装的加压气体控制。气体使振膜弯曲,从而推动提升阀芯远离孔口并控制下游压力。下面其余的方案将探究如何结合各种组件和设计改动来利用圆顶加载调压阀尽可能地减少衰减和提升性能。 

 

方案 B:带先导调压阀的圆顶加载调压阀

方案 B 将圆顶加载减压型调压阀与先导调压阀结合在一起。在这种配置中,圆顶加载调压阀通过在圆顶室保持恒定压力来响应压力变化。先导调压阀用于控制圆顶加载调压阀圆顶室的供气。如上面图 2 中所示,任何多余的圆顶压力将通过出口回路释放。 

随着系统的流量需求增加,提升阀芯将远离阀座,允许更多流量流入。不过,与弹簧加载调压阀不同的是,没有负载弹簧可以放松。相反,隔膜会向下弯曲,扩展圆顶室,从而稍稍降低圆顶压力。先导调压阀感应到圆顶压力下降,则会做出打开的响应,从而允许更多气体流入圆顶以保持预期的设定压力。如果下游系统的流量需求减少,提升阀芯则会上升而更靠近阀座,从而向上推动隔膜进入圆顶并使圆顶的压力稍微增加。这种多余压力可以通过动态控制出口回路排放到调压阀的下游端。 

dome loaded regulator configuration with a pilot regulator

图 2:方案 B 的配置是采用一个带先导调压阀和动态控制出口回路的圆顶加载调压阀来控制圆顶压力。

如果我们再看图 1,标题“方案 B”的流量曲线则代表这种配置。相较于方案 A(基线弹簧加载调压阀曲线),圆顶加载调压阀和先导调压阀配置提供的压力控制更具动态化。尽管仍有一定的衰减,但流量曲线更加平稳,这表示调压阀在宽广的流量范围内能够更加准确地保持设定压力。对于许多系统,可以使用标准圆顶加载调压阀,而不必担忧出口压力大幅降低。不过,使用下面介绍的其他配置可进一步减少衰减。 

方案 C:外部反馈管路连接到圆顶加载调压阀  

configuration with an external feedback line connected to dome loaded regulator
图 3:方案 C 采用为圆顶加载调压阀连接外部反馈管路的配置,以便更好地补偿下游压降。 

通过为圆顶加载调压阀添加外部反馈,可提高控制精度。通过从下游工艺管路向圆顶加载调压阀的传感区回连一个卡套管,外部反馈可引流到调压阀。 

外部反馈管路可将调压阀系统下游某个位置的压力引流到调压阀的传感区。这使得调压阀能够对该系统特定位置的压力变化做出响应,而不是像标准圆顶加载调压阀设计中那样只能响应调压阀内的压力变化。 

如果我们再来看图 1,第三条流量曲线代表的就是方案 C。运行流速在到达临界堵塞点之前会扩展。虽然该曲线比前两种方案更加平稳,但仍存在一定程度的衰减。

方案 D:外部反馈管路连接到先导调压阀

Configuration with an external feedback line connected to pilot regulator
图 4:方案 D 采用为先导调压阀连接外部反馈管路的配置来提供下游压力反馈。

我们最后这种方案展现了平稳化流量曲线的优化配置。如上面图 4 中所示,外部反馈管路直接连接到先导调压阀,而不是圆顶加载调压阀。此举使先导调压阀能够根据实际下游压力高度精准地调整圆顶加载调压阀室内的压力,从而让圆顶加载调压阀能够通过改变出口压力提供补偿。 

随着系统的流量需求增加,较低的压力将通过附加的反馈管路引流回先导调压阀。先导调压阀通过增大圆顶加载调压阀中的压力响应压力变化,从而实现恰当的下游设定压力。在这种配置中,反馈回路可以持续自动调整来稳定系统,从而优化性能。图 1 中最后一条只有微小衰减而流量范围宽广的流量曲线展示的就是这种配置。

任何调压阀都存在一定程度的衰减。衰减可能是可以接受的,这取决于您的系统。但若要让压力随流量变化而保持恒定,在这一点十分关键的情况下,适当的调压阀配置有助于解决问题。有关如何为您的流体系统选择适当的减压型调压阀配置的更多信息,请联系您当地的世伟洛克销售与服务中心获取专家评估。

联系您当地的销售与服务中心

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