利用自立式调节器降低生产成本的探讨

发布时间:2010-04-29  点击数:2354
   在本文种SAMSON公司的Wolfgang Hesse先生简要地介绍了使用自立式调节器是怎样降低生产成本的。在上世纪初,第一个自立式调节器用于简单的控制任务,这标志着过程自动化的出现。如今,我们很多人并没有意识到自立式调节器的优点、结构,工作原理以及这种技术的局限性。
   自立式调节器的应用范围很广。在日常生活中,我们常常或碰到供热系统中的散热器阀和气体减压阀,用于汽车冷却水的温度调节阀,在气动系统中用于调节工期压力的减压阀。在工业上,自立式调节器用来解决简单的压力、差压、流量或温度调节及安全任务。自立式调节企业用于工业上的过程介质供应网,如蒸汽、水、油、空气或惰性气体。对于腐蚀性介质或环境,自立式调节器可由不锈钢制成。他不需要任何辅助的措施和费用就可以满足防爆保护的要求。
   自立式调节器常常用在节省经费的项目中,它们是:
   要调节的设定点是常数或很少变化
   在很窄的范围内有效地保持被控制变量是常数
   需要检测极限值
   自立式调节器适用于全部上述的应用,这些应用不需要配备带或不带总线通讯系统的模拟或数字控制仪表,因为使用控制仪表会导致:高额的初始投资以及安装和投产时间长。
   因此需要增加一定的运转费用。投资-效益比常常是使用节约成本的自立式调节器的原因。使用自立式调节器能够降低成本是由于:1、安装和投产时间短;2、运转不需要辅助能源;3、坚固的结构确保了地维护和长寿命。一个调节器可以调节或保护几个变量。安装和投产时间短是由于这些调节器结构简单操作容易。通常情况下只需要安装一个带一个部件的调节器。在这种情况下,传感器、调节器和最终控制元件集成为一个单元。
   通常,自立式调节器是由2个或最多3个部件组成。这些部件组装快速而且容易。安装套件可用于使蒸汽压力调节器的很多项目中。通过这些套间可以不需要任何钻孔、焊接、弯曲和经过冷凝室连接到调节器的执行器上来测量变量。
    自立式调节器容易投产。设定点只需要在一个点上调整,例如只需要改变弹簧的压缩量。建议安装过滤器以滤除粗粒的杂质保护调节器。运转不需要辅助能源,这就意味着不需要电源也不需要压缩空气。因此经济性的应急备用系统可以功过自立式调节器来实现。
   运行成本的减少是由于以下原因:
   节约能源费用
   停产维修时间减少或没有
   调节器的高可靠性和长寿命
   控制任务所需要的能源有节制提供,此介质的状态受控或其极限值受到监控。
   使用介质的压力或其热特性,自立式调节器的传感器单元产生一个压力,例如生产所需要的定位力作用在执行器膜片上,执行器膜片也成为操作元件。定位力通常是由决定设定点的弹簧力来平衡。对于减压阀来说其定位力(FM)等于下有压力(P2)与执行器面积AM的乘积。(见图1和2)如果调解阀配备了压力平衡阀芯,例如通过波纹管,其设定点不受上游压力的影响。由于压力降低在阀芯上产生的力由波纹管来平衡,因此由于压力降低在阀芯上产生的力对合力和自立式调节器的设定点没有任何影响。
   只有设定点弹簧和波纹管的弹性系数C(N/mm)产生的予执行器(并决定设定点)相反方向的力随着阀芯形成位置的变化等比变化。调节器为比例控制器。其比例代xp和比例作用系数Kp由膜片面积A,弹性系数C和额定行程来决定。在比例带内,受控变量的实际值,连续改变阀芯位置,直到由膜片产生的实际作用力与有弹簧力决定的设定点相对应时为止。为了简单期间,控制系统没有考虑能够造成小的回差的摩擦力。
    一般来说,自立式调节器最大只能使用到70%的Kvs或Cv值。在满负荷时,在大多数的应用中调节阀容量最小仍然只能为20%。因此,压力和压差调节器工作在可接受的精度,相当于最大可调设定点的±5%的系统偏差,但其动态控制性能是好的。
应用举例
    减压阀用于将下游压力调整为2巴,设定点范围为0.8至2.5巴时Kvs值为10,此时Kv最大仅为70%即7。调整下游压力的宽带以适应变化范围很大的供热要求,其计算公式如下:
   △P=Pmax set point ×10/100
   =2.5巴×0.10
   △P=0.25巴
   如果在平均供热要求情况下减压阀的运行点设定为2巴,达到稳定状态后下游压力为2±0.13巴。满负荷时,压力仅为1.87巴;接近空载时,压力为2.13巴。其回差一般仅短时存在,可忽略不计。当没有供热要求时,压力增加到2.25巴,此压力常数值取决于调节器。在2.25巴和2.13巴范围之间的辅助压力差产生一个关闭力,该关闭力使得阀门紧密关闭。对于更高的要求和更大的阀门公称通径,需要使用先导阀。
   当选择自立式调节器的尺寸时,在阀们的出口要限制介质的最大流速:
   1-2m/s用于楼宇使用的液体
   3m/s工业应用
常用的动态黏度极限值为:
V=100×10-6m2/s
   由于下列原因,阀门必须安装在水平管道上,其测量和控制元件要垂直向下悬挂;
   高温下应用时,这种安装位置能够防止测量元件受到高温损坏,例如短型调节器的膜片执行机构。将导向轴承的摩擦力降到最小,保持较小的回差可以延长填料的寿命,只用一个调节控制和检测几个变量的可能性导致了一种有趣的降低成本的解决方案。通常是最大的信号决定阀芯的位置,即流量。可以在调节阀上连接几个测量和控制元件已形成模块化结构的调节阀来控制和检测不同的物理量,如压力和温度。费用的降低又由于:1、较少的投资费用;2、安装时间短
  电磁阀释放机构可以连接到安全连锁回路中。(图4)在模块化结构的调节器中,电磁阀释放的弹簧机构最大能关闭公称通径为DN250的阀门。最大DN400类型也可以实现。辅助极限开关用来传送弹簧机构的状态。
结论
   如果可以容忍较小的设定点偏差,那么这些节约成本的调节器是理想的选择。如果自立式调节器选型核实,实际无故障运行可以持续好几年。前进,赶快使用这些调节器吧,亲身体验其优点。
   自立式调节器不但适用于能源供应网,也可适用于几乎任何流程。