sept.20.2024
Dans le monde dynamique du contrôle des fluides, les vannes de régulation et les pompes électriques sont des composants clés, coordonnant le mouvement continu des liquides et des gaz dans diverses applications industrielles. Leur relation symbiotique joue un rôle central pour assurer la précision, l’efficacité et la fiabilité des systèmes fluides. Plongeons dans le monde des vannes et des pompes de régulation électriques, en démêlant leur fonctionnement, leurs caractéristiques et les méthodes de coordination de leur conception.
I. Caractéristiques et principes de fonctionnement des vannes de régulation électriques
Les vannes de régulation électriques sont principalement composées d’un actionneur électrique et d’un corps de vanne de régulation. En recevant des signaux des systèmes de contrôle de l’automatisation industrielle, ils entraînent la vanne pour modifier la section transversale entre le noyau de la vanne et le siège de la vanne, contrôlant le débit, la température, la pression et d’autres paramètres de processus des fluides de pipeline pour réaliser un contrôle automatique à distance. La caractéristique de pourcentage égal est considérée comme optimale, offrant une stabilité et d’excellentes performances de contrôle.
(1) Caractéristiques structurelles :
1. Le servo-amplificateur adopte une rétroaction négative dynamique profonde pour améliorer la précision du contrôle automatique.
2. L’actionneur électrique se présente sous différentes formes, adapté aux signaux 4-20mA DC ou 0-10mA DC.
3. Grande plage réglable avec un rapport réglable inhérent de 50, avec des caractéristiques de débit linéaires et à pourcentage égal.
4. Les vannes de commande électriques électroniques peuvent être directement contrôlées par le signal de courant sans avoir besoin d’un servo-amplificateur.
5. Le corps de la vanne est conçu sur la base des principes de la mécanique des fluides, avec un canal d’écoulement à faible résistance avec une augmentation de 30% du coefficient de débit nominal.
(2) Classification des structures de vannes de régulation électrique :
Les vannes de régulation électriques sont généralement classées en structures à un siège et à deux sièges. Les vannes de régulation électriques à un siège conviennent aux applications avec des exigences strictes en matière de fuites, de faibles différences de pression avant et après la vanne et des conditions de travail avec une certaine viscosité et des fluides fibreux. Les vannes de régulation électriques à double siège présentent l’avantage d’une faible force déséquilibrée, ce qui permet d’obtenir de grands différentiels de pression et des capacités de débit élevées, ce qui les rend adaptées aux applications avec des exigences de fuite moins strictes.
(3) Principes de fonctionnement des vannes de régulation électriques :
Les vannes de régulation électriques contrôlent automatiquement l’ouverture de la vanne en fonction des signaux de la position de commande, ce qui permet de réguler le débit du fluide, la pression et le niveau de liquide. Si l’on prend l’exemple du signal de courant 4-20mA couramment utilisé, lorsque le système de contrôle envoie un signal 4mA à la vanne de régulation électrique, la vanne est à l’état complètement fermé. Lorsqu’un signal de 20 mA est envoyé, la vanne est à l’état complètement ouvert. Différentes valeurs de signal dans la plage 4-20 mA correspondent à différents degrés d’ouverture de la vanne, ce qui permet au système de contrôle d’obtenir une régulation précise en fonction des paramètres spécifiques du processus.
II. Conditions et caractéristiques des pompes électriques et des applications
Les pompes électriques, alimentées par l’électricité, jouent un rôle crucial dans diverses industries. Ils se composent d’un corps de pompe, d’un tuyau de levage, d’une base de pompe, d’un moteur submersible (y compris les câbles) et d’un dispositif de protection de démarrage. Le corps de la pompe est la partie active de la pompe submersible, composée d’un tuyau d’entrée, d’une coquille de guidage, d’un clapet anti-retour, d’un arbre de pompe et d’une roue. Les roues peuvent être fixées sur l’arbre de deux manières.
La roue est installée à l’intérieur du corps de la pompe et solidement fixée à l’arbre de la pompe. L’arbre de la pompe est directement entraîné par le moteur. Au centre du corps de la pompe, il y a un tuyau d’aspiration de liquide. Le liquide pénètre dans la pompe par le clapet anti-retour et le tuyau d’aspiration. La sortie de décharge du liquide sur le corps de la pompe est connectée au tuyau de refoulement.
Avant de démarrer la pompe, le corps de la pompe est rempli du liquide à transporter. Après le démarrage, la roue est entraînée à tourner à grande vitesse par l’arbre, et le liquide entre les pales doit également tourner avec la roue. Sous l’action de la force centrifuge, le liquide est projeté du centre de la roue vers le bord extérieur, gagnant de l’énergie et laissant la roue à grande vitesse pour pénétrer dans le corps de la pompe en spirale. Dans le boîtier en spirale, le liquide ralentit en raison de l’élargissement progressif du passage, et une partie de l’énergie cinétique est convertie en énergie de pression statique. Enfin, il s’écoule dans le tuyau de refoulement avec une pression plus élevée et est envoyé à l’endroit requis. Lorsque le liquide s’écoule du centre vers le bord extérieur de la roue, un certain vide se forme au centre de la roue. En raison de la pression au-dessus du niveau du liquide dans le réservoir de stockage qui est supérieure à la pression à l’entrée de la pompe, le liquide est continuellement pressé dans la roue. Tant que la roue continue de tourner, le liquide sera continuellement aspiré et évacué.
(1) Conditions d’utilisation :
1. La température ne doit pas dépasser 20°C.
2. La fraction massique des particules solides dans le liquide ne doit pas dépasser 0,01%.
3. La valeur du pH du liquide doit être comprise entre 6,5 et 8,5.
4. La teneur en ions chlorure ne doit pas dépasser 400 milligrammes par litre.
5. Les commutations fréquentes entre les états « marche » et « arrêt » de la pompe électrique doivent être évitées.
(2) Domaines d’application :
Dans la production des industries chimiques et pétrolières, les matières premières, les produits semi-finis et les produits finis sont principalement des liquides. Le processus de production de transformation des matières premières en produits semi-finis et finis implique des processus complexes. Les pompes électriques jouent un rôle dans le transport des liquides et fournissent la pression et le débit pour les réactions chimiques dans ces processus. De plus, les pompes électriques sont utilisées pour réguler la température dans de nombreuses installations.
Dans les industries minières et métallurgiques, les électropompes sont également les équipements les plus utilisés. Les mines ont besoin de pompes pour le drainage, et les pompes sont utilisées pour l’approvisionnement en eau dans des processus tels que l’habillage du minerai, la fusion et le laminage.
Dans l’industrie de l’énergie, les centrales nucléaires nécessitent des pompes principales, des pompes secondaires, des pompes tertiaires et les centrales thermiques nécessitent un grand nombre de pompes à eau d’alimentation de chaudière, de pompes à condensats, de pompes de transport mixte de pétrole et de gaz, de pompes à eau de circulation et de pompes à lisier de cendres.
Dans la construction de défense, les pompes sont nécessaires à diverses fins, telles que le réglage des volets et des gouvernails des avions, la rotation des tourelles des navires de guerre et des chars et le contrôle de la flottabilité des sous-marins. Les pompes peuvent traiter des liquides à haute pression et radioactifs, certains nécessitant un fonctionnement sans fuite.
En résumé, qu’il s’agisse d’avions, de fusées, de chars, de sous-marins, de forages, d’exploitation minière, de trains, de navires ou de la vie quotidienne, les pompes électriques sont nécessaires partout et fonctionnent partout. C’est pourquoi les pompes sont classées comme des machines générales, représentant une catégorie de produits majeure dans l’industrie mécanique.
III. Coordination de la conception des vannes et des pompes de régulation électriques
Les caractéristiques d’écoulement inhérentes aux vannes de régulation indiquent comment la surface d’écoulement effective de la vanne change avec l’ouverture. Différents types, tels que l’ouverture rapide, linéaire, à pourcentage égal et parabolique, fournissent diverses réponses de contrôle. En ingénierie, les trois premiers sont les plus courants, et le choix de la vanne appropriée est crucial pour un contrôle stable.
(1) Caractéristiques et applications :
1. Fonction d’ouverture rapide : Une réponse rapide à l’ouverture de la vanne est nécessaire dans les situations où des changements rapides sont nécessaires dans une petite plage d’ouverture.
2. Caractéristiques linéaires : Changement de débit constant avec ouverture dans la plage d’ouverture de 0 à 100%, adapté aux boucles de contrôle avec un gain de système de plusieurs, tels que le contrôle du niveau de liquide. L’ouverture relative préférée à un débit normal est de 50 % à 60 %.
3. Caractéristiques de pourcentage égal : Petite augmentation du débit avec l’ouverture dans une petite ouverture, mais à mesure que l’ouverture de la vanne augmente, le taux de changement augmente rapidement. Principalement utilisé dans les occasions de contrôle de la pression, du débit et de la température. L’ouverture relative préférée à un débit normal est de 70 % à 80 %.
(2) Rôle des vannes de régulation dans les circuits de pompe :
Un circuit de pompe typique comprend une vanne de régulation de débit principale, une vanne de régulation de température ou de débit de dérivation et une vanne de régulation de la conduite de retour minimum.
La vanne de régulation de débit du circuit principal ajuste la capacité de traitement de la pompe en fonction de différentes conditions de travail. Les calculs tiennent compte des conditions de fonctionnement normales, des conditions de fonctionnement maximales et des conditions de stationnement de la pompe.
La vanne de régulation de température ou de débit de dérivation répond aux exigences des utilisateurs en aval et aux besoins du processus en ajustant le débit de la vanne de régulation installée sur chaque branche.
La vanne de régulation de la conduite de retour minimum est installée sur la conduite de retour minimum de la pompe et protège la pompe ou répond aux exigences de refoulement lorsque le débit de la pompe atteint la valeur de consigne du débit de retour minimum.
(3) Calcul du processus des vannes de régulation dans les circuits de pompage :
Toutes les vannes de régulation du circuit de pompe doivent d’abord répondre aux exigences du circuit principal, calculer les paramètres des vannes de régulation sur le circuit principal, puis calculer les paramètres des vannes de régulation sur d’autres circuits en fonction des paramètres de processus du circuit principal à chaque nœud. Les étapes habituelles de calcul sont les suivantes :
1. Déterminez la boucle principale en fonction des caractéristiques du processus du système. Au débit maximal de la pompe, sur la base de l’expérience ou des exigences du projet, compte tenu de la valeur de perte de charge de la vanne de régulation sur la boucle principale, calculez les paramètres de processus de la pompe et sélectionnez une courbe de fonctionnement appropriée de la pompe.
2. Sur le circuit principal, sur la base de la courbe de fonctionnement de la pompe sélectionnée et de l’équation hydraulique, calculez les paramètres de la vanne de régulation dans des conditions de fonctionnement normales et des conditions d’arrêt.
3. Sur le circuit principal de la pompe, établissez l’équation hydraulique du sous-circuit de la pompe et calculez les paramètres de processus de chaque vanne de régulation sur le sous-circuit dans différentes conditions de fonctionnement.
4. Établissez l’équation hydraulique de la conduite de retour minimale de la pompe et calculez les paramètres de processus de la vanne de contrôle de retour sous le débit de retour minimum basé sur la courbe de fonctionnement de la pompe.
(4) Caractéristiques de processus des vannes de régulation dans les circuits de pompage :
Pour les vannes de régulation dans les circuits de pompe, elles présentent généralement les caractéristiques suivantes :
1. La vanne de régulation sur la route principale nécessite un grand taux de changement de débit avec ouverture et doit généralement supporter une grande chute de pression. Les vannes caractéristiques à ouverture rapide sont préférées.
2. La vanne de régulation sur la branche doit contrôler le débit avec plus de précision. Une vanne avec des caractéristiques de pourcentage égal est préférée pour contrôler la plage de fonctionnement de la vanne de régulation dans une petite plage d’ouverture.
3. La vanne de régulation sur la conduite de retour minimum a généralement un faible débit et n’a pas d’exigences élevées pour un contrôle précis du débit. La pression en amont et la différence de pression sont importantes, ce qui protège la pompe contre les dommages.
4. Habituellement, la chute de pression de la vanne de régulation sur le circuit de pompe n’atteindra pas la condition de provoquer un écoulement bloqué. Cependant, dans certaines situations de faible pression de vapeur, une analyse minutieuse des propriétés physiques et de l’état avant et après la vanne de régulation est nécessaire et doit être notée dans la fiche technique de la vanne de régulation.
5. Pour les vannes de régulation sur le circuit de pompe, le niveau de bruit n’est généralement pas élevé et la prévention du bruit n’est pas requise.
En substance, la coordination des vannes de régulation électriques et des pompes est cruciale pour obtenir des performances optimales dans les systèmes de contrôle des fluides. Les ingénieurs doivent examiner attentivement les caractéristiques du système, les courbes de fonctionnement de la pompe et les exigences spécifiques pour garantir un contrôle précis et stable des fluides. À mesure que les industries évoluent, l’intégration de ces composants continue d’être la pierre angulaire de l’excellence opérationnelle et de la fiabilité en dynamique des fluides.
