Elokuu20.2025
Nesteenohjauksen dynaamisessa maailmassa sähköiset säätöventtiilit ja -pumput ovat keskeisiä komponentteja, jotka koordinoivat nesteiden ja kaasujen saumatonta liikkumista erilaisissa teollisissa sovelluksissa. Niiden symbioottisella suhteella on keskeinen rooli nestejärjestelmien tarkkuuden, tehokkuuden ja luotettavuuden varmistamisessa. Tutustutaanpa sähköisten säätöventtiilien ja pumppujen maailmaan ja selvitetään niiden toiminta, ominaisuudet ja menetelmät niiden suunnittelun koordinoimiseksi.
I. Sähköisten säätöventtiilien ominaisuudet ja toimintaperiaatteet
Sähköiset säätöventtiilit koostuvat pääasiassa sähköisestä toimilaitteesta ja säätöventtiilin rungosta. Vastaanottamalla signaaleja teollisuusautomaation ohjausjärjestelmistä ne ohjaavat venttiiliä muuttamaan venttiilin ytimen ja venttiilin istukan välistä poikkipinta-alaa ja ohjaamaan putkilinjan väliaineen virtausta, lämpötilaa, painetta ja muita prosessiparametreja automaattisen etäohjauksen saavuttamiseksi. Yhtä suurta prosenttiominaisuutta pidetään optimaalisena, mikä tarjoaa vakauden ja erinomaisen ohjauskyvyn.
(1) Rakenteelliset ominaisuudet:
1. Servovahvistin käyttää syvää dynaamista negatiivista palautetta automaattisen ohjauksen tarkkuuden parantamiseksi.
2. Sähkötoimilaitetta on eri muodoissa, jotka soveltuvat 4-20mA DC tai 0-10mA DC-signaaleille.
3. Suuri säädettävä alue, jonka luontainen säädettävä suhde on 50, lineaariset ja yhtä suuret prosenttivirtausominaisuudet.
4. Elektronisia sähköisiä säätöventtiilejä voidaan ohjata suoraan virtasignaalilla ilman servovahvistinta.
5. Venttiilin runko on suunniteltu nestemekaniikan periaatteiden mukaisesti, ja siinä on matalaresistanssinen virtauskanava, jonka nimellisvirtauskerroin kasvaa 30 %.
(2) Sähköisten säätöventtiilirakenteiden luokitus:
Sähköiset säätöventtiilit luokitellaan yleensä yksi- ja kaksipaikkaisiin rakenteisiin. Yksipaikkaiset sähköiset säätöventtiilit soveltuvat sovelluksiin, joissa on tiukat vuotovaatimukset, alhaiset paine-erot ennen venttiiliä ja sen jälkeen sekä työolosuhteet, joissa on tietty viskositeetti ja kuituaineet. Kaksipaikkaisten sähköisten säätöventtiilien etuna on alhainen epätasapainoinen voima, mikä mahdollistaa suuret paine-erot ja suuret virtauskapasiteetit, joten ne soveltuvat sovelluksiin, joissa vuotovaatimukset ovat vähemmän tiukat.
(3) Sähköisten säätöventtiilien toimintaperiaatteet:
Sähköiset säätöventtiilit ohjaavat venttiilin aukkoa automaattisesti ohjausasennosta tulevien signaalien perusteella ja säätelevät väliaineen virtausta, painetta ja nestetasoa. Käyttämällä yleisesti käytettyä 4-20 mA virtasignaalia esimerkkinä, kun ohjausjärjestelmä lähettää 4 mA signaalin sähköiseen säätöventtiiliin, venttiili on täysin suljetussa tilassa. Kun 20 mA:n signaali lähetetään, venttiili on täysin auki. Eri signaaliarvot alueella 4-20 mA vastaavat eri venttiilin avautumisasteita, jolloin ohjausjärjestelmä voi saavuttaa tarkan säädön tiettyjen prosessiparametrien perusteella.
II. Sähköpumppujen ja sovellusten olosuhteet ja ominaisuudet
Sähköllä toimivilla sähköpumpuilla on ratkaiseva rooli eri teollisuudenaloilla. Ne koostuvat pumpun rungosta, nostoputkesta, pumpun alustasta, uppomoottorista (mukaan lukien kaapelit) ja käynnistyssuojalaitteesta. Pumpun runko on uppopumpun työosa, joka koostuu tuloputkesta, ohjauskuoresta, takaiskuventtiilistä, pumpun akselista ja juoksupyörästä. Juoksupyörät voidaan kiinnittää akseliin kahdella tavalla.
Juoksupyörä asennetaan pumpun kotelon sisään ja kiinnitetään tukevasti pumpun akseliin. Pumpun akselia ohjaa suoraan moottori. Pumpun kotelon keskellä on nesteen imuputki. Neste tulee pumppuun takaiskuventtiilin ja imuputken kautta. Pumpun kotelon nesteenpoistoaukko on kytketty poistoputkeen.
Ennen pumpun käynnistämistä pumpun kotelo täytetään kuljetettavalla nesteellä. Käynnistyksen jälkeen juoksupyörä pyörii suurella nopeudella akselilla, ja siipien välisen nesteen on myös pyörittävä juoksupyörän kanssa. Keskipakovoiman vaikutuksesta neste heitetään juoksupyörän keskeltä ulkoreunaan, jolloin saadaan energiaa ja poistutaan juoksupyörästä suurella nopeudella päästäkseen spiraalipumpun koteloon. Spiraalikotelossa neste hidastuu käytävän asteittaisen laajentumisen vuoksi ja osa kineettisestä energiasta muuttuu staattiseksi paineenergiaksi. Lopuksi se virtaa poistoputkeen korkeammalla paineella ja lähetetään haluttuun paikkaan. Kun neste virtaa juoksupyörän keskeltä ulkoreunaan, juoksupyörän keskelle muodostuu tietty tyhjiö. Koska varastosäiliön nestetason yläpuolella oleva paine on suurempi kuin pumpun sisääntulon paine, nestettä puristetaan jatkuvasti juoksupyörään. Niin kauan kuin juoksupyörä pyörii, nestettä imetään ja poistetaan jatkuvasti.
(1) Käyttöehdot:
1. Lämpötila ei saa ylittää 20 °C.
2. Kiinteiden hiukkasten massaosuus nesteessä ei saisi ylittää 0,01%.
3. Nesteen pH-arvon tulee olla välillä 6,5 - 8,5.
4. Kloridi-ionipitoisuus ei saa ylittää 400 milligrammaa litrassa.
5. Sähköpumpun toistuvaa vaihtamista "on" ja "off" -tilojen välillä tulee välttää.
(2) Sovellukset:
Kemian- ja öljyteollisuuden tuotannossa raaka-aineet, puolivalmisteet ja valmiit tuotteet ovat enimmäkseen nesteitä. Raaka-aineiden muuttaminen puolivalmiiksi ja valmiiksi tuotteiksi sisältää monimutkaisia prosesseja. Sähköpumpuilla on rooli nesteiden kuljettamisessa ja paineen ja virtauksen tuottamisessa kemiallisiin reaktioihin näissä prosesseissa. Lisäksi sähköpumppuja käytetään lämpötilan säätämiseen monissa asennuksissa.
Kaivos- ja metallurgisessa teollisuudessa sähköpumput ovat myös yleisimmin käytettyjä laitteita. Kaivokset tarvitsevat pumppuja viemäröintiin, ja pumppuja käytetään vesihuoltoon prosesseissa, kuten malmin käsittelyssä, sulatuksessa ja valssauksessa.
Energiateollisuudessa ydinvoimalaitokset vaativat pääpumppuja, toissijaiset pumput, tertiääriset pumput ja lämpövoimalaitokset vaativat suuren määrän kattilan syöttövesipumppuja, lauhdepumppuja, öljyn ja kaasun sekakuljetuspumppuja, kiertovesipumppuja ja tuhkalietepumppuja.
Puolustusrakentamisessa pumppuja tarvitaan eri tarkoituksiin, kuten lentokoneiden läppien ja peräsinten säätämiseen, sotalaivojen ja panssarivaunujen tornien pyörittämiseen sekä sukellusveneiden kelluvuuden hallintaan. Pumput voivat käsitellä korkeapaineisia ja radioaktiivisia nesteitä, joista osa vaatii vuotamatonta toimintaa.
Yhteenvetona voidaan todeta, että olipa kyse lentokoneista, raketeista, panssarivaunuista, sukellusveneistä, porauksesta, kaivostoiminnasta, junista, laivoista tai jokapäiväisestä elämästä, sähköpumppuja tarvitaan kaikkialla ja ne ovat toiminnassa kaikkialla. Siksi pumput luokitellaan yleiskoneiksi, jotka edustavat merkittävää tuoteluokkaa mekaanisessa teollisuudessa.
III. Sähköisten säätöventtiilien ja pumppujen suunnittelun koordinointi
Säätöventtiilien luontaiset virtausominaisuudet osoittavat, kuinka venttiilin tehollinen virtausalue muuttuu aukon myötä. Eri tyypit, kuten pikaavaus, lineaarinen, yhtä suuri prosenttiosuus ja parabolinen, tarjoavat erilaisia ohjausvasteita. Tekniikassa kolme ensimmäistä ovat yleisimpiä, ja sopivan venttiilin valinta on ratkaisevan tärkeää vakaan ohjauksen kannalta.
(1) Ominaisuudet ja sovellukset:
1. Pika-avausominaisuus: Nopeaa reagointia venttiilin avautumiseen tarvitaan tilanteissa, joissa tarvitaan nopeita muutoksia pienellä avautumisalueella.
2. Lineaariset ominaisuudet: Jatkuva virtauksen muutos aukolla 0-100 % avautumisalueella, sopii säätösilmukoihin, joissa järjestelmän vahvistus on useita, kuten nestetason säätö. Suositeltava suhteellinen avautuminen normaalivirtauksella on 50–60 %.
3. Yhtä suuret prosenttiominaisuudet: Pieni virtausnopeus kasvaa pienessä aukossa avautuessa, mutta venttiilin aukon kasvaessa muutosnopeus kasvaa nopeasti. Käytetään pääasiassa paineen, virtauksen ja lämpötilan säätötilanteissa. Suositeltava suhteellinen avautuminen normaalivirtauksella on 70–80 %.
(2) Säätöventtiilien rooli pumppupiireissä:
Tyypillinen pumppupiiri sisältää päävirtauksen säätöventtiilin, haaran lämpötilan tai virtauksen säätöventtiilin ja pienimmän paluulinjan säätöventtiilin.
Pääpiirin virtauksen säätöventtiili säätää pumpun käsittelykapasiteettia eri työolosuhteiden mukaan. Laskelmissa otetaan huomioon pumpun normaalit käyttöolosuhteet, maksimikäyttöolosuhteet ja pysäköintiolosuhteet.
Haaran lämpötilan tai virtauksen säätöventtiili täyttää jatkokäyttäjien vaatimukset ja prosessitarpeet säätämällä kuhunkin haaraan asennetun säätöventtiilin virtausnopeutta.
Minimipaluulinjan säätöventtiili asennetaan pumpun minimipaluulinjaan ja se suojaa pumppua tai täyttää takaisinvirtausvaatimukset, kun pumpun virtausnopeus saavuttaa pienimmän paluuvirtauksen asetusarvon.
(3) Pumppupiirien säätöventtiilien prosessilaskenta:
Kaikkien pumppupiirin säätöventtiilien on ensin täytettävä pääpiirin vaatimukset, laskettava pääpiirin säätöventtiilien parametrit ja laskettava sitten muiden piirien säätöventtiilien parametrit kunkin solmun pääpiirin prosessiparametrien perusteella. Tavanomaiset laskentavaiheet ovat seuraavat:
1. Määritä pääsilmukka järjestelmän prosessin ominaisuuksien mukaan. Pumpun suurimmalla virtausnopeudella, kokemuksen tai projektin vaatimusten perusteella, ottaen huomioon pääsilmukan säätöventtiilin painehäviöarvo, laske pumpun prosessiparametrit ja valitse sopiva pumpun työkäyrä.
2. Laske pääpiirissä valitun pumpun työkäyrän ja hydraulisen yhtälön perusteella säätöventtiilin parametrit normaaleissa työolosuhteissa ja sammutusolosuhteissa.
3. Määritä pumpun pääpiirissä pumpun alipiirin hydraulinen yhtälö ja laske alipiirin kunkin säätöventtiilin prosessiparametrit erilaisissa työolosuhteissa.
4. Määritä pumpun pienimmän paluulinjan hydraulinen yhtälö ja laske paluusäätöventtiilin prosessiparametrit pienimmällä paluuvirtauksella pumpun toimintakäyrän perusteella.
(4) Pumppupiirien säätöventtiilien prosessiominaisuudet:
Pumppupiirien säätöventtiileillä on yleensä seuraavat ominaisuudet:
1. Päätien säätöventtiili vaatii suuren virtausnopeuden muutoksen avaamisen yhteydessä ja sen on yleensä kestettävä suuri painehäviö. Nopeasti avautuvat ominaisventtiilit ovat suositeltavia.
2. Haaran säätöventtiilin on ohjattava virtausta tarkemmin. Venttiili, jolla on samat prosenttiosuusominaisuudet, on edullinen säätöventtiilin toiminta-alueen ohjaamiseksi pienellä avautumisalueella.
3. Pienimmän paluulinjan säätöventtiilillä on yleensä pieni virtausnopeus, eikä sillä ole korkeita vaatimuksia tarkalle virtauksen säädölle. Ylävirran paine ja paine-ero ovat suuria, mikä suojaa pumppua vaurioilta.
4. Yleensä pumppupiirin säätöventtiilin painehäviö ei saavuta tilaa, joka aiheuttaa tukkeutuneen virtauksen. Joissakin alhaisen höyrynpaineen tilanteissa fysikaalisten ominaisuuksien ja tilan huolellinen analysointi ennen säätöventtiiliä ja sen jälkeen on kuitenkin huomattava, ja se tulee mainita säätöventtiilin tietolomakkeessa.
5. Pumppupiirin säätöventtiileissä melutaso ei yleensä ole korkea, eikä melunvaimennusta tarvita.
Pohjimmiltaan sähköisten säätöventtiilien ja pumppujen koordinointi on ratkaisevan tärkeää optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi nesteenohjausjärjestelmissä. Insinöörien on harkittava huolellisesti järjestelmän ominaisuuksia, pumpun toimintakäyriä ja erityisvaatimuksia varmistaakseen tarkan ja vakaan nesteen hallinnan. Toimialojen kehittyessä näiden komponenttien integrointi on edelleen kulmakivi toiminnallisen erinomaisuuden ja luotettavuuden saavuttamisessa virtausdynamiikassa.
