05 août 2026
Dans le monde dynamique du contrôle des fluides, les vannes de régulation électriques et les pompes sont des composants clés, coordonnant le mouvement fluide des liquides et des gaz dans diverses applications industrielles. Leur relation symbiotique joue un rôle essentiel pour garantir la précision, l'efficacité et la fiabilité des systèmes de fluides. Plongeons dans le monde des vannes de régulation électriques et des pompes, en dévoilant 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 d'automatisation industrielle, elles entraînent la vanne à modifier la section transversale entre le noyau de vanne et le siège de vanne, contrôlant le débit, la température, la pression et d'autres paramètres de processus des fluides de canalisation pour réaliser un contrôle automatique à distance. La caractéristique de pourcentage égal est considérée comme optimale, offrant stabilité et excellentes performances de contrôle.
(1) Caractéristiques structurelles :
1. L'amplificateur de servocommande adopte une rétroaction négative dynamique profonde pour améliorer la précision du contrôle automatique.
2. L'actionneur électrique existe sous diverses formes, adapté aux signaux 4-20mA DC ou 0-10mA DC.
3. Grande plage de réglage avec un rapport de réglage inhérent de 50, présentant des caractéristiques de débit linéaires et à pourcentage égal.
4. Les vannes de régulation électriques électroniques peuvent être directement contrôlées par le signal de courant sans avoir besoin d'un amplificateur de servocommande.
5. Le corps de vanne est conçu selon les principes de la mécanique des fluides, présentant un canal d'écoulement à faible résistance avec une augmentation de 30 % du coefficient de débit nominal.
(2) Classification des structures des vannes de régulation électriques :
Les vannes de régulation électriques sont généralement classées en structures à siège unique et à double siège. Les vannes de régulation électriques à siège unique conviennent aux applications avec des exigences strictes en matière de fuite, de faibles différences de pression avant et après la vanne, et des conditions de travail avec une certaine viscosité et des milieux fibreux. Les vannes de régulation électriques à double siège présentent l'avantage d'une faible force de déséquilibre, permettant de grandes différences 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 contrôle, réalisant la régulation du débit, de la pression et du niveau de liquide du fluide. En utilisant l'exemple du signal de courant 4-20mA couramment utilisé, lorsque le système de contrôle envoie un signal de 4mA à la vanne de régulation électrique, la vanne est à l'état complètement fermé. Lorsqu'un signal de 20mA est envoyé, la vanne est à l'état complètement ouvert. Différentes valeurs de signal dans la plage 4-20mA correspondent à différents degrés d'ouverture de la vanne, permettant au système de contrôle de réaliser une régulation précise en fonction des paramètres de processus spécifiques.
II. Conditions et caractéristiques des pompes électriques et applications
Les pompes électriques, entraînées par l'électricité, jouent un rôle crucial dans diverses industries. Elles 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 pompe est la partie active de la pompe submersible, composé d'un tuyau d'admission, d'un guide, 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 boîtier de la pompe et solidement fixée à l'arbre de la pompe. L'arbre de la pompe est entraîné directement par le moteur. Au centre du boîtier de la pompe, il y a un tuyau d'aspiration de liquide. Le liquide entre dans la pompe par le clapet anti-retour et le tuyau d'aspiration. La sortie de décharge de liquide sur le boîtier de la pompe est connectée au tuyau de décharge.
Avant de démarrer la pompe, le boîtier de la pompe est rempli du liquide à transporter. Après le démarrage, la roue est entraînée en rotation à haute 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 quittant la roue à haute vitesse pour entrer dans le boîtier de 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 décharge avec une pression plus élevée et est envoyé à l'endroit requis. Alors que le liquide s'écoule du centre vers le bord extérieur de la roue, un certain vide se forme au centre de la roue. Étant donné que la pression au-dessus du niveau de liquide dans le réservoir de stockage 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 déchargé.
(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. Il faut éviter de basculer fréquemment entre les états « marche » et « arrêt » de la pompe électrique.
(2) Applications :
Dans la production des industries chimiques et pétrolières, les matières premières, les produits semi-finis et les produits finis sont pour la plupart des liquides. Le processus de production qui transforme les 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 nécessaires aux 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 pompes électriques sont également l'équipement le plus largement utilisé. Les mines ont besoin de pompes pour le drainage, et des pompes sont utilisées pour l'alimentation en eau dans des processus tels que le traitement 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 d'alimentation de chaudière, de pompes à condensat, de pompes de transport mixte de pétrole et de gaz, de pompes à eau de circulation et de pompes à boue de cendres.
Dans la construction de défense, des pompes sont nécessaires à diverses fins, comme le réglage des volets et des gouvernes des aéronefs, 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, certaines nécessitant un fonctionnement sans fuite.
En résumé, qu'il s'agisse d'avions, de fusées, de chars, de sous-marins, de forage, d'exploitation minière, de trains, de navires ou de la vie quotidienne, les pompes électriques sont nécessaires partout et sont en fonctionnement partout. C'est pourquoi les pompes sont classées comme machines générales, représentant une catégorie de produits majeure dans l'industrie mécanique.
III. Coordination de la conception des vannes de régulation électriques et des pompes
Les caractéristiques de débit inhérentes des vannes de régulation indiquent comment la surface de passage effective de la vanne varie avec l'ouverture. Différents types, tels que l'ouverture rapide, linéaire, à pourcentage égal et parabolique, offrent diverses réponses de contrôle. En ingénierie, les trois premiers sont les plus courants, et la sélection de la vanne appropriée est cruciale pour un contrôle stable.
(1) Caractéristiques et applications :
1. Caractéristique d'ouverture rapide : Une réponse rapide à l'ouverture de la vanne est requise dans les situations où des changements rapides sont nécessaires dans une petite plage d'ouverture.
2. Caractéristique linéaire : Changement de débit constant avec l'ouverture dans la plage d'ouverture de 0 à 100 %, adapté aux boucles de contrôle avec un gain système de plusieurs, comme le contrôle de niveau de liquide. L'ouverture relative préférée au débit normal est de 50 % à 60 %.
3. Caractéristique à pourcentage égal : Petite augmentation du débit avec l'ouverture à 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 pression, de débit et de température. L'ouverture relative préférée au 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 ligne de retour minimum.
La vanne de régulation de débit du circuit principal ajuste la capacité de traitement de la pompe en fonction des différentes conditions de travail. Les calculs considèrent les conditions de fonctionnement normales, les conditions de fonctionnement maximales et les conditions d'arrêt pour 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 dérivation.
La vanne de régulation de ligne de retour minimum est installée sur la ligne de retour minimum de la pompe et protège la pompe ou satisfait aux exigences de reflux lorsque le débit de la pompe atteint la valeur de consigne de retour minimum.
(3) Calcul du processus des vannes de régulation dans les circuits de pompe :
Toutes les vannes de régulation du circuit de pompe doivent d'abord satisfaire 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 les autres circuits en fonction des paramètres de processus du circuit principal à chaque nœud. Les étapes de calcul habituelles sont les suivantes :
1. Déterminer la boucle principale selon les caractéristiques du processus du système. Au débit maximal de la pompe, sur la base de l'expérience ou des exigences du projet, étant donné la valeur de chute de pression de la vanne de régulation sur la boucle principale, calculer les paramètres de processus de la pompe et sélectionner une courbe de travail appropriée de la pompe.
2. Sur le circuit principal, sur la base de la courbe de travail de la pompe sélectionnée et de l'équation hydraulique, calculer les paramètres de la vanne de régulation dans les conditions de fonctionnement normales et les conditions d'arrêt.
3. Sur le circuit principal de la pompe, établir l'équation hydraulique du sous-circuit de la pompe et calculer les paramètres de processus de chaque vanne de régulation sur le sous-circuit dans différentes conditions de travail.
4. Établir l'équation hydraulique de la ligne de retour minimum de la pompe et calculer les paramètres de processus de la vanne de régulation de retour au débit de retour minimum en fonction de la courbe de fonctionnement de la pompe.
(4) Caractéristiques de processus des vannes de régulation dans les circuits de pompe :
Pour les vannes de régulation dans les circuits de pompe, elles présentent généralement les caractéristiques suivantes :
1. La vanne de régulation sur le circuit principal nécessite un taux de changement élevé du débit avec l'ouverture et doit généralement supporter une chute de pression importante. Les vannes à caractéristique d'ouverture rapide sont préférées.
2. La vanne de régulation sur la dérivation doit contrôler le débit plus précisément. Une vanne à caractéristique à 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 ligne de retour minimum a généralement un petit 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, protégeant 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, pour certaines situations à basse pression de vapeur, une analyse minutieuse des propriétés physiques et de l'état avant et après la vanne de régulation est requise 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 de fluides. Les ingénieurs doivent soigneusement considérer les caractéristiques du système, les courbes de fonctionnement de la pompe et les exigences spécifiques pour assurer un contrôle de fluide précis et stable. À mesure que les industries évoluent, l'intégration de ces composants continue d'être une pierre angulaire pour atteindre l'excellence opérationnelle et la fiabilité dans la dynamique des fluides.
