Мембранный клапан принцип работы

Что такое мембранный клапан и для чего он используется?

Мембранные клапаны представляют собой особый вид трубопроводной арматуры, которая не имеет сальников. А своё название эта ТПА получила из-за того, что в этих клапанов запорным элементом является мембрана. Впрочем, в некоторых случаях мембраны используются также в качестве уплотнительных элементов как корпуса, так и запорного элемента — затвора. Интересно, что мембранные клапаны нередко называют диафрагменными, однако по-русски это будет не совсем верно, поскольку, согласно стандартам ГОСТ, следует использовать именно термин «мембранный клапан». Хотя понятно откуда возникло название «диафрагменный» — это калька с английского: там эта ТПА называется diaphragm valves, и такое название используется куда чаще, чем более привычное для нас membrane valves.

Основное применение мембранных клапанов в промышленности: транспортировка химически агрессивных сред, поэтому чаще всего их используют в химической промышленности, а также тепловой энергетике и электроэнергетике для транспортировки подготовленных сред (чаще всего горячей воды с различными «присадками» для уменьшения засоряемости металлических трубопроводов. Кроме того мембранные клапаны активно применяют на фармацевтических и пищевых производствах.

Мембранный клапан PVC, пожалуй, является основной разновидностью этой арматуры, поскольку именно трубопроводные системы из ПВХ обычно и являются наиболее востребованными в промышленных приложениях. Впрочем, PVC-U лучше применять для транспортировки не слишком агрессивных сред и, к тому же, при невысоких температурах. Если же требуется транспортировать агрессивные кислоты и щелочи при повышенных температурах, лучше рассмотреть трубопроводную арматуру из PVC-C или даже PVDF. Это может быть, например, кран шаровой PVDF, так как поливинилиденфторид обладает исключительной химической стойкостью и при этом способен выдерживать агрессивные среды даже при температуре +80 градусов и выше. Возвращаясь к мембранным клапанам, отметим, что продукция данного типа от Georg Fischer является одной из самых надёжных на рынке, что подтверждено независимыми испытаниями и сертификатами соответствия самым требовательным международным стандартам.

Добавлено: 17.12.2018 18:20:42

Еще статьи в рубрике Статьи на тему: Инженерные сети водоснабжения, канализации, газоснабжение. Полезные советы:

Устранение засоров в канализации – работа для специалиста

Канализационная труба может засориться в любом месте: на производстве, дома, на даче, в квартире. .

Стальные шаровые краны — особенности конструкции и разнообразие

Производители запорной арматуры в настоящее время предлагают потребителям свою продукцию в широком ассортименте. .

Ванны

Интересно, что до начала двадцатого века ванны были доступны только богачам. Простые люди мылись в банях, хотя история этого резервуара насчитывает .

Заводские фильтры для очистки воды

Водопроводная вода прежде чем попадет в квартиры, проходит многоступенчатую качественную фильтрацию и поступает в уже очищенном виде. .

Механическая прочистка канализации

Механическая прочистка канализационных систем осуществляется при помощи специального электромеханического агрегата высокой мощности, назначение которого — разрушение любых . .

Поверхностные насосы

Для обслуживания скважины небольшой глубины в основном используется насосное оборудование поверхностного типа. Модели такого оборудования различны по техническим параметрам и конструкции. .

Клапан мембранный

Сортировать по:

Мембранный клапан Clamp DN10 AISI316

Мембранный клапан Clamp DN15 AISI316

Мембранный клапан Clamp DN20 AISI316

Мембранный клапан Clamp DN25 AISI316

Донный мембранный клапан с электроприводом Clamp DN25 AISI316

Донный мембранный клапан с пневмоприводом Clamp 3A 1″ AISI316

Клапаном называется устройство трубопроводной арматуры, у которого запорный элемент движется параллельно потоку рабочей среды.

Клапаны бывают разных видов. Один из них – мембранный. В общем случае, по назначению, есть два типа мембранных клапанов: запорный и предохранительный. Последний представляет собой устройство, в котором одноразовая мембрана разрывается, если давление в системе превышает норму. О таких изделиях речь сейчас не идет.

Конструкция и принцип действия

Запорный мембранный клапан устроен следующим образом. В канале, по которому течет рабочая среда, сделана вертикальная перегородка, идущая снизу, до определенной высоты. Над перегородкой располагается горизонтальная мембрана из эластичного материала. В открытом положении, между перегородкой и мембраной остается достаточно места для прохождения жидкости. Над мембраной имеется вертикальный шток или шпиндель с золотником. При закрытии клапана, привод опускает шток вниз. Золотник давит на мембрану, изгибает или растягивает ее и прижимает к перегородке так, что мембрана полностью перекрывает проходное отверстие. Движение жидкости прекращается. При открытии шток с золотником поднимается, мембрана возвращается в исходное положение, открывая проходное отверстие.

Особенностью конструкции клапана этого вида является то, что с рабочей средой контактирует только мембрана. Она герметично закрывает полость арматуры, защищая внутренности механизма от воздействия вредных факторов жидкости, таких как загрязнения, активные ионы и прочие. По этой причине, ставить сальник на шпиндель не обязательно. Еще один важный момент заключается в том, что мембранный клапан практически не имеет застойных зон. Это особенно актуально для пищевой, фармацевтической и химической промышленности.

Мембранный клапан может управляться вручную или иметь привод, пневматический либо электрический. Привод может быть внешним или интегрированным, то есть, быть частью конструкции клапана.

Материалы

Корпус мембранного клапана выполняется из чугуна, в том числе, высокопрочного, стали, алюминия, бронзы и других сплавов цветных металлов или пластика. В пищевой промышленности самым популярным материалом является нержавеющая сталь. Такие же изделия, имеющие диафрагмы с тефлоновым покрытием, используются в фармацевтической и биотехнологической отраслях, в них полностью исключена возможность развития бактерий.

Для облицовки применяются мягкая резина, бутилкаучук, политрифторхлорэтилен, эбонит (твердая резина), фторопласт, эмаль и другие. Может быть выполнена гальванизация в цинковой ванне. Для внешней поверхности санитарных (антибактерицидных) клапанов используется вакуумная струйная обработка или сатинирование. Для внутренней – струйная вакуумная обработка, зеркальная либо сверхзеркальная полировка, сатинирование.

Мембраны делают из пластичных материалов: резины либо коррозионноустойчивых эластомеров – силикона, полиэтилена, PTFE и других. Конкретный выбор зависит от типа рабочей среды.

Преимущества

Мембрана защищает механизм клапана от воздействия рабочей среды, обеспечивая высокую степень его герметичности.

Надежная работа и долговечность.

Простой монтаж и обслуживание, при ремонте, вышедшие из строя детали, в первую очередь, диафрагма, быстро меняются.

Возможность автоматизации процесса управления.

Отсутствие застойных зон.

Небольшая потеря давления.

Поддержка мембраны во время открытия или закрытия дает возможность работать даже в условиях вакуума.

Применение

Возможности использования мембранных клапанов основаны на их конструктивных преимуществах. Они могут перекачивать жидкие и газообразные рабочие среды, как загрязненные, так и с включениями твердых частиц. А также – химически агрессивные.

Исходя из этого, мембранные клапаны применяются в пищевой, химической, фармацевтической, микробиологической, горнодобывающей, газовой, нефтеперерабатывающей, металлургической и других отраслях. Их ставят в молзаводах и лабораториях, противопожарных трубопроводах и водопроводных сетях, инженерных сооружениях, насосных станциях, системах подготовки воды и т.д.

Принцип работы электромагнитного клапана

Вне зависимости от того, что является запорной частью клапана, мембрана или поршень механизм работы у клапанов делится на два типа:

Прямого действия
Пилотного действия

Для лучшего понимания принципа работы рассмотрим устройство клапана.

Возьмём клапан прямого действия SMART SM55633 и рассмотрим его устройство.

Клапан состоит из следующих элементов:

Корпус
Мембрана
Электромагнитная катушка (на неё подаётся напряжение)
Плунжер (парамагнетик, находится внутри штока)
Шток (на него надевается катушка)
Пружина (соединяет мембрану и плунжер)

Для удобства будем считать, что рабочая среда (допустим, вода), идёт слева направо на нашем рисунке.

До подачи напряжения на катушку вода не может пройти, так как ей мешает мембрана. При подаче напряжения на катушку происходит следующее:

Создаётся магнитное поле катушки
Внутри штока, под действием магнитного поля, плунжер поднимается вверх
Плунжер у нас соединён с мембраной при помощи пружины и поэтому мембрана так же поднимается вверх.

Если напряжение на катушке убираем, то плунжер опускается и за ним опускается мембрана, надёжно закрывая клапан.

То есть, в случае клапана прямого действия, у нас происходит поднятие мембраны за счёт силы магнитного поля, без какой-либо дополнительной помощи.

Теперь рассмотрим клапан пилотного действия на примере SMART SG55234.

Видно, что конструкции двух видов электромагнитных клапанов отличаются друг от друга. Ключевое отличие — пилотный канал. Именно на него идёт воздействие плунжера и там находится своё уплотнение. То есть, по сути у нас есть две мембраны: основная — клапана и дополнительная — пилотного канала.

Когда на катушке нет напряжения, то вода протекает через узкий пилотный канал в пространство над мембраной. Давление над мембраной равно давлению под мембраной, пилотный канал закрыт своим уплотнением, клапан находится в закрытом положении.

При подаче напряжения на катушку:

Создаётся магнитное поле катушки
Внутри штока, под действием магнитного поля, плунжер поднимается вверх и поднимает уплотнение, находящиеся в пилотном канале, благодаря чему, вода из подмембранного пространства выливается.
Из-за того, что есть разница давлений снизу и сверху мембраны, то мембрану засасывает наверх (в область меньшего давления), клапан открывается.

А когда напряжение на катушку убираем, то:

Уплотнение пилотного канала закрывается
Вода начинает затекать в надмембранное пространство
Давление сверху и снизу мембраны клапана выравнивается
Клапан закрывается

Регулирующие клапаны – типы и сфера применения

Востребованный вид трубопроводной арматуры представляют регулирующие клапаны, которые отличаются нюансами конструкции и областью применения. Согласно положениям ГОСТ 24856-2014 они устанавливаются в трубопроводах разного назначения и служат для управления рабочей средой, обеспечивая изменение ее объема или проходного сечения. Используя клапаны, выполняют контроль давления и других параметров, обеспечивая эффективное регулирование технологических процессов.

Классификация и сфера применения клапанов

Согласно положениям ГОСТ 12893-2005 регулировочные клапаны классифицируют по нескольким параметрам. По способу движения рабочей среды различают следующие варианты арматуры:

проходные, которые размещаются на прямых отрезках и позволяют сохранить прежнее направление транспортировки среды;
угловые модели, изменяющие перемещение на 90°.

Проходной регулирующий клапан Угловой регулирующий клапан

Перемешивание двух вариантов рабочей среды с разными характеристиками происходит с помощью трехходовых моделей, которые комплектуются тремя патрубками.

Сырьем для производства регулировочных клапанов служат чугун, нержавеющая и легированная сталь, латунь и другие сплавы. Корпус изготавливают с помощью сварки, ковки, литья, штамповки и комбинированных методов. Выбор материалов определяет тип среды, с которой будет взаимодействовать арматура. Бытовые и промышленные клапаны устанавливают на трубопроводах, предназначенных для транспортировки:

горячей и холодной воды;
нефтепродуктов;
воздуха;
пара;
химических составов в жидком и газообразном состоянии.

По способу управления клапаны бывают ручные и автоматические. Арматура первого типа предназначена для трубопроводов малого сечения и чаще всего используется для контроля технических параметров транспортируемых веществ в быту. На промышленных объектах востребованы автоматические клапаны, укомплектованные специальными датчиками. Средства измерения оценивают величину уровня давления и способствуют изменению потребляемого объема среды. Механизм перекрывания автоматического клапана приводится в движение с помощью привода, который бывает пневматическим, электрическим или гидравлическим.

Монтаж клапана на трубопроводе выполняется несколькими вариантами соединения. По способу фиксации арматуру разделяют на фланцевую, приварную, муфтовую и штуцерную. Разнообразие оборудования для регулировки давления и способов крепежа позволяет использовать клапаны при монтаже инженерных коммуникаций. Также они востребованы в газовой промышленности и применяются для контроля давления в трубопроводах на нефтеперерабатывающих предприятиях и на производстве химических веществ и продуктов питания.

Особенности конструкции и принцип действия регулирующих клапанов

Нюансы регулирующего устройства, которое применяется для контроля рабочей среды, определяются типом рабочего механизма и способом фиксации арматуры к бытовому или промышленному трубопроводу. Среднестатистический регулировочный клапан состоит из следующих элементов:

корпуса;
уплотнительного блока, который обеспечивает герметичность арматуры после установки и препятствует выходу рабочей среды;
запорного узла;
штока, соединяющего ручной или механический привод клапана с запорным механизмом;
пропускного отверстия;
деталей крепления, с помощью которых арматура для управления давлением и другими показателей закрепляется на трубопроводе.

Принцип функционирования арматуры, которая используется для контроля давления рабочей среды, заключается в уменьшении пропускного отверстия. Оно происходит с помощью запорного механизма, приходящего в движение благодаря приводу клапана. В результате объем транспортируемых продуктов уменьшается, а уровень давления падает.

При выборе арматуры, которая регулирует перемещение рабочей среды по трубам, нужно обращать внимание на следующие параметры оборудования:

условный диаметр прохода;
рабочее и пробное давление;
пропускную способность.

К важным параметрам регулирующей арматуры относятся материалы, которые необходимы для изготовления оборудования, а также вид привода.

Разновидности регулирующих клапанов

По типу затворного механизма арматура для контроля давления в трубопроводе разделяется на следующие устройства:

Седельный клапан Клеточный клапан Золотниковый клапан Мембранный клапан

Седельные. Функции рабочего элемента клапана выполняет плунжер, который по своей конструкции бывает тарельчатым, игольчатым или стержневым. Он передвигается через одно или два седла арматуры, уменьшая ее проходное сечение. Односедельные модели устанавливают на трубопроводы малого диаметра, а клапаны с двумя седлами востребованы на магистралях значительных размеров.
Клеточные. При использовании арматуры контроль и регулировка давления в трубопроводе происходят за счет затвора, который имеет форму полого цилиндра с радиальной перфорацией. Он двигается по клетке, выполняющей функции направляющего элемента и пропускного узла. Благодаря нюансам конструкции клеточные клапаны отличаются малой вибрацией и небольшим уровнем шума.
Золотниковые. Регулирование параметров транспортируемых веществ выполняется с помощью золотника, который поворачивается на определенный угол. Управление золотниковым арматурным устройством не требует больших усилий, поскольку транспортируемые жидкие и газообразные вещества почти не оказывают сопротивления при перемещении запорного механизма клапана. Однако такая арматура не в состоянии обеспечить полную герметичность, поэтому ее не следует устанавливать на магистралях высокого давления.
Мембранные. Перекрытие сечения трубопровода в арматуре такого типа происходит с помощью мембраны, изготовленной из эластичной резины или фторопласта. Чтобы избежать погрешностей при регулировании мембранные клапаны комплектуются специальными элементами, которые обеспечивают контроль положения штока. Среди преимуществ арматуры выделяют устойчивость к коррозии и агрессивным средам, что позволяет ее использовать в нефтехимической промышленности. Мембранные клапаны выпускаются с гидравлическим или пневматическим приводом, который бывает встроенным или выносным.

Востребованы при монтаже трубопроводов разного назначения и запорно-регулирующие клапаны, которые помимо изменения расхода транспортируемых веществ позволяют полностью перекрывать их циркуляцию. Функции запорного устройства в арматуре выполняет плунжер. При контакте с седлом в полном объеме он обеспечивает герметичное отсечение, а при частичном — уменьшение проходного отверстия.

Пример маркировки регулирующих клапанов

Маркировка выпускаемых регулирующих клапанов выполняется согласно ГОСТ Р 52720-2007 и таблицам фигур, в которых представлены данные об обозначениях по типу арматуры и ее конструктивным нюансам. Кроме того, в нормативной документации указаны материал, используемый для производства корпуса и уплотняющих элементов.

Пример расшифровки для 25с947нж:

первые две цифры обозначают тип арматуры: 25 — регулирующий клапан;
буква указывает материал корпуса: с — изготовлен из углеродистой стали;
при наличии трех цифр первая обозначает тип привода, а две следующих номер модели: 947 — модель 47 с электрическим приводом;
последние буквы указывают материал уплотнителей: нж — уплотнительные поверхности клапана наплавлены сталью, устойчивой к коррозии.

Регулирующий клапан 25с947нж

Если арматура для регулирования давления и расхода среды производится без направленных или вставных уплотнительных колец, то на ее корпусе или затворе это отражается в виде двух букв — «бк». В случае наличия покрытия на внутренних поверхностях клапанов оно указывается согласно последней таблице фигур.

Компания «Авангард» — главный поставщик клапанов для регулировки давления и других параметров рабочей среды на территории России. Мы предлагаем регулирующие клапаны, которые отличаются приемлемой ценой и соответствуют требованиям ГОСТ.

Регулирующий клапан – электропривод, МИМ или позиционер?

Многие задачи автоматизации технологических процессов в той или иной мере требуют плавного изменения параметров рабочей среды. Это может быть поддержание нужного расхода теплоносителя на входе в теплообменник, или заданного давления воздуха внутри рабочей камеры пневмоцилиндра для регулировки усилия прижима, или поддержание соотношения газ/воздух при подаче топлива в горелку котла и т. д. Эти и многие другие задачи требуют применения регулирующих клапанов для их решения.

1. Клапаны с электроприводом и трёхпозиционным управлением

Одним из наиболее распространённых типов регулирующих клапанов являются клапаны с электроприводом и трёхпозиционным управлением, который в народе часто называют «больше/меньше». Данный способ управления характеризуется наличием трёх состояний клапана: открывается (сигнал «больше»), закрывается (сигнал «меньше») и не изменяет состояния (оба сигнала: и «больше» и «меньше» отсутствуют).

Электроприводы с таким способом управления применяются как совместно с запорно-регулирующими клапанами (линейное перемещение рабочего органа), так и совместно с регулирующими шаровыми кранами или заслонками (поворот рабочего органа). В обои случаях принцип работы электропривода одинаковый: подача одного из сигналов «больше» или «меньше» приводит к вращению электромотора в различных направлениях, а редуктор преобразует это вращение в линейное (для клапанов) или поворотное (для кранов) движение. При этом необходимость обеспечения высокого выходного момента заставляет использовать редукторы с большим передаточным отношением, что приводит к уменьшению скорости работы привода.

Время полного хода регулирующих клапанов с электроприводом составляет, как правило, от нескольких десятков до нескольких сотен секунд. Для многих медленно протекающих процессов быстродействие не является критичным и на первый план при выборе выходят цена и общая надёжность конструкции. Примером таких процессов может служить задача поддержания температуры в контурах отопления или горячего водоснабжения в индивидуальных тепловых пунктах (ИТП).

2. Клапаны с мембранным исполнительным механизмом (МИМ)

Использование клапанов с электроприводом и управлением «больше/меньше» требует применения специальных регуляторов. Однако, данные регуляторы не являются редкостью, а их настройка не вызывает больших трудностей, так что этот факт следует отнести скорее к особенностям таких клапанов, а не к их недостаткам.

Впрочем, некоторые процессы для качественного управления требуют быстродействующих клапанов со временем полного хода не более нескольких секунд. Примерами таких процессов могут служить пастеризационно-охладительные установки (ПОУ) или уже упоминаемый процесс поддержания оптимального соотношения газ/воздух. Для решения этих задач используют клапаны с пропорциональным способом управления и одними из наиболее распространённых клапанов такого типа являются клапаны с мембранным исполнительным механизмом (МИМ).

Рисунок 3 — ЭПП ASCO Sentronic LP

В качестве входного сигнала управления, определяющего положение рабочего органа клапана чаще всего выступает унифицированный пневматический сигнал 20…100 кПа. При этом для подключения к электронной системе автоматики используют специальные электропневмопреобразователи (ЭПП). С помощью этих устройств унифицированный электрический сигнал 4…20 мА или 0…10 В преобразуется в пневматический сигнал управления 20…100 кПа.

Клапаны с МИМ совместно с ЭПП имеют на порядок большее быстродействие по сравнению с клапанами с электроприводом, что позволяет обеспечивать большую точность в динамическом режиме работы. Однако, такой подход при построении системы управления несёт в себе одну скрытую угрозу.

Дело в том что в цепи управления присутствует преобразование без обратной связи (ЭПП ➝ МИМ ➝ процент открытия клапана) и на обоих этапах этого преобразования возможны нелинейности, вызывающие уменьшение динамической точности. Таким образом одна и та же величина сигнала управления генерируемая регулятором может приводить к различному проценту открытия клапана и, как следствие, к отличающемуся от ожидаемого воздействию на объект управления.

Рисунок 4 — Схема контура регулирования при ипользовании клапана с МИМ и ЭПП

Неточная передача управляющих воздействий на объект управления связана с естественными отклонениями реальных устройств от их идеального представления. Эти отклонения присущи любым устройствам, хотя разные модели разных производителей могут иметь различную величину данных отклонений. Применительно к пропорциональным клапанам отклонение реальных устройств от их идеальных моделей обычно характеризуют четырьмя параметрами: линейность, чувствительность, гистерезис и повторяемость.

Линейность

Характеризует отклонение реального положения рабочего органа клапана от расчётного, соответствующего текущему уровню входного сигнала. Идеальная зависимость между управляющим сигналом и положением рабочего органа клапана представляет из себя прямую линию. Однако, фактическое положение может отличаться от расчётного по ряду причин. Максимальное отклонение фактического положения от расчётного выражают в процентах и называют линейностью (или нелинейностью). На рисунке 5 характеристика идеального клапана показана чёрной линией, а реального зелёной. Для клапанов с трёхпозиционным управлением значение линейности не указывают, т. к. однозначная зависимость между сигналами управления и положением рабочего органа клапана отсутствует.

Чувствительность

Если придерживаться формального подхода, определяет минимально возможное перемещение рабочего органа клапана. Выражается в процентах от общего перемещения. Чем меньше значение чувствительности, тем более незначительные изменения управляющего сигнала может отработать регулирующий клапан. Однако, не следует забывать что частые перемещения рабочего органа на малые расстояния приводят к повышенному износу и сокращают срок службы клапана. Поэтому, чаще всего, чувствительность клапана обозначает максимально возможную точность остановки рабочего органа в требуемом положении, а для того что-бы избежать микроперемещений при работе клапана в устройстве управления Рисунок 6 – Чувствительность вводится зона нечувствительности, превышающая чувствительность клапана и предотвращающая повышенный износ.

Гистериз

Под гистерезисом регулирующих клапанов понимают разность положений рабочего органа, которые он занимает при одной и той-же величине управляющего сигнала но при движении в разных направлениях – при закрытии и открытии. Наибольшее влияние на процесс регулирования гистерезис оказывает при изменении направления движения рабочего органа. Допустим, система управления открывает клапан. При этом рабочий орган движется по нижней кривой от точки 0 до точки 1. Если в этот момент требуется изменить направление движения, система управления уменьшает величину входного сигнала, однако, положение рабочего органа клапана не изменится до тех пор пока не будет достигнута точка 2.

Рисунок 5 — Линейность

Рисунок 6 — Чувствительность

Рисунок 7 — Гистериз

Высококачественные клапаны имеют небольшой гистерезис, 1…2%, который не оказывает существенного влияния на процесс управления. Однако, гистерезис некоторых типов регулирующих клапанов может достигать 10…15%, что заставляет инженеров внедрять в систему управления дополнительные устройства или программные модули для компенсации влияния гистерезиса. В процессе эксплуатации, значение гистерезиса клапана может сильно увеличиваться вследствие износа. При критическом увеличении гистерезиса его называют люфтом.

Повторяемость это способность рабочего органа клапана занимать одинаковые положения при многократной подаче на него одинаковых входных сигналов. В отличии от измерительных приборов для клапанов значение повторяемости, обычно не является критичным, т. к. повторяемости почти любого современного клапана оказывается достаточно высокой чтобы не оказывать сколько-нибудь существенного влияния на процесс регулирования. Все эти отклонения возникают в разомкнутой части системы управления (ЭПП ➝ МИМ ➝ процент открытия клапана) и их качественная компенсация без введения обратной связи является сложным процессом, требующим применения нетрадиционных регуляторов и длительной настройки на этапе пусконаладочных работ.

В связи с высокой сложностью компенсации нелинейностей в цепи управления при использовании клапанов с МИМ и ЭПП от неё часто отказываются. При этом оценить точность системы управления в динамическом режиме работы становится практически невозможно и при построении системы приходится опираться на личный опыт проектировщиков, а представления о применимости тех или иных клапанов для решения поставленных задач формируются исходя из успехов (или неудач) уже реализованных проектов. Избежать неясностей при построении подобных систем управления позволяет введение в цепь управления обратной связи по положению штока клапана с формированием второго, стабилизирующего, контура. В качестве регулятора в этом контуре используется позиционер.

Рисунок 8 — Схема контура регулирования при спользовании клапана с позиционером

3. Позиционер управления клапаном

Это устройство которое полностью берёт на себя функцию управления клапаном. Примером может служить позиционер ASCO 60566318, который устанавливается на все регулирующие клапаны серий E290(резьбовой), S290(приварной) и T290(фланцевый). После установки позиционера на клапан запускается процедура инициализации, в процессе которой позиционер в автоматическом режиме собирает всю необходимую информацию о клапане и настраивает встроенный регулятор таким образом чтобы обеспечить оптимальное управление. После завершения инициализации из системы управления достаточно подать на позиционер пропорциональный сигнал с требуемым процентом открытия клапана, а позиционер приведёт клапан в нужное положение.

Рисунок 10 — Регулирующий клапан ASCO с позиционером

Использование клапанов с позиционером позволяет скомпенсировать нелинейности на этапах преобразования пропорционального электрического сигнала от регулятора в процент открытия клапана. Благодаря этому можно почти полностью отказаться от сложной процедуры ручной настройки регуляторов, управляющих пропорциональными клапанами.

Клапан с позиционером уже имеет в своём составе замкнутый контур управления с оптимально настроенным регулятором, среди прочего в автоматическом режиме компенсирующим гистерезис и нелинейность клапана. Таким образом время пусконаладочных работ сокращается до минимума, а расчёт точности упрощается и представляет из себя один параметр – зону нечувствительности встроенного в позиционер регулятора.

Для регулирующих клапанов ASCO с позиционером заводское значение зоны нечувствительности составляет 1%. Инженерам-проектировщикам следует, однако, помнить что даже такие высокие показатели точности не гарантируют высококачественного регулирования в случае неправильно выбранного регулирующего клапана. Так, например, часто встречающейся ошибкой при проектировании систем является выбор регулирующего клапана по диаметру трубопровода на котором он устанавливается.

При таком подходе реальный расход среды через регулирующий клапан может оказаться существенно ниже номинального расхода, а значит и показатели качества процесса регулирования ухудшатся в несколько раз. Поэтому при высоких требованиях к точности регулирования следует уделить особое внимание выбору клапана с коэффициентом расхода Kv соответствующим проектируемой системе.

4. Выводы

На современном рынке технических средств автоматизации представлено большое количество различных регулирующих клапанов. Наиболее распространёнными являются три типа: клапаны с электроприводом с трёхпозиционным способом управления («больше/меньше»), клапаны с МИМ и ЭПП, клапаны с позиционером. Преимущества и недостатки каждого из них можно резюмировать следующим образом.

Запорно-регулирующая арматура. Принцип действия.

Запорно-регулирующая арматура используется для контроля потока среды на объектах промышленного производства, и бытовых системах жизнедеятельности. Магистральные трубопроводы, месторождения нефти и газа и заводы по их переработке, сталеплавильные и химические предприятия, очистные сооружения и городской водопровод – вот лишь небольшая часть предприятий, где требуется огромное количество запорно-регулирующей арматуры.

Существует множество типов и модификаций запорно-регулирующей арматуры. Мы рассмотрим принцип действия наиболее распространенных типов изделий, таких как шаровые краны, дисковые поворотные затворы, шиберные задвижки, запорные клапаны и мембранные клапаны.

Принцип действия всех вышеперечисленных типов запорной арматуры примерно одинаков. Все эти устройства либо ограничивают поток среды (воздуха, жидкостей, пара, газа, сыпучих тел), либо полностью перекрывает его. Различаются лишь элементы конструкции типов запорной арматуры, (мембрана, диск, шар) с помощью которых и происходит перекрытие потока.

Принцип действия шарового крана.

Шаровый кран – один из самых надежных элементов запорной арматуры. Краны такого типа обеспечивают очень хорошую возможность полного перекрытия потока, в случае поворота запорного элемента на четверть оборота (90°). К достоинствам шарового крана следует также отнести низкое время закрытия, и низкую вероятность протечки, в случае износа уплотнения

Шаровые краны можно разделить на неполнопроходные, и полнопроходные. Неполнопроходной кран в открытом состоянии имеет диаметр прохода меньший, чем диаметр трубопровода, полнопроходный кран имеет диаметр прохода равный диаметру трубопровода. Полнопроходный шаровый кран более эффективен, т.к. позволяет свести к минимуму падение давления в клапане.

Шаровые краны рекомендуются только для использования в полностью открытом, или полностью закрытом положении. Они не приспособлены для точного регулирования потока, или функционирования в частично открытом положении, так как создается избыточное давление на часть корпуса, что может привести к его деформированию. Деформирование корпуса приводит к протечкам и поломкам.

Принцип действия дискового поворотного затвора

В положении «открыто»

Шаг 1

Шаг 2

В положении «закрыто»

Дисковый поворотный затвор регулирует поток при помощи специального элемента – диска, закреплённого на валу, и поворачивающегося вокруг своей оси. Также, как и шаровый кран, дисковый затвор способен осуществить перекрытие за достаточно короткое время, так как диск осуществляет такой же оборот на 90 °, из-за чего этот затвор называют также четверть-оборотным.

В зависимости от положения диска и вала относительно корпуса, дисковые затворы могут быть трехэксцентриковыми и двухэксцентриковыми. Затвор со смещенным эксцентриситетом означает, что ось диска смещена относительно геометрической оси корпуса, что обеспечивает более плотное прилегание диска к уплотнению затвора, а следовательно – исключает протечки.

Дисковые поворотные затворы характеризуются простотой конструкции, легкостью веса, и компактными размерами. Но материалы, используемые при производстве затворов, могут ограничить их применение при очень высоких температурах, или крайне агрессивных средах. В основном это касается уплотнений затвора, изготовляемых из полимерных материалов.

Принцип действия запорно-регулирующего клапана

В положении «открыто»

Шаг 1

Шаг 2

В положении «Закрыто»

Запорно-регулирующий клапан подходит для использования на различных технологических объектах, исключая лишь трубопроводы больших диаметров, для контроля и регуляции потока среды.

Принцип действия клапанов не сильно отличается от принципа действия прочей запорно-регулирующей арматуры. Достоинства этих клапанов состоят в малом ходе затвора для полного открытия, соответственно такой клапан обычно имеет малые габариты и приемлемую массу. Также клапан обладает высокой герметичностью, и отсутствием трения уплотнения затвора о седло, что значительно сокращает их износ.

Недостатки подобного типа клапанов заключаются в сильном гидравлическом сопротивлении, и, соответственно, в больших потерях энергии, ограничении максимального диаметра трубопроводов, на которые их можно установить, а также в существовании застойных зон (по причине S-образного внутреннего сечения), где могут накапливаться примеси и мусор.

Принцип работы шиберной задвижки

В положении «открыто»

Шаг 1

Шаг 2

В положении «закрыто»

Конструкция шиберной задвижки напоминает шлюз — поток регулируется путем его разделения при помощи металлической пластины – шибера. Шиберная задвижка – одно из наиболее простых приспособлений для регуляции потока.

Шиберные задвижки, в зависимости от конструкции запирающего элемента могут быть межфланцевыми, двусторонними и ножевыми.

К достоинствам шиберной задвижки следует отнести то, что этот тип задвижек в открытом состоянии не содержит никаких элементов, препятствующих потоку.

Принцип действия мембранного клапана

В положении «открыто»

Шаг 1

Шаг 2

В положении «закрыто»

Мембранные клапаны используют в качестве запорного элемента гибкую мембрану (диафрагму) метод «щипать», чтобы остановить поток клапана, используя гибкую мембрану.

Одним из преимуществ мембранного клапана является то, что компоненты самого клапана отделены от потока среды, что в случае агрессивных сред увеличивает срок службы клапана, при условии регулярного обслуживания и своевременной замены мембраны.

Эти типы клапанов, как правило, не подходит для агрессивных сред, и сред с высокими температурами, в основном, они применяются для водопроводных систем.

Ниже представлено видео, в котором наглядно показан принцип работы трехэксцентрикового дискового затвора

Barkkda › Блог › Принцип работы-клапан регулировки давления картерных газов.Симптомы

Выискивая свой баг подтряхивания двигателя пришлось изучить массу информации и подтянуть мат.часть. Делюсь информацией:
После продолжительных танцев с бубном вокруг не ровно работающего двигателя, обнаружив некоторые схожие ситуации у автолюбителей, узнав об их решении проблем, понял, что у меня проблема идентична.
У кого то :
плохо заводится,
не ровно работает,
тупит,
шипит-свистит из отверстия в клапанной крышке,
присасывает масляный щуп и масло-заливную крышку так, что тяжко ее открутить на заведенную,
обороты скачут, особенно когда открыв крышку маслозалива ее закрываешь,
глохнет двс,
пропуски зажигания(моргает чек),
не правильное образование смеси,
появление нагара на свечах,
выход из строя свечеи зажигания и модуля зажигания,
жор масла,
сопливая трубка внутри от дросселя до вент.отверстия крышки клапанов,
выход из строя лямбды, катализатора,
появление износа в трущихся частях двс из за термо воздействия, из за масляного голодания,
запах не сгоревшего топлива из выхлопа,
белый дым из выхлопа даже летом(не проблема с головкойпрокладкой или антифризом).
Лично у меня я замечал только неровности в работе и в запуске
Нужна замена клапанной крышки.Это не бюджетно! Есть выход: снятие крышки, снятие клапана, замена отдельно мембраны кк. Не дорого и можно быстро, своими руками. Оригинальный артикул HR55564395A,
есть аналоги: арт. 20546 и др.
Я решил заказать силиконовую, масло-бензо-жаро стойкую мембрану Российского производителя под арт 20546.
Не реклама, тк не знаю отзывов и качества, но цена в 330-400рублей подкупает, да и вечного ничего нет.
Пока жду заказ.
А теперь о принципах работы этого кдкг.:
С развитием двигателестроения постоянно развивалась система вентиляции картерных газов. Начиная с трубки под машину и заканчивая продвинутыми системами с клапаном давления и масло-отделителями различного типа смонтированными в клапанную крышку. Но почему мы мучаемся с КВКГ а владельцы предыдущих авто не знали таких проблем. Частично это связано с тем что это были первые попытки автоматизировать систему и уменьшить потребление масла на авто. Но как говорится первый блин всегда комом. Инженеры не могли знать как поведет этот клапан при очень длительной эксплуатации и поэтому запрятали его в самые дебри мотора. Сравните как устроены современные системы, как организован доступ к мембране, и сколько стоит замена.

Чтобы понять в чем принципиальное отличие систем до и после нужно разобраться как работает этот клапан.

Принцип действия:
При неработающем двигателе клапан регулировки давления открыт (состояние А). На обе стороны мембраны действует давление окружающей среды, т. е. мембрана полностью открыта под действием пружины.
При запуске двигателя нарастает разрежение во впускном коллекторе и клапан регулировки давления закрывается (состояние В). Это состояние всегда сохраняется на холостом ходу или при движении накатом, т. к. при этом картерные газы отсутствуют. На внутреннюю сторону мембраны, таким образом, действует большое относительное разрежение (относительно давления окружающей среды). При этом давление окружающей среды, которое действует на внешнюю сторону мембраны, закрывает клапан против усилия пружины. При нагрузке и вращении коленвала появляются картерные газы. Картерные газы уменьшают относительное разрежение, которое действует на мембрану. Вследствие этого пружина может открыть клапан, и картерные газы уходят. Клапан остается открытым до тех пор, пока не установится равновесие между давлением окружающей среды и разрежением в картере плюс усилие пружины (состояние С). Чем больше выделяется картерных газов, тем меньше становится относительное разрежение, действующее на внутреннюю сторону мембраны, и тем больше открывается клапан регулировки давления. Тем самым в картере поддерживается определенное разрежение (ок. 15 мбар).
Смысл клапана закрываться на холостых оборотах и при движении накатом, т.к. разряжение в коллекторе большое и оно засасывает масло вместе с картерными газами если клапан не закроется. Вот от этого и начинается чрезмерный жор масла, загаживание впускных клапанов коксом и т.д.
НО! Как раньше столько лет обходились без этого клапана? ВОТ ТУТ САМОЕ ВАЖНОЕ на старых системах тоже был клапан! Его функцию выполняла дроссельная заслонка, а шланг вентиляции соединялся с впускным коллектором до дроссельной заслонки! Соответственно на холостом дроссель закрыт и картерные газы не засасывает практически и масло кстати тоже, а вот на открытом дросселе все нормально засасывало.
Что то не давало покоя инженерам-разработчикам моторов и они пытаясь усовершенствовать все подряд переложили функцию регулирования с металлической заслонки дросселя на пружину и резиновую мембрану.

Если бы инженеры не стали городить этот клапан, а просто добавили масло-отделитель, то про него так часто не вспоминали как про КВКГ.
В новых двигателях инженеры осознали ошибку, и перенесли весь узел в клапанную крышку, где он перестал замерзать, и так сильно забиваться коксом. Мембрана меняется и продается отдельно. И самое, пожалуй главное, они поняли что масло-отделитель не совсем хорошо справляется со своей задачей и дополнили центробежный отделитель сетчатым.

Хотите чтоб впускной коллектор был в масле? А впускные клапана в нагаре?
Что делать?!

Вариант первый:
Сделать как на тазах выхлоп газов в атмосферу, впускной коллектор заглушить.
Плюсы:
Нулевое попадание масла во впускной коллектор!
Не придется больше лазить к клапану, если только к трубкам слива масла.
Минусы: Экология. Возможно газы будут попадать в салон.

Второй вариант: Постоянно лазить и менять клапан, чистить впускной и клапана.
+
все оригинально и как должно быть
—
надо менять периодически,
стоит денег,
засерает впускной коллектор маслом

Третий вариант:
Убрать мембрану, закупорить отверстие подвода атмосферного воздуха на клапане. Установить дополнительный сетчатый сепаратор масла и вывести картерные газы после дроссельной заслонки.
+
Никогда не порвется мембрана (т.е. не будет подсоса воздуха и жора масла из-за КВКГ)
Меньше масла будет попадать во впускной.
экология
—
надо врезаться после дросселя,
если поставить это чудо до дросселя, будет масло засасывать в клапан холостого хода, тогда появиться новая беда которую надо будет снимать каждые 20-40ткм и чистить, если не менять.А это ровно та же процедура по снятию впуска 😉

Общая информация по картерным газам: www.madi-auto.ru/articles/55.html
Статья по дизелям, но все применимо.
Вентиляция картера

При работе двигатели в полости картера образуются картерные газы Их необходимо отводить для предотвращения просачивания масла в местах уплотняемых поверхностей под действием избыточного давления. Соединение с трубопроводом чистого воздуха, в котором имеет место более низкое давление, обеспечивает вентиляцию. В современных двигателях осуществляется регулировка системы вентиляции с помощью клапана регулировки давления. Масло-отделитель очищает картерные газы от масла, и оно возвращается через отводящий трубопровод в масляный поддон.

Общие замечания
Когда двигатель работает, картерные газы попадают из цилиндра в полость картера вследствие разности давления.
Картерные газы содержат не сгоревшее топливо и все компоненты отработавших газов. В полости картера они смешиваются с моторным маслом, которое присутствует там в виде масляного тумана.
Количество картерных газов зависит от нагрузки. В полости картера возникает избыточное давление, которое зависит от движения поршня и от частоты вращения коленвала. Это избыточное давление устанавливается во всех связанных с полостью картера скрытых полостях (например, сливной маслопровод, картер привода газораспределительного механизма и т. п.) и может привести к просачиванию масла в местах уплотнения.
Для предотвращения этого была разработана система вентиляции картера. Сначала картерные газы в смеси с моторным маслом просто выбрасывались в атмосферу. Из соображений охраны окружающей среды уже давно используются системы вентиляции картера.
Система вентиляции картера отводит отделенные от моторного масла картерные газы во впускной коллектор, а капли моторного масла — через маслоотводящую трубку в масляный поддон. Кроме того, система вентиляции картера заботится о том, чтобы в картере не возникало избыточное давление.

голоса

Рейтинг статьи

Читать еще: Дело техники: почему гудит холодильник