Polohovač ventilů: Co to je, funguje, typ, nutnost a často kladené otázky

Polohovač ventilů je jedním z nejrozšířenějších regulační ventil příslušenství v různých průmyslových odvětvích.

K regulaci rychlosti proudění plynu a kapaliny se používá velké množství ventilů v ropných a chemických závodech, stejně jako v potravinářských, farmaceutických a ocelářských závodech. Každý ventil je spojen s polohovacím zařízením, které řídí polohu ventilu podle příkazu z řídicího systému.

Co je polohovač ventilů?

Valve Positioner je zařízení instalované s regulačním ventilem pro získání přesné a rychlé kontroly nad průtokem, pro snížení třecího účinku a stabilní polohu ventilu i při kolísání tlaku.

Polohovač ventilů, Zdroj obrázku: kaskádová automatizace

Použití polohovače ventilu s a regulační ventil je nezbytné získat přesné a rychlé ovládání bez jakékoli hystereze. Ovladač posílá přímý vstupní signál do polohovače místo do akčního členu. Řídicí signál aplikovaný na polohovač ovládá dřík ovladače prostřednictvím mechanismu klapky trysky.

Polohovač ventilů, Zdroj obrázku: svět chemického inženýrství

Ventily jsou důležitou součástí každého průmyslového odvětví, které je instalováno na potrubí pro řízení průtoku plynů a kapalin. Podle kapacity závodu jsou zapotřebí stovky a tisíce ventilů. Správná kontrola otevírání a zavírání a nastavení stupně otevření těchto ventilů je zásadní. Pro získání správné polohy vřetene nebo hřídele, jak je nastaveno řídicím systémem, se široce používají polohovače ventilů, takže v závislosti na vstupu z ovladače mohou upravit tlak vzduchu do membrány pohonu, aby se udržela správná poloha vřetene ventilu.

Kde se nachází polohovač ventilů?

Polohovače ventilů jsou instalovány s regulačním ventilem pro regulaci polohy ventilu v závislosti na předem určených datech pro procesní proměnnou, kterou může být průtok, tlak nebo teplota.

Podle typu pohonu ventilu je určena poloha polohovače ventilu. Normálně je umístění polohovadla v případě pneumatického pohonu pro lineární regulační ventil žloutkový nebo horní kryt. U otočného regulačního ventilu je polohovač umístěn blízko konce hřídele.

Ať už rotační nebo lineární, v obou typech regulační ventil, polohovadlo sedí a pohybuje se spolu s dříkem ventilu. Měří dráhu dráhy u lineárního ventilu a stupeň otáčení u rotačních ventilů a řídí ventil podle bodů nastavených regulátorem.

Umístění polohovače ventilu, zdroj obrázku: přístrojové nástroje

Jaká je nutnost polohovadla ventilů?

Polohovač ventilu pomáhá regulačnímu ventilu rychle reagovat na změny procesní proměnné. Jsou výhodné pro systém, kde jsou výkyvy hlavní překážkou účinnosti a kvality.

Nezbytnosti polohovače ventilů jsou vysvětleny níže:

• Rychlost: Polohovač ventilů minimalizuje dobu odezvy systému, ať už pracuje nad nebo pod nastavenou hodnotou
• Přesnost: Polohovač poskytuje lepší rozlišení a větší přesnost, než může poskytnout aktuátor sám o sobě. Regulátor odesílá vstupní signál přímo do polohovače ventilu. Mechanismus zpětné vazby poskytnutý v pozicionéru umožňuje křížovou kontrolu polohy ventilu a přenastavení požadavku na vzduch/tlaku pro přemístění dříku podle signálu poskytnutého ovladačem. Snížení tření: Snižuje třecí účinek ucpávky vřetene ventilu, zvláště výhodné pro vysokoteplotní ucpávkové materiály, jako je grafit.
• Rozsah: Polohovače ventilů také pomáhají ovládat široký rozsah škrcení.
• Rozdělení rozsahu: Pomocí polohovače ventilů můžeme bez chyby použít dva ventily s jedním ovladačem (4-12 mA a 12-20 mA).
• Tření sedla: Pomáhá překonat tření sedla v případě rotačního ventilu.
• Zvýšená flexibilita: Použitím aktuátoru ventilu Positioner je umožněno čelit vysokému tlaku přiváděného vzduchu do zařízení.
• Flexibilní konfigurace: Použití polohovadla odstraňuje omezení vzdálenosti mezi řídicí jednotkou a řídicím ventilem, protože řídicí signál lze odeslat elektronicky a převést na pneumatický signál ve vstupním bodě polohovadla. Na druhou stranu, pokud je aktuátor ovládán pneumaticky na velkou vzdálenost, ovládání se stává nevyzpytatelným.

Typy polohovačů ventilů

Polohovač ventilů může přijímat nebo vysílat jak elektrický, tak pneumatický signál. Klasifikace polohovače ventilů je založena na typu signálu, který může přijímat a vysílat, nebo na kombinaci obou. 

Různé typy polohovačů ventilů jsou:

• Polohovač pneumatického ventilu: Tento typ polohovače získává pneumatický signál z ovladače a také přenáší pneumatický signál do pohonu. Poskytují vysoký tlak vzduchu pro změnu polohy pohonu a jsou zcela bezpečné pro použití.
• Elektrické polohovače ventilů: Přenášejí a přijímají elektrické signály.
• Elektropneumatické regulátory polohy ventilů: Také známé jako „analogové regulátory polohy“, protože přijímaný elektrický vstup je ve formě analogových signálů. Elektrický signál je přiváděn z ovladače, ale na oplátku Positioner dodává odpovídající pneumatický signál do pneumatického pohonu ventilu.
• Digitální nebo „chytré“ polohovače ventilů: Lidově známé jako „polohovače inteligentních ventilů“. Tento typ polohovadel používá mikroprocesor k ovládání pohonu ventilu a záznamu a sledování dat. Elektrický vstup je ve formě digitálního signálu a odpovídající výstup je pneumatický signál.

Princip činnosti polohovače ventilů

Pneumatický polohovač ventilu je mechanické zařízení používané k jemnému doladění pohybu dříku regulačního ventilu.

Pneumatický polohovač je vybaven zpětnovazebním mechanismem pro přesnou identifikaci regulační ventil polohu stonku a porovnává ji se vstupním signálem. Na základě zpětnovazebního signálu polohovací regulátor mění přívod vzduchu do dříku pohonu, aby uvedl vřeteno do polohy určené signálem vyslaným do polohovače z ovladače. 

Existují dvě filozofie, jak je polohovadlo implementováno. Jedním z nich je, kde se vzduch používá k otevření dříku ventilu, a druhým je, kdy se vzduch používá k uzavření dříku ventilu. Níže uvedený popis mechanismu je pro druhý případ, tj. vzduch se používá k uzavření dříku ventilu. To se také nazývá přímo působící polohovač ventilu.

Přímo působící polohovač ventilu, obrazový kredit: přístrojové nástroje

Polohovač se normálně montuje do žloutku nebo sloupků pohonu. Je provozován vstupním tlakem vzduchu 3-15 psi (0.2 bar až 1.1 bar); jak je poskytován signál z ovladače pro otevření dříku ventilu, zvyšuje se vstupní tlak vzduchu do vstupního nástroje. Vstupní tlak působí na vstupní signální membránu, která pohání membránu spolu s připojovacím dříkem klapky. Připojovací dřík klapky otevírá přívodní klapku a umožňuje přiváděnému vzduchu působit na membránu vřetene pohonu.

Během této doby je výfuková klapka v zavřené poloze, protože spojovací dřík klapky je vychýlen doprava. Jak se tlak vzduchu zvyšuje, tlačí dřík ventilu dolů. Jak je znázorněno na obrázku výše, páka polohovače se pohybuje ve směru hodinových ručiček, když dřík ventilu klesá.

Díky tomuto otáčení páky polohovače ve směru hodinových ručiček je rozsahová pružina stlačena vačkou. Jakmile vřeteno ventilu dosáhne polohy podle nastavené hodnoty poskytnuté ovladačem, rozsahová pružina vyvine vyvažovací sílu a uzavře klapku výfuku i přívodu a je dosaženo požadované regulační činnosti.

Na druhou stranu, pokud regulátor vyšle signál k otevření ventilu, signální tlak se sníží. S poklesem signálního tlaku síla z rozsahové pružiny tlačí dřík klapky směrem doleva. V důsledku toho se otevře výfuková klapka. Síla působící na membránu ovladače se také snižuje a způsobuje pohyb dříku ventilu směrem nahoru, dokud není dosaženo rovnováhy sil.