1.     Wstęp.

   Zawory regulujące stosowane są w większości przypadków, w których występują duże wymagania w zakresie ciśnień nominalnych i spadków ciśnienia, dokładności regulacji i różnorodności charakterystyk oraz szczelności zamknięcia.

Przepustnice regulujące zalecane są dla dużych średnic rurociągów, przy niskich ciśnieniach i małej dokładności regulacji.

Problem wyboru rozwiązania konstrukcyjnego ma miejsce jedynie             w przypadku zaworów przelotowych. Zawory te dzielą się następująco:

-  Zawory o konstrukcji odwracalnej – jednogniazdowe i dwugniazdowe;

-  Zawory o konstrukcji nieodwracalnej – jednogniazdowe.

Konstrukcja odwracalna umożliwia uzyskanie zmiany działania zaworu (wzrost sygnału pneumatycznego zamyka lub otwiera zawór) jedynie         w wyniku innego montażu zaworu przy tym samym siłowniku.

2.     Współczynnik przepływu KV.

Do wyznaczania wymiarów zaworu stosowana jest metoda tzw współczynnika wymiarowego Kv. Współczynnik Kv wynika z równania przepływu cieczy przez opór hydrauliczny, jaki stanowi zawór. Występujący na zaworze spadek ciśnienia Dpv przy przepływie burzliwym jest równy: Dpv =x(r/2)*w2

Strumień objętościowy Q przepływający przez zawór: Q=Aw;

A-    Pole przekroju przepływowego przez zawór

x-    współczynnik oporu przepływu

Przy przepływie wody ( r=1g/cm3) i spadku ciśnienia Dpv = 1kg/cm2 wsp Kv liczbowo był równy strumieniowi objętościowemu wody w m3/h. Wsp. Kv jest równy strumieniowi objętościowemu w m3/h cieczy o gęstości r=1000 kg/m3, przepływającej przez zawór przy spadku ciśnienia              w zaworze o zaworze 0,1 MPa i ustalonym skoku u grzybka

;

;

pvo=0,1 MPa; ro =1000 kg/m3 ;Dpv – rzeczywisty spadek ciśnienia na zaworze w MPa; ·- rzeczywista gęstość cieczy przepływająca przez zawór w kg/cm2

Ze wzoru wynika, że wsp Kv uwzględnia zarówno pole przekroju przepływowego A, przepływu x. Współczynnik ten zależy od kształtu zaworu i grzybka oraz od chropowatości ścianek. Zależność Kv =f(A) jest wyznaczana doświadczalnie. Szczególnie ważną rolę przy doborze zaworu spełnia współczynnik Kv max odpowiadający całkowitemu otwarciu zaworów. Wsp. ten charakteryzuje minimalny opór hydrauliczny zaworu. Znajomość Kv max zdanych z katalogu wytwórcy zaworów pozwala określić średnice nominalną zaworu.

3.     Rodzaje charakterystyk zaworu.

   Dla zaworu i przepustnic można wyróżnić następujące charakterystyki :         a) otwarcia zaworu A=f(u) (charakterystyka konstrukcyjna) jest to zależność pola powierzchni przekroju przepływowego A od przesunięcia    h grzybka zaworu.

b) przepływowa (wewnętrzna) zaworu kv=f(h); charakterystyka ta podaje zależność między współczynnikiem przepływu kv a przesunięciem u grzyba zaworu. Jest to charakterystyka statyczna zaworu określająca jego własności nastawcze.

c) robocza zaworu Q=f(h); charakterystyka ta podaje zależność natężenia przepływu płynu w warunkach pracy zaworu, w instalacji zależna od przesunięcia h grzybka zaworu. W praktyce przyjmuje się, że charakterystyki otwarcia i przepływowe zaworu są tego samego kształtu. Oznacza to, że współczynnik, kv zmienia się analogicznie jak pole przekroju przepływowego A w funkcji przesunięcia grzybka h. Wystarczy, więc przy znanej charakterystyce otwarcia, którą można na ogół wyznaczyć obliczeniowo, z wymiarów grzyba i gniazda znaleźć doświadczalnie tylko jedną wartość współczynnika kv, by mieć całą charakterystykę przepływową zaworu. Zwykle jest to wartość kvmax przy maksymalnym otwarciu zaworu.

ad.a) charakterystyka otwarcia zaworu jest zależna od kształtu i wymiarów grzybka. W praktyce stosowane są dwa podstawowe typy charakterystyk otwarcia zaworów używanych do płynnej regulacji strumienia: stałoprocentowa (logarytmiczna) i liniowa. W zaworach przeznaczonych do sterowania typu zamknięte-otwarte stosowane są tzw. grzybki szybkootwierające. Zawór taki służy do regulacji dwupołożeniowej a jego charakterystyka nazywana jest przekaźnikową 9szybko zamykająca).

   Charakterystyki otwarcia zaworu: 1-liniowego, 2,3-stałoprocentowego 4-szybko otwierającego (zamykającego). Charakterystyka wewnętrzna ma taki sam kształt jak charakterystyka otwarcia. Można, więc te charakterystyki traktować również jako wewnętrzne (oś rzędnych               w wartościach względnych wsp. przepływu).

   Z obserwacji charakterystyk wynika, że w zaworze o liniowej charakterystyce otwarcia pole przepływu A jest proporcjonalne do przesunięcia wrzeciona h. W zaworze o charakterystyce otwarcia stałoprocentowej przyrost pola przepływu ΔA jest proporcjonalny do iloczynu przyrostu przesunięcia wrzeciona Δh i pola przepływu istniejącego przed zmiana. Nazwa „charakterystyka stałoprocentowa” pochodzi stąd, że względna zmiana pola przepływu występująca przy określonej zmianie położenia wrzeciona, np. o 2% zakresu powoduje taką samą procentową zmianę pola przepływu A, np. o 8% niezależnie od tego czy stopień otwarcia zaworu jest duży czy mały. Charakterystykę stałoprocentową wyraża się wzorami: -stały wsp. charakterystyczny dla danego zaworu dla całkowitego zamknięcia (h=0) zwykle =50. Cechy zaworów o charakterystyce otwarcia stałoprocentowej: - wzmocnienie zaworu zwiększa się wraz ze zwiększeniem stopnia otwarcia zaworu, – teoretycznie zawory te nie zamykają się szczelnie. Najmniejszą wartość pola przepływu.

ad.c) Mając ch – kę wewnętrzną można wyznaczyć ch – kę roboczą, czyli zależność między przesunięciem wrzeciona zaworu, a strumieniem przez zawór w danej instalacji. Warunki pracy zaworu wmontowanego w danej instalacji mogą być scharakteryzowane przy mijaniu parametru. Δpo – spadek ciśnienia w zaworze całkowicie otwartym. Charakterystyki robocze zaworów zależne są od wsp. c.

   Charakterystyki robocze zaworów stałoprocentowych są bardziej zbliżone do prostoliniowych niż ch – ki zaworów liniowych. Dotyczy to szczególnie zaworów pracujących w warunkach, w których wartość parametru c nie przekracza 0,5.

4. Pozycjoner typu dźwigniowego IP 300

Rys.1.  Pozycjoner typu dźwigniowego IP300

Budowa:

1.   Siłownik

2.   Trzon zaworu

1.     Dźwignia sprzężenia zwrotnego

2.     Sprężyna sprzężenia zwrotnego

3.     Komora stałego ciśnienia

4.     Zawór pilotujący

5.     Suwak

6.     Dźwignia

7.     Sworzeń dźwigni

8.     Szpilka dźwigni

9.     Przesłona

10. Komora wejściowa

11. Zawór obejścia

Oznaczenie kolorów:

                               Sygnał zasilający 1 dostarczone do zespołu membran

              Sygnał zasilający 2 membrane siłownika po przejściu  

                               suwaka w prawo otwiera zawór (6)

              Sygnał sterujący, po przejściu zaworu obejściowego

                               zasila komorę wejściową

              Sygnał oznaczony tym kolorem oznacza odpowietrzenie

                              zaworu

5.   Opis działania

    Działanie pozycjonera omówione jest na przykładzie pozycjonera typu dźwigniowego pojedynczego działania – dla przypadku rosnącej wartości sygnału sterującego. Sygnał sterujący (IN) z regulatora zasila komorę wejściową (12) przez zawór obejścia (13). Różnica powierzchni pomiędzy membranami generuję siłę, która przemieszcza przesłonę (11)     w lewo. Ponieważ odległość pomiędzy przesłoną i dyszą zwiększa się, ciśnienie kaskadowe przed zespołem membran maleje, w tym samym czasie powietrze zasilające (SUP) dostarczone jest do zespołu membran (5). Suwak (7) połączony na stałe z zespołem membran przesuwa się          w prawo otwierając zawór (6), powietrze zasilające podawane jest przez zawór (13) na wyjście (OUT1). W wyniku tego membrana siłownika (1) zaczyna przesuwać trzon zaworu (2), ruch ten jest zamieniany jest na obrót (dźwignią 9) regulując tym samym sprężynę sprzężenia zwrotnego (4), siłownik kontynuje ruch do momentu kiedy siła sprężyny (4) działającej na przesłonę (11) i siła pochodząca od sygnału sterującego (IN) nie zostaną zrównoważone. W konsekwencji trzon zaworu (2) jest zawsze precyzyjnie proporcjonalny do wartości sygnału sterującego. 

6.     Kalibracja

     a)   ustawienie punktu zerowego – dokonuje się poprzez obrót pokrętła 

          punktu zerowego, a tym samym zmiany napięcia sprężyny

          sprzężenia zwrotnego,    

b)       ustawienie skoku zaworu – regulowane jest przez zmianę   

efektywnej ilości zwojów sprężyny sprzężenia zwrotnego pokrętłem umieszczonym w sprężynie sprzężenia zwrotnego,

c)        ustawienie czułości – odbywa się przy użyciu śruby. Nie należy

ruszać śruby regulacyjnej, dopóki nie przekonamy się, że czułość pozycjonera rzeczywiście nie odpowiada zamontowanemu członowi wykonawczemu,

7.  Odłączenie

                  Odcięcie zasilania pozycjonetra z regulatora można dokonywać przy

              pomocy zaworu obejściowego (by-pass). Ustawiając zawór w 

             odpowiedniej pozycji uzyskujemy zasilanie sygnałem sterującym bądź 

             pozycjonera bądź to siłownika.