Ανάλυση των "Deadband"In Control Valves

Οι νεκρές ζώνες είναι η κύρια αιτία αποκλίσεων σε υπερμεγέθη διεργασίες. Οι βαλβίδες ελέγχου είναι η κύρια πηγή νεκρής ζώνης σε έναν βρόχο οργάνων για διάφορους λόγους, όπως τριβή, αεροπορικό ταξίδι, συστροφή καρουλιού, νεκρή ζώνη σε ενισχυτές ή βαλβίδες ολίσθησης.

Το Deadband είναι ένα κοινό φαινόμενο και αναφέρεται στο εύρος ή το πλάτος της τιμής εξόδου του ελεγκτή που δεν επιτρέπει στη μεταβλητή διεργασίας υπό δοκιμή να αλλάξει όταν το σήμα εισόδου αλλάζει κατεύθυνση. Όταν εμφανίζεται μια διαταραχή φορτίου, η μεταβλητή διεργασίας αποκλίνει από το σημείο ρύθμισης. Αυτό το ντεΗ διόρθωση διορθώνεται με μια διορθωτική ενέργεια που δημιουργείται από τον ελεγκτή και επανέρχεται στη διαδικασία. Ωστόσο, μια αρχική αλλαγή στην έξοδο του ελεγκτή μπορεί να μην παράγει αντίστοιχη διορθωτική αλλαγή στη μεταβλητή διεργασίας. Μια αλλαγή σε μια αντίστοιχη μεταβλητή διεργασίας θα συμβεί μόνο εάν ο ελεγκτής αλλάξει κατά ένα ποσό αρκετά μεγάλο ώστε να ξεπεραστεί η αλλαγή στη νεκρή ζώνη.

Εάν η έξοδος του ελεγκτή αλλάξει κατεύθυνση, το σήμα του ελεγκτή πρέπει να ξεπεράσει τη νεκρή ζώνη για να δημιουργήσει μια διορθωτική αλλαγή στη μεταβλητή διεργασίας. Η παρουσία μιας νεκρής ζώνης στη διαδικασία σημαίνει ότι η έξοδος του ελεγκτή πρέπει να αυξηθεί σε μια ποσότητα αρκετά μεγάλη για να ξεπεραστεί η νεκρή ζώνη και μόνο τότε θα γίνει μια διορθωτική ενέργεια.

â Αιτίες νεκρών ζωνών

Υπάρχουν πολλές αιτίες νεκρών ζωνών, αλλά η τριβή και το ταξίδι αέρα στις βαλβίδες ελέγχου, η συστροφή της ατράκτου των περιστροφικών βαλβίδων και οι νεκρές ζώνες στους ενισχυτές είναι μερικές κοινές μορφές. Καθώς η πλειονότητα των ρυθμιστικών ενεργειών ελέγχου αποτελείται από μικρές αλλαγές σήματος (1% ή λιγότερο), μια βαλβίδα ελέγχου με μεγάλη νεκρή ζώνη μπορεί να μην ανταποκρίνεται καθόλου σε τόσες πολλές μικρές αλλαγές σήματος. Μια καλά κατασκευασμένη βαλβίδα θα πρέπει να μπορεί να ανταποκρίνεται σε σήματα 1% ή λιγότερο για να μειώσει αποτελεσματικά τον βαθμό απόκλισης της διαδικασίας. Ωστόσο, δεν είναι ασυνήθιστο οι βαλβίδες να έχουν νεκρές ζώνες 5% ή μεγαλύτερες. Σε πρόσφατη επιθεώρηση εγκαταστάσεων, το 30% των βαλβίδων βρέθηκε να έχει περισσότερο από 4% νεκρή ζώνη. Πάνω από το 65% των βρόχων ελέγχου που ελέγχθηκαν είχαν νεκρές ζώνες μεγαλύτερες από 2%.

● Επίπτωση νεκρών ζωνών

Αυτό το γράφημα αντιπροσωπεύει μια δοκιμή ανοικτού βρόχου τριών διαφορετικών βαλβίδων ελέγχου υπό κανονικές συνθήκες διεργασίας. Αυτές οι βαλβίδες λαμβάνουν ένα εύρος βηματικών εισόδων από 0,5% έως 10%. Οι δοκιμές σταδίου σε συνθήκες ρευστού είναι απαραίτητες επειδή αυτές οι συνθήκες επιτρέπουν την αξιολόγηση της απόδοσης ολόκληρου του συγκροτήματος βαλβίδας ελέγχου, και όχι μόνο του ενεργοποιητή βαλβίδας, όπως συμβαίνει με τις περισσότερες τυπικές δοκιμές.

● Δοκιμές απόδοσης

Ορισμένες δοκιμές της απόδοσης της βαλβίδας ελέγχου περιορίζονται στη σύγκριση του σήματος εισόδου με τη διαδρομή της ράβδου ώθησης του ενεργοποιητή. Αυτό είναι παραπλανητικό καθώς αγνοεί την απόδοση της ίδιας της βαλβίδας.

Αυτό που είναι κρίσιμο είναι να μετρηθεί η δυναμική απόδοση της βαλβίδας υπό συνθήκες ρευστού, έτσι ώστε οι αλλαγές στις μεταβλητές της διαδικασίας να μπορούν να συγκριθούν με τις αλλαγές στο σήμα εισόδου στο συγκρότημα βαλβίδας. Εάν μόνο το στέλεχος της βαλβίδας ανταποκρίνεται σε μια αλλαγή στο σήμα εισόδου της βαλβίδας, τότε αυτή η δοκιμή είναι μικρής σημασίας καθώς δεν υπάρχει διόρθωση για αποκλίσεις διαδικασίας χωρίς αντίστοιχη αλλαγή στη μεταβλητή ελέγχου.

Και στις τρεις δοκιμές βαλβίδων, η κίνηση της ράβδου ώθησης του ενεργοποιητή ανταποκρίθηκε καλά στις αλλαγές στο σήμα εισόδου. Από την άλλη πλευρά, οι βαλβίδες διέφεραν σημαντικά ως προς την ικανότητά τους να αλλάζουν τον ρυθμό ροής στην απόκριση σε μια αλλαγή στο σήμα εισόδου.

Η βαλβίδα Α, η μεταβλητή διεργασίας (ρυθμός ροής) αποκρίνεται καλά σε σήμα εισόδου τόσο μικρό όσο 0,5%.

Η βαλβίδα Β, απαιτεί αλλαγή στο σήμα εισόδου μεγαλύτερη από 5% πριν αρχίσει να αποκρίνεται καλά σε κάθε βήμα σήματος εισόδου.

Η βαλβίδα C, πολύ χειρότερα, απαιτεί αλλαγή σήματος μεγαλύτερη από 10% προτού αρχίσει να αποκρίνεται καλά σε κάθε βήμα σήματος εισόδου.

Συνολικά, η ικανότητα των βαλβίδων Β ή Γ να βελτιώνουν την απόκλιση της διαδικασίας είναι πολύ κακή.

● Τριβή

Η τριβή είναι μια κύρια αιτία νεκρών ζωνών στις βαλβίδες ελέγχου. Οι περιστροφικές βαλβίδες είναι πολύ ευαίσθητες στην τριβή που προκαλείται από το υψηλό φορτίο έδρας που απαιτείται για τη στεγανοποίηση. Για ορισμένους τύπους στεγανοποιήσεων, απαιτούνται υψηλά φορτία καθίσματος για να ληφθεί μια βαθμολογία κλεισίματος. Λόγω των υψηλών δυνάμεων τριβής και της χαμηλής ακαμψίας της τάσης μετάδοσης κίνησης, ο άξονας της βαλβίδας συστρέφεται και δεν μπορεί να μεταδώσει κίνηση στο στοιχείο ελέγχου. Ως αποτέλεσμα, μια κακοσχεδιασμένη περιστροφική βαλβίδα μπορεί να εμφανίσει μια μεγάλη νεκρή ζώνη που έχει σαφώς καθοριστική επίδραση στον βαθμό απόκλισης της διαδικασίας.

Οι κατασκευαστές συνήθως λιπαίνουν τις στεγανοποιήσεις των περιστροφικών βαλβίδων κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατασκευής, αλλά μετά από μερικές εκατοντάδες μόνο κύκλους, το στρώμα λίπανσης φθείρεται. Επιπλέον, τα φορτία που προκαλούνται από την πίεση μπορούν επίσης να προκαλέσουν φθορά στεγανοποίησης. Το αποτέλεσμα είναι ότι για ορισμένους τύπους βαλβίδων, η τριβή της βαλβίδας μπορεί να αυξηθεί κατά 400% ή περισσότερο. Αυτό καθιστά σαφές ότι τα συμπεράσματα που εξάγονται σχετικά με την απόδοση χρησιμοποιώντας δεδομένα από τυπικούς τύπους για την αξιολόγηση των βαλβίδων πριν σταθεροποιηθεί η ροπή είναι παραπλανητικά. Οι βαλβίδες B και C δείχνουν ότι αυτοί οι παράγοντες ροπής υψηλότερης τριβής μπορούν να έχουν καταστροφική επίδραση στην απόδοση της βαλβίδας ελέγχου.

Η τριβή συσκευασίας είναι η κύρια πηγή τριβής των βαλβίδων ελέγχου έμμεσης διαδρομής. Σε αυτούς τους τύπους βαλβίδων, η μετρούμενη τριβή μπορεί να ποικίλλει σημαντικά ανάλογα με τη μορφή της βαλβίδας και τη διαμόρφωση πλήρωσης.

Αυτό το κενό μπορεί να προκαλέσει ασυνέχειες στην κίνηση όταν η συσκευή αλλάζει κατεύθυνση. Τα κενά εμφανίζονται συνήθως σε συσκευές με διάφορες διαμορφώσεις μετάδοσης κίνησης ταχυτήτων. Οι ενεργοποιητές οδοντωτών τροχών και οδοντωτών τροχών είναι ιδιαίτερα ευαίσθητοι σε νεκρές ζώνες λόγω του διάκενου. Ορισμένες συνδέσεις ατράκτου βαλβίδας έχουν επίσης προβλήματα με νεκρές ζώνες.

Αν και η τριβή μπορεί να μειωθεί σημαντικά με τον καλό σχεδιασμό της βαλβίδας, είναι δύσκολο να εξαλειφθεί πλήρως. Η καλά σχεδιασμένη και κατασκευασμένη βαλβίδα ελέγχου θα πρέπει να είναι σε θέση να εξαλείφει τις νεκρές ζώνες λόγω των ανοιγμάτων. Για να επιτευχθούν βέλτιστα αποτελέσματα που μειώνουν τις αποκλίσεις της διαδικασίας, ο συνολικός νεκρός χώρος ολόκληρου του συγκροτήματος βαλβίδας θα πρέπει να είναι μικρότερος ή ίσος με 1%, με το ιδανικό αποτέλεσμα να είναι τόσο χαμηλό όσο 0,25%.