Hoe de stroomcurve van een regelaar afvlakken om droop te verminderen

Hoe kunt u de stroomcurve van een regelaar afvlakken om droop te verminderen

Een consistente drukregeling is essentieel voor de veilige werking van industriële vloeistofsystemen. Het handhaven van een betrouwbare stroomneerwaartse druk met een regelaar kan helpen om veranderingen in het debiet te minimaliseren, vooral in een systeem met een hoog debiet. Maar om de drukregeling te handhaven en droop te minimaliseren, kunnen externe componenten nodig zijn om uw vloeistofsysteem aan te vullen.

Wat is Droop?

Afbeelding 1: Deze grafiek illustreert verschillende debietcurven bij gebruik van verschillende drukregelconfiguraties: een eenvoudige veerbelaste drukregelaar (Optie A-benadering); een dome-belaste drukregelaar en een pilotregelaar (Optie B - "Goed"); een dome-belaste drukregelaar en een pilotregelaar met een toegevoegde feedbacklijn naar de dome-belaste drukregelaar (Optie C - "Beter"); en een dome-belaste drukregelaar en een pilotregelaar met een toegevoegde feedbacklijn naar de pilotregelaar (Optie D - "Best").

Droop wordt gedefinieerd als een afname van de uitlaatdruk als het stroomafwaartse debiet toeneemt. De bovenstaande grafiek (Figuur 1) is een voorbeeld van een debietcurve. De flow curve generator is een handig hulpmiddel dat wordt gebruikt om het bereik van de uitlaatdrukken vast te stellen die een regelaar kan handhaven op basis van verschillende systeemdebieten. Debietcurves worden gemaakt door producttesten en geven de werkelijke prestaties van een drukregelaar weer voor een bepaalde set systeemparameters.

De verticale as geeft de uitlaatdruk weer en de horizontale as het stroomafwaartse debiet. Het vlakste of meest horizontale deel van de curve geeft aan waar een drukregelaar een consistente druk behoudt, zelfs bij aanzienlijke wijzigingen in het debiet. Het meest rechtse deel van de curve geeft aan waar de regelaar volledig open is en geen constante druk kan handhaven. Binnen dit gebied - tussen het punt waar de druk snel begint af te nemen tot het punt waar deze nul nadert - bereikt de klep de limiet van zijn slag, wat resulteert in verlies van controle. Op dit punt gedraagt de drukregelaar zich minder als een drukregelaar en meer als een begrenzende opening.

Hoewel elke drukreducerende regelaar enige terugval vertoont, kun je maatregelen nemen om dit fenomeen te minimaliseren. Een vlakkere flowcurve kan worden bereikt door de juiste regelaarconfiguratie voor uw systeem te kiezen. Hieronder worden vier verschillende opties uitgelegd om het afhangen te verminderen.

Optie A: Een eenvoudige drukregelaar met veerbelasting

Het meest voorkomende type drukverminderende regelaar is een veerbelaste regelaar. In dit ontwerp oefent een veer kracht uit op een sensorelement - een membraan of een zuiger - waardoor de klep dichter bij of verder weg van de opening komt en de stroomneerwaartse druk wordt geregeld. We zullen de veerbelaste drukregelaar als basis gebruiken.

Een drukreducerende drukregelaar met veerbelasting biedt acceptabele prestaties voor algemene toepassingen als het gaat om het verminderen van de droop. In deze configuratie beweegt de klep van de regelaar weg van de zitting als het debiet van het systeem toeneemt om extra debiet toe te laten, waardoor de drukveer kan ontspannen, waardoor de drukkracht en het instelpunt van de regelaar afnemen. Als het debiet verandert, is de mate van terugval afhankelijk van de veerconstante en in sommige gevallen zijn veelvuldige handmatige aanpassingen nodig om de gewenste insteldruk te bereiken als een hoge mate van nauwkeurigheid vereist is.

Een effectievere optie om de droop te verbeteren en de debietcurven af te vlakken is een dome-belaste drukreducerende drukregelaar. De belastingskracht in dit type regelaar wordt niet geregeld door een veer, maar door gas onder druk dat zich in een koepelkamer bevindt. Het gas buigt een membraan dat de klep weg van de opening beweegt en de stroomneerwaartse druk regelt. In de resterende opties hieronder wordt onderzocht hoe regelaars met dome-belasting, in combinatie met verschillende onderdelen en ontwerpwijzigingen, betere prestaties kunnen leveren door het afhangen te minimaliseren.

Optie B: Dome-belaste regelaar met een pilotregelaar

Optie B koppelt een dome-belaste drukreduceeregelaar aan een pilotregelaar. In deze configuratie reageert de dome-belaste regelaar op drukveranderingen door een constante druk in de koepelkamer te handhaven. De pilootregelaar wordt gebruikt om de gastoevoer naar de koepelkamer van de dome-belaste regelaar te regelen. Zoals hierboven getoond in Figuur 2, wordt een eventueel overschot aan koepeldruk afgevoerd via een uitlaatlus.

Als het debiet van het systeem toeneemt, beweegt de klep weg van de zitting om het extra debiet toe te laten. In tegenstelling tot een veerbelaste regelaar is er echter geen veer die kan ontspannen. In plaats daarvan buigt het membraan naar beneden, waardoor de koepelkamer uitzet en de koepeldruk iets daalt. De pilootregelaar voelt de daling in de koepeldruk en reageert door te openen om extra gas in de koepel toe te laten en de beoogde insteldruk te handhaven. Als het stroomafwaartse debiet van het systeem afneemt, komt de klep dichter bij de zitting, waardoor het membraan omhoog wordt geduwd in de koepel en de druk in de koepel iets toeneemt. Deze overdruk wordt via de dynamische regeluitlaat ontlucht naar de stroomafwaartse zijde van de regelaar.

Afbeelding 2: De configuratie van optie B heeft een dome-belaste regelaar met een pilotregelaar en een dynamische regeluitlaatlus om de koepeldruk te regelen.

Als we teruggaan naar figuur 1, wordt deze configuratie weergegeven als de debietcurve met de titel "Optie B". Vergeleken met optie A, de basisveerdrukregelaarcurve, biedt de configuratie met dome-belaste regelaar en pilotregelaar meer dynamische drukregeling. Hoewel er nog steeds enige terugval is, is de debietcurve vlakker, wat staat voor een regelaar die nauwkeuriger een ingestelde druk kan vasthouden over een breed debietbereik. Standaard dome-belaste drukregelaars kunnen op veel systemen worden gebruikt zonder dat u zich zorgen hoeft te maken over aanzienlijke drukdalingen bij de uitlaat. Droop kan echter verder worden verminderd met behulp van andere configuraties die hieronder worden uitgelegd.

Optie C: Externe feedbacklijn aangesloten op een dome-belaste regelaar

Afbeelding 3: De configuratie van optie C heeft een externe feedbacklijn die is aangesloten op de dome-belaste regelaar om stroomafwaartse drukdalingen beter te compenseren.

Extra nauwkeurigheid kan worden bereikt door externe feedback toe te voegen aan een dome-belaste regelaar. Externe feedback wordt naar de regelaar gestuurd door een buis aan te sluiten van de stroomafwaartse proceslijn terug naar het detectiegebied van de dome-belaste regelaar.

De externe feedbackleiding leidt de druk van een punt in het systeem stroomafwaarts van de regelaar naar het detectiegebied van de regelaar. Hierdoor kan de regelaar reageren op veranderingen in de druk op dat punt in het systeem in plaats van alleen veranderingen in de druk binnen de regelaar zoals het geval is bij standaard dome-belaste regelaarontwerpen.

Als we teruggaan naar Figuur 1, wordt Optie C weergegeven als de derde debietcurve. Het bedrijfsdebiet neemt toe voordat het kritieke smoorpunt wordt bereikt. Hoewel deze debietcurve vlakker is dan de vorige twee opties, vertoont hij nog steeds enige terugval.

Optie D: Externe feedbacklijn aangesloten op een pilotregelaar

Afbeelding 4: De configuratie van optie D heeft een externe feedbackleiding die is aangesloten op de stuurautomaatregelaar, waardoor stroomafwaartse drukterugkoppeling plaatsvindt.

Onze laatste optie biedt de beste configuratie voor het afvlakken van de stromingscurve. Zoals hierboven getoond in Figuur 4, is de externe feedbacklijn rechtstreeks aangesloten op de pilotregelaar in plaats van de dome-belaste regelaar. Hierdoor kan de pilotregelaar de druk in de kamer van de dome-belaste regelaar zeer nauwkeurig aanpassen op basis van de werkelijke stroomneerwaartse druk, waardoor de dome-belaste regelaar kan compenseren door de uitlaatdruk te wijzigen.

Als het systeemdebiet toeneemt, wordt de lagere druk via de toegevoegde feedbackleiding teruggeleid naar de stuurautomaatregelaar. De pilot reageert op deze drukverandering door de druk in de dome-belaste regelaar te verhogen, wat resulteert in de juiste stroomneerwaartse insteldruk. In deze configuratie maakt de feedbacklus continue, automatische aanpassingen mogelijk om het systeem te stabiliseren voor optimale prestaties. Dit wordt gedemonstreerd in Figuur 1 als de uiteindelijke debietcurve met een lichte daling en een breed debietbereik.

Alle regelaars vertonen enige terugval. Afhankelijk van uw systeem kan dit acceptabel zijn. Maar als het essentieel is om de druk constant te houden terwijl het debiet verandert, kan de juiste regelaarconfiguratie helpen. Neem voor meer informatie over het selecteren van de juiste drukreduceerconfiguratie voor uw vloeistofsystemen contact op met onze Swagelok-experts

Jon Kestner

Senior Product Line Manager, Swagelok