Analiza charakterystyk ułatwia dobór regulatora ciśnienia

© Swangelok

Udostępnij:

Przy doborze regulatora ciśnienia nie należy kierować się tylko jego właściwą wielkością. Wykres natężenia przepływu pozwala na natychmiastową ocenę możliwości regulatora ciśnienia i na tej podstawie można przeanalizować jego charakterystykę.Najlepszą metodą doboru regulatora ciśnienia jest analiza wykresu natężenia przepływu danego medium przez niego. Wykresy takie często udostępniają producenci regulatorów. Wykres natężenia przepływu można by również określić jako wykres ciśnienia, ponieważ regulator reguluje ciśnienie, a nie przepływ. Charakterystyka przedstawia ten zakres ciśnienia, które regulator może utrzymać przy określonej wielkości natężenia przepływu w układzie.

Niestety, powszechnie przy doborze regulatora ciśnienia zwraca się tylko uwagę na jego współczynnik przepływu (Cv). Gdy natężenie przepływ w układzie znajduje się w zakresie współczynnika przepływu Cv, niektórzy uważają wówczas, że regulator ciśnienia ma właściwą wielkość, co nie zawsze odpowiada rzeczywistości. Cv określa maksymalną przepustowość regulatora ciśnienia. Przy maksymalnym przepływie regulator ciśnienia nie może regulować ciśnienia. Jeżeli użytkownik oczekuje wielkości ciśnienia osiągających Cv regulatora ciśnienia, wówczas regulator ciśnienia prawdopodobnie nie jest właściwie dobrany dla tego układu.



Efektywna ocena wykresu
Głównym celem regulatora ciśnienia jest utrzymanie stałego ciśnienia po jednej stronie regulatora, chociaż po jego drugiej stronie panuje inne albo zmienne ciśnienie. Przy zastosowaniu regulatora redukcyjnego następuje zmniejszanie ciśnienia na wyjściu, a przy zastosowaniu regulatora wejściowego reguluje się ciśnienie na wejściu. Wykres natężenia przepływu przedstawia możliwość regulacji w zakresie ciśnienia na wyjściu (oś Y) i natężenia przepływu (oś X). Natężenie przepływu nie jest sterowane przez regulator przepływu, lecz przez zawór albo przepływomierz umieszczony za regulatorem ciśnienia. Wykres przedstawia, jak reaguje regulator ciśnienia, gdy zmienia się przepływ w układzie. Na ilustracji 2. krzywa rozpoczyna się przy 400 funtach na cal kwadratowy (27,5 barów, czyli 400 psig). Jest to pierwotnie ustawione ciśnienie regulatora. W regulatorze ciśnienia nie dokonano żadnych zmian ustawień, ale krzywa wykazuje zmianę ciśnienia. Ustawienie regulatora dopasowuje się, aby zachować pierwotnie nastawione ciśnienie przy zmieniającej się wielkości natężenia przepływu. Ale nie działa to idealnie, ponieważ żaden regulator ciśnienia nie jest doskonały. Wraz ze wzrostem natężenia przepływu w układzie obniża się ciśnienie na wyjściu regulatora ciśnienia. Pojawia się przy tym istotne pytanie: o ile obniża się ciśnienie? Przy rozpatrywaniu wykresu przepływu użytkownicy chcieliby przede wszystkim zidentyfikować zakres natężenia przepływu, jakiego mogą oczekiwać w układzie. Przepływy te powinny zostać zaznaczone na krzywej. Następnie użytkownik odczytuje, jak będzie się zmieniało odpowiednio do tego ciśnienie na wyjściu. Jeżeli uzyskany zakres ciśnienia nie jest akceptowalny, należy poszukać innego regulatora ciśnienia. W idealnym przypadku regulator ciśnienia powinien pracować na najbardziej płaskim odcinku krzywej. Na tym odcinku regulator ciśnienia będzie zachowywał względnie stałe wartości ciśnienia, również przy dużych zmianach natężenia przepływu. Na końcach krzywej występują odcinki szybkiego spadku, co oznacza, że już przy nieznacznej zmianie natężenia przepływu może nastąpić dramatyczna zmiana ciśnienia. Należy więc unikać używania regulatora ciśnienia w tych zakresach.



Grupy charakterystyk
Każdy regulator ciśnienia może wytworzyć prawie nieograniczoną liczbę krzywych, dlatego trzeba być pewnym, że rozpatrywana jest właściwa krzywa. Dla każdej nastawionej wartości ciśnienia istnieje określona krzywa. Na ilustracji obok przedstawiono dwie grupy krzywych: jedną dla nastawionego ciśnienia 27,54 barów (400 psig) i drugą dla nastawionego ciśnienia 13,7 barów (200 psig). Pomocne jest udostępnienie przez producenta więcej niż jednej grupy charakterystyk pokazujących ten zakres nastawionych ciśnień, który można osiągnąć przy zastosowaniu określonego regulatora ciśnienia. Gdy indywidualnie nastawione ciśnienie leży pomiędzy krzywymi, użytkownik może dokonać interpolacji. Należy wziąć wówczas pod uwagę, że obie krzywe mają prawie ten sam kształt, ale znajdują się w różnych miejscach na wykresie.
Istnieje jeszcze inna zmienna, wpływająca na kształt krzywej - ciśnienie na wejściu (ciśnienie występujące na wejściu do regulatora ciśnienia). Ponadto trzeba wziąć pod uwagę, że dwie grupy krzywych na ilustracji 2. składają się każdorazowo z trzech krzywych, które obejmują pewien obszar ciśnień na wejściu. Dlatego w celu znalezienia prawidłowej krzywej dla swojego układu użytkownicy powinni ustalić właściwe nastawiane ciśnienie, właściwe ciśnienie na wejściu i właściwy zakres natężenia przepływu. Poza tym należy upewnić się, że zostaną przyjęte prawidłowe jednostki pomiaru. Wartości ciśnienia są podawane najczęściej w psig albo w barach. Wielkości natężenia przepływu są różne w zależności od znajdującego się w układzie medium. Natężenie przepływu cieczy jest podawane z reguły w galonach na minutę (gal/min) albo w litrach na minutę (l/min), natomiast natężenie przepływu gazu w normalnych metrach sześciennych na minutę (nft3/min) albo w normalnych litrach na minutę (nl/min).
Charakterystyki zostają z reguły opracowane przy zastosowaniu powietrza albo azotu (dla gazów) lub wody (dla cieczy). Jeżeli w układzie występuje gaz, wówczas charakterystyka podana przez producenta musi zostać ewentualnie odpowiednio dopasowana. Gazy ulegają sprężaniu w różnym stopniu, dlatego jednostki objętościowe podane na wykresie przepływu muszą zostać ewentualnie przemnożone przez współczynnik korekcyjny gazu. Przykładowo: współczynnik korekcyjny dla wodoru wynosi 3,8. Oznacza to, że 3,8 cząsteczek wodoru ma tę samą objętość co jedna cząsteczka powietrza. Punkt na krzywej natężenia przepływu, odpowiadający objętościowemu natężeniu przepływu powietrza 2831 nl/min (100 nft3/min), odpowiada więc porównywalnemu natężeniu przepływu wodoru wynoszącemu 10 760 nl/min (380 ft3/min). Krzywa pozostaje taka sama, ale zmienia się skalowanie natężenia przepływu. W przypadku cieczy różnica natężenia przepływu pomiędzy wodą i innymi mediami nie jest tak diametralna, ze względu na nieściśliwość cieczy.

Więcej na temat w MM Magazynie Przemysłowym 1-2/2012

Udostępnij:

Drukuj



Bill Menz




TOP w kategorii






Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również