Globe Valve í MVR Vaporator: Flow Control & Process Guide

Hvað er aHnattventillog hvernig stjórnar það flæði?

Inngangur

Í iðnaðarvökvakerfum eru hnattlokar meðal mest notuðu tækjanna til að stilla flæði og þrýsting. Línuleg hreyfing þeirra og tiltölulega góð stýranleiki gerir þá algenga í ferlistýringarlykkjum yfir efna-, olíu- og gaskerfi, orku, vatnsmeðferð og uppgufunarkerfi. Á meðan,MVR uppgufunartæki (Mechanical Vapor Recompression evaporators) hafa orðið sífellt vinsælli í orku-hagkvæmum uppgufunar- og þéttingarstöðvum. Í MVR uppgufunartæki er nákvæm stjórnun á flæði (vökvafæði, endurrás, gufulosun osfrv.) mikilvæg - og hnattlokar gegna oft lykilhlutverki í þessum stýrirásum. Í þessari grein munum við kanna ítarlega hvað hnattloki er, hvernig hann stjórnar flæði og hvernig hann fellur inn í MVR uppgufunarkerfi (undir vinnslu- og stjórnunarsjónarmiðum).

Hvað er hnattloki? - Skilgreining, uppbygging, gerðir

Skilgreining og grundvallarregla

Hnattloki er tegund línulegrar hreyfistýringarventils sem notaður er til að stjórna vökvaflæði í gegnum leiðslur. Lokinn virkar með því að færa disk eða tappa (festur við stöng) hornrétt í átt að eða í burtu frá kyrrstæðu sæti og stillir þannig þversniðsflæði flæðis-. Nafnið "hnöttur" er upprunnið sögulega þegar margir slíkir lokar voru með kúlulaga líkama, en nútíma hönnun er kannski ekki eingöngu kúlulaga.

Í hugtökum ferlistýringar er hnattlokinn oft flokkaður sem renna-stöngstýringarventill (öfugt við snúningsloka). Samkvæmt Control Valve Handbook, stjórna stýrilokar (þar á meðal hnöttur) vökvaflæði með því að breyta stærð flæðisrásarinnar (þ.e. opið) eins og stjórnmerki vísar til og stjórna þannig flæðihraða og niðurstreymisferlisbreytum (Emerson, Control Valve Handbook).

Skousen's Valve Handbook lýsir hnattlokum sem einni af aðalstýriventlagerðunum, sérstaklega hentugum fyrir inngjöf vegna stigvaxandi flæðisstýringar (Skousen, 1997).

Frá iðnaðarferlisstýringarlokum (Arca/Artes) er áherslan oft á hnattlokur vegna áreiðanlegrar stýrihegðun þeirra og tiltölulega fyrirsjáanlegra flæðiseiginleika í iðnaðarlykkjum (Arca/Artes, Process Control Valve Handbook).

Þannig er hnattlokinn bæði burðarvirkur og hagnýtur hluti: ventilhús, innri hlutar og stjórnbúnaður (stilkur + stýribúnaður) sem leyfir mótun.

Innri uppbygging og íhlutir

Venjulegur hnattloki samanstendur af eftirfarandi lykilþáttum (með hugtökum í samræmi við stjórnunar-ventilkennslubækur):

• Yfirbygging / hlíf: Skel sem inniheldur aðalþrýsting-; það hýsir innri hlutana og tengist við rörflansa eða suðu.
• Bonnet: Lokunin á búknum sem inniheldur stilkpakkninguna og stýrir stilknum. Það er boltað eða skrúfað við líkamann.
• Stöngull: Línuleg stöng sem knýr hreyfingu á tappa/skífunni; það nær í gegnum vélarhlífina, lokað með pökkun, inn í ventilholið.
• Innstunga / diskur (eða ventiltengdur þáttur): Færanlegi hluti sem festur er við stilkinn; það færist til eða frá sætinu til að takmarka flæði.
• Sæthringur / sæti: Kyrrstæða yfirborðið sem tappan þéttist við í lokaðri stöðu.
• Búr eða leiðarbygging: Margir nútíma hnattlokar innihalda búr eða stýri sem umlykur tappann til að beina flæðinu, draga úr ókyrrð og skilgreina flæðiseiginleikann.
• Pökkun og kirtill: Þétting í kringum stilkinn til að koma í veg fyrir leka.
• Stýribúnaður / handhjól / stjórnandi vélbúnaður: Handvirkt handhjól í einföldum ventlum; pneumatic, vökva, eða rafknúið stýrisbúnaði í sjálfvirkum stjórnlokum.
• Aukabúnaður: Stillingarstillir, takmörkunarrofar, hljóðstyrksaukarar, snubbers o.fl.

Tappinn hreyfist venjulega í beinni línu meðfram ás stilksins og fer í gegnum búrið eða leiðarann. Opin í búrinu afhjúpa smám saman meira eða minna af þversniðinu þegar tappan hreyfist, sem gefur stýrða mótun flæðis.

Lykil innri hönnunarákvörðun er klippa - lögun og fyrirkomulag tappa, sætis, búrhola og stýrisbyggingar - sem skilgreinir flæðiseiginleika, línuleika og kavitation/hávaðahegðun.

Tegundir og afbrigði af Globe Valve

Það eru mörg afbrigði af hnattlokum, hönnuð fyrir mismunandi þjónustu:

• Beinn-í gegnum (í-línu) hnattloka- inntak og úttak eru í röð (180 gráðu stefnu).
• Hornkúluventill- flæðisleiðin er beygð, venjulega 90 gráður, þannig að inntak og úttak eru hornrétt. Þetta er gagnlegt þar sem lagnaskipulag krefst stefnubreytingar eða til að tæma ventlahlutann.
• Y-mynstur (eða Y-hnöttur) loki- bolurinn hallar (Y-laga) þannig að stöngullinn hallast og flæðisleiðin er ekki eins bogin; þetta dregur úr þrýstingsfalli og sliti.
• Jafnvægur hnöttóttur loki- tappan er boruð eða jafnvægi til að minnka nettókrafta og bæta stjórnunarhæfni í miklum-þrýstingsfalli.
• Anti-kavitation eða fjöl-hnattarloki- sérstakar innri klippingar sem eru hannaðar til að draga úr kavitation, hávaða og veðrun við mikla ΔP aðstæður.
• Kúlulokar sem eru í frosti, háan-hita eða sérstakt efni- afbrigði fyrir erfiðar þjónustuaðstæður.

Hvert afbrigði hefur-viðskipti í þrýstingsfalli, auðveldri stjórn, kostnaði, þéttingu og viðhaldi.

Kostir og gallar

Kostir hnattloka:

• Góð inngjöfarstýring: Vegna þess að flæðisvæðið breytist smám saman bjóða þeir upp á fína mótunargetu.
• Fyrirsjáanleg flæðiseiginleiki: Auðveldara að móta og stilla stjórnlykkjur.
• Góð þétting í lokun: Stappinn-sætisrúmfræði getur náð þéttri lokun.
• Öflugt gegn sliti á sætum: Hönnunin hentar vel fyrir tíð notkun.
• Sveigjanlegur fyrir endurbætur: Margar stærðir og innréttingar fáanlegar.
• Minni hætta á hávaða og kavitation (miðað við suma snúningsloka) þökk sé betri þrýstingsendurheimtareiginleikum. (Globe lokar hafa hærri þrýstingsendurheimtustuðla en snúningsventlar, sem þýðir að minni orka er endurheimt, en þetta þýðir líka minni hættu á kavitation) (Baumann, Fluid Mechanics of Control Valves)
• Fjölhæfni: hægt að nota fyrir vökva, gas, gufu, slurry, allt eftir efni.

Ókostir:

• Hærra þrýstingsfall: Vegna þess að flæðisleið er ekki straumlínulagað er meiri viðnám.
• Stærri stærð, þyngri: Samanborið við kúlu- eða fiðrildalokur af sömu nafnstærð.
• Hærri kostnaður á einingarflæði (Cv) fyrir stór kerfi.
• Hætta á leka á stofnpökkun með tímanum.
• Viðhald kemur meira við sögu (sérstaklega fyrir innréttingar og sæti).
• Næmi fyrir flæði-framkalla krafta og hugsanlegan óstöðugleika í hröðum-breytilegum flæði.

Á heildina litið velja hönnuðir hnattlokur þar sem stjórnunarnákvæmni er mikilvæg og þar sem þrýstingsfallið er ásættanlegt.

Hvernig stjórnar hnattloki flæði? - Kenning og vélbúnaður

Til að skilja hvernig hnattloki stjórnar flæði, skoðum við flæði-einkennandi samband, þrýstingsfallshegðun, stýribúnað, kraftmikla krafta og stöðugleikafyrirbæri.

Flæði–einkennandi samband

Aðalhugtak í stjórnlokum er flæðiseiginleikinn - tengslin á milli opnunar ventils (högg eða tappalyftingar) og flæðishraða (eða flæðistuðulls). Algengar tegundir eru:

• Línuleg einkenni: flæði er í réttu hlutfalli við lyftu (þ.e. tvöföldun lyftu tvöfaldar flæði).
• Jafnt-prósenta einkenni: hver hækkun á lyfti gefur hlutfallslega breytingu á flæði (þ.e. svörun eykst við meiri lyftingu).
• Hratt-opnunareiginleiki: mikil aukning á flæði við lítið opnun, síðan jöfnun - gagnlegt fyrir kveikt/slökkt eða hröð viðbrögð.

Val á eiginleikum fer eftir ferlinu: fyrir ferla með breitt hreyfisvið og ólínulega hegðun er jafnt-hlutfall oft valið; línuleg er einfaldari og stundum leiðandi.

Snyrtingarhönnun (forma innstungunnar, búrgöt) stjórnar hvaða eiginleikum hnattlokan sýnir.

Í notkun, þegar stjórnandinn stillir lokaopnunina, hreyfist tappan, og breytir útsettum flæðissvæðum í búrinu. Flæði í gegnum lokann hlýðir op/flæði jöfnum, mótað af stuðli lokans (Cv) sem er háður lyftu og þrýstingsmun.

Þrýstifall, bataþáttur, kavitation og hávaði

Hnattloki kynnir í eðli sínu þrýstingsfall. Þrýstingurinn andstreymis (P₁) fellur í lágmarki við vena contracta (lægsti þrýstingur) og endurheimtir síðan ákveðinn kyrrstöðuþrýsting niðurstreymis (P₂). Mælikvarði á hversu mikill þrýstingur er „endurheimtur“ er tekinn af þrýstingsendurheimtustuðlinum (eða endurheimtarstuðull, oft nefndurF_L). Kúlulokar hafa tilhneigingu til að hafa hærri þrýstingsendurheimtustuðla (þ.e. minni endurheimt) samanborið við fiðrilda- eða kúluventla (Baumann, Fluid Mechanics of Control Valves) - sem þýðir að meira af þrýstingsfallinu er varanlegt.

Vegna þessa er ventillinn minna viðkvæmur fyrir kavitation (þar sem gufubólur myndast og hrynja) miðað við ákveðna snúningsloka, en við háar ΔP aðstæður getur kavitation enn átt sér stað ef ekki er mildað.

Hávaðier annað áhyggjuefni. Mikil-hraða ókyrrð, hratt þrýstingsfall og kavitation geta framkallað hávaða. Lokaklippingar geta innihaldið hávaða-minnkun eða fjölþrepa fall (dreifingartæki, búr, völundarhús) til að draga úr hávaða.

Kavitation og blikkandi: Ef staðbundinn þrýstingur fellur niður fyrir gufuþrýsting myndast gufubólur sem hrynja niður á við (kavitation), sem hugsanlega eyðir innri yfirborðinu. Ef þrýstingur helst undir gufuþrýstingi niðurstreymis verður blikkandi. Til að forðast þetta nota ventlahönnuðir fjölþrepa þrýstingsfall í stýrðum skrefum til að draga úr ΔP á -stigi (þ.e. andstæðingur-kavitation).

Í reynd verður hönnuðurinn að tryggja að lokinn ΔP sé innan öruggs sviðs, og hugsanlega bæta við stigun eða framhjá til að vernda lokann.

Virkjunar-, snyrta- og stjórnunaraukabúnaður

Stapphreyfing hnattloka er venjulega knúin áfram af stýrisbúnaði (loftþind, stimpla, vökva eða rafmótor). Stýribúnaðurinn túlkar stjórnmerki (td 4–20 mA eða pneumatic 3–15 psi) til að knýja stilkstöðuna. Til að tryggja nákvæma svörun eru staðsetningar, endurgjöf og fylgihlutir notaðir.

• Stöðumaður: ber saman skipunarmerkið við raunverulega stilkstöðu og leiðréttir villu (tryggir nákvæma hreyfingu).
• Takmörkunarrofar, höggstöðvun: til að skilgreina lokastöður.
• Snubbar, hljóðstyrkur: til að hægja á hröðum hreyfingum eða veita kraftmikla svörun.
• Birgðir og eftirlitslínur: fyrir pneumatic eða vökvakerfi.

Snyrtingin (tappinn + búrið) er valinn til að veita æskilegan flæðiseiginleika, meðhöndlun þrýstingsfalls og endingu. Í þjónustu með háum ΔP eða veðrun gæti verið þörf á klippingum með mörgum holum, -hávaðavörn eða þrepaðri rennslisminnkun.

Dynamic Forces, -Flæðisstyrkur og stöðugleiki

Þegar vökvi flæðir í gegnum lokann sem er að hluta til opinn virkar flæðiskraftar á tappann, stöngina og innra yfirborð. Þessir kraftar geta truflað lokann, valdið titringi eða valdið klístur. Þess vegna felur góð ventilhönnun í sér flæði-kraftjöfnun þar sem rúmfræði eða jafnvægisgöt draga úr ójafnvægi krafta.

Ritgerð um flæðiskrafta í lokum (Lugowski, Flow-Force Compensation in a Hydraulic Valve) gagnrýnir staðlaðar kennslubókaformúlur og leggur til bætta líkön fyrir bætur byggðar á þrýstingsójafnvægi frekar en einföldum Newtonsk fötulíkönum (Lugowski, 2015). Hönnuðir verða að vera meðvitaðir um þessi kraftmiklu áhrif, sérstaklega á miklum hraða.

Stöðugleiki ventils er einnig fyrir áhrifum af hysteresis, deadband, stirction og bakslagi í-klippingarkerfinu. Stillingar og kvörðun hjálpa til við að draga úr þessu.

Í stuttu máli: stjórnun er náð með nákvæmri hreyfingu tappans innan búrs og vandlega hönnun tryggir að lokinn bregðist stöðugt og fyrirsjáanlega við flæðiskrafta, ókyrrð og þrýstingsbreytingar.

Umsókn í vinnslu- og stýrikerfum

Globe lokar eru ekki einangruð vélbúnaður; hlutverk þeirra er innbyggt í vinnslustjórnunarkerfi. Hér er skoðað hvernig þau eru notuð og hönnuð í slíkum aðstæðum.

Hlutverk stjórnventla í ferlistýringu

Í hvaða samfelldu vinnsluverksmiðju sem er, eru margar stjórnlykkjur: breytum eins og hitastigi, þrýstingi, flæðihraða og stigi verður að halda í kringum settpunkta. Stýriventillinn er venjulega lokastýringin - síðasta tækið sem framleiðsla stjórnandans (td. 4–20 mA) hefur áhrif í gegnum. Stýringin reiknar út æskilega lokaopnun út frá mælingum og villu og gefur merki til stýrisbúnaðar.

Nánar tiltekið, fyrir flæðisstýringu, stillir lokinn þversniðsflatarmálið til að ná fram nauðsynlegu flæði miðað við þrýstingsmun uppstreymis/niðurstreymis. Fyrir þrýstingsstýringu stillir lokinn stundum flæði til að viðhalda þrýstingi niðurstreymis.

Þess vegna verður hönnuðurinn að stærð og velja lokann þannig að stýranleiki hans, drægni og svörun henti gangverki ferlisins, án þess að verða veiki hlekkurinn í stjórnlykkjunni.

Stærð, val og stilling á stjórnlokum

Stærð ventils felur í sér að reikna út flæðisstuðull Cv (eða Kv í mælieiningum) sem þarf við fullt álag, og tryggja að lokinn geti starfað á skilvirkan hátt yfir tilskilið svið (td frá 10% til 100% flæði). Helstu atriði:

• Fjarlægni / niðurfelling: hlutfall hámarks stýranlegs flæðis og lágmarks stýranlegs flæðis (oft 50:1 eða 100:1 í góðri hönnun).
• Eftirlitsvald: það brot af heildarþrýstingsfalli kerfisins sem er úthlutað til lokans (oft 30–70%) til að leyfa sveigjanleika í mótun.
• Þrýstifall (ΔP): leyfilegur mismunur í gegnum lokann án þess að valda kavitation eða óstöðugleika.
• Flæði einkenni: línuleg, jöfn-hlutfall o.s.frv.
• Dýnamísk viðbrögð: hraði lokans vs ferli gangverki.
• Rekstrarskilyrði: hitastig, þrýstingur, vökvagerð, ætandi, nærvera af föstum efnum eða óhreinum vökva.
• Efni og innréttingar: eindrægni, rofþol, lífslíkur.

Þegar lokinn hefur verið valinn og settur upp,stillastjórnlykkjan (PID færibreytur) verður að taka tillit til gangverki lokans, dauðatíma og ólínuleika. Lokinn ætti ekki að setja of mikla töf eða yfirskot.

Samþætting hnattloka við tækjabúnað

Samþætting þýðir að tengja stjórnventilinn við skynjara, senda, stýringar og endurgjöfartæki. Nokkur lykilatriði:

• Rennslissendir/rennslismælir mælir raunverulegt flæði og færir það til stjórnandans.
• Stýringin (DCS, PLC, PID reiknirit) ber saman rennslisstillingu og mælt flæði og gefur síðan út stýrimerki.
• Stillingar- / endurgjöfarkerfið tryggir að lokinn nái skipuðu stöðu.
• Þrýsti- eða hitaskynjarar geta verið uppstreymis eða aftan við lokann til að aðstoða við afleiddar lykkjur (td þrýstingsjöfnun).
• Samlæsingar og öryggisrökfræði verða að koma í veg fyrir ranga hegðun ventils við óeðlilegar aðstæður (td bilunar-örugg, neyðarlokun).
• Hægt er að nota framhjá- og forgangsloka til að vernda kerfið eða leyfa viðhald.

Þannig, í kerfishönnun, er hnattlokinn hluti af keðju: skynjari → stjórnandi → stýrimaður/ventill → ferli. Hver hlekkur verður að vera áreiðanlegur, nákvæmur og nógu hraður.

MVR Vaporator: Yfirlit og meginreglur

Til að skilja hlutverk hnattloka í MVR uppgufunartæki, skoðum við fyrst hvað MVR uppgufunartæki er, hvernig það virkar og kerfisíhluti hans.

Hvað er MVR (Mechanical Vapor Recompression) uppgufunartæki

MVR uppgufunartæki er kerfi sem notar vélræna endurþjöppun á gufu til að endurvinna orku í uppgufunarferlum og eykur þar með hitauppstreymi. Í stað þess að nota ferska gufu til að hita fóðrið, tekur MVR-kerfi gufu sem myndast við hlutauppgufun, þjappar henni saman (hækkar þrýsting og hitastig) og notar hana sem upphitunarmiðil til frekari uppgufunar. Þessi lykkja dregur úr ytri gufunotkun og eykur orkunýtingu.

Eins og lýst er í "MVR (Mechanical Vapor Recompression) Kerfi fyrir uppgufun, eimingu og þurrkun," MVR kerfi endurnýta orku sem annars myndi tapast, sem gerir uppgufun skilvirkari. (Tæknilegt upplýsingaskjal, 2019)

Vegna þessa eru MVR uppgufunartæki notaðir í iðnaði sem miðar að því að lágmarka orkunotkun, td styrk fráveituvatns, efnalausnir, lífmassa, mjólkurvörur osfrv. (Myande, The Ultimate Guide to MVR Vaporators).

Hitaafl og orkukostur

Í hefðbundnum fjöl-virkum uppgufunartækjum er gufa notuð í röð áhrifa; aftur á móti hækkar MVR gufu vélrænt upp í hærri entalpíu, sem krefst aðeins rafmagns fyrir þjöppu eða blásara. Þetta leiðir oft til mun minni orkunotkunar. Samkvæmt tækniupplýsingaskjali MVR getur orkusparnaður verið umtalsverður vegna þess að kerfið endurvinnir duldan varma innbyrðis (Technical Information Document, 2019).

Sérstök orkunotkun (í td kWh á hvert tonn af vatni sem gufað upp) er oft minni í MVR en í hefðbundnum gufu-knúnum kerfum. Fjármagnskostnaðurinn er hærri, en heildarlífshagfræði er oft hlynnt MVR, sérstaklega þegar orkuverð er hátt.

Dæmigert skipulag og meiriháttar búnaður

Dæmigerð MVR uppgufunarkerfi inniheldur:

• Fóðurdæla: til að veita fljótandi fóðri til uppgufunartækisins við nauðsynlegan þrýsting.
• Varmaskipti / uppgufunarbúnaður: þar sem vökvinn er hitinn og gufa myndast.
• Þjappa / blásari: til að hækka gufuþrýstinginn og hitastigið.
• Hitaflutningsyfirborð eimsvala eða endurketils: þar sem þjappað gufa þéttist og flytur varma til fóðurhliðarinnar.
• Endurrásardæla / lykkja(í þvinguðu blóðrásarkerfi).
• Skilju / flasstromma: til að aðskilja gufu- og vökvafasa.
• Stjórnlokar og lagnir: fyrir fóðrun, endurrás, gufulosun, hjáveitu og frárennsli.
• Tækjabúnaður: skynjarar fyrir flæði, þrýsting, hitastig, stig, leiðni osfrv.
• Öryggisbúnaður: öryggisventlar, útblásturslokar, afturlokar.

Ferlisflæðið er venjulega: fóður kemur inn → að hluta uppgufun → gufa er þjappað → þjappað gufa þéttist í skiptanum → dulda varmadrifnar uppgufun → gufa er aðskilin og endurdregin eða losuð → þéttur vökvi er dreginn út.

Vegna lokaðrar gufulykkja verður stjórn að stjórna þrýstingi, massajafnvægi og flæði vandlega.

Hlutverk Globe Valve í MVR uppgufunartæki (Ferli og eftirlit)

Nú sameinum við þemun tvö: hnattlokann og MVR uppgufunarbúnaðinn, með áherslu á hvernig hnattlokar starfa innan MVR kerfa undir ferli- og stýringarfræði.

Þar sem hnattloki er notaður í MVR kerfi

Innan MVR uppgufunarkerfis geta hnattlokar verið settir á nokkra stefnumótandi staði:

• Stýring fóðurflæðis: stjórna vökvafæði inn í uppgufunarhlutann.
• Endurrásarstýring: í þvinguðum hringrásarkerfum, stjórnar hringrásardælu eða lykkjuflæði.
• Gufuhjáveiting eða inngjöf: stjórnar gufuflæði eða framhjáhlaupi við ræsingu, hluta-hleðslu eða öryggisatburði.
• Niðurdráttur á vökva: stjórna styrkleika-af línu.
• Loftræsting eða blæðingarstýring: til að fjarlægja ó-þéttanlegar lofttegundir eða viðhalda lofttæmi.
• Aukavatns- eða viðbótarstraumstýring.

Vegna þess að þessir punktar þurfa oft mótun (ekki bara opna/loka), eru hnattlokar náttúrulegir frambjóðendur.

Aðgerðir: Reglugerð, einangrun, framhjáhlaup, stjórnlykkjur

Við skulum íhuga nokkrar lykillykkjur og hvernig hnattlokar virka:

• Fóðurstýringarlykkja: Fóðurflæðið verður að passa við uppgufunargetu. Hnattloki (straumstýringarventill) fær stillipunkt (td æskilegt massaflæði) og stillir tappann til að viðhalda því flæði gegn breytilegum andstreymisþrýstingi eða vökvaþéttleikabreytingum.
• Endurrásarstýringarlykja: Í þvinguðum hringrásarkerfum hefur endurrásarhraði mikil áhrif á hitaflutning og óhreinindi. Endurhringhljóðloki stjórnar lykkjuflæðinu.
• Gufu inngjöf / framhjá: Á tímabundnum eða gangsetningarstigum getur of mikill gufuþrýstingur myndast; hnattloki getur þrengt eða framhjá gufu til að viðhalda stöðugum þrýstingi eða vernda þjöppu.
• Teiknaðu einbeitingarstýringu: Lokinn stjórnar útstreymi óblandaðans vökva þannig að vökvamagn eða styrkur haldist stöðugur.

Hver af þessum lykkjum er ferli- og stjórnlykkja: skynjarar mæla flæði, þrýsting, hitastig eða stig; stýringar ákvarða virkjun; og hnattlokan framkvæmir mótunina.

Meðan á hönnun stendur getur maður búið til fossalykkjur eða feedforward/feedback-stýringu þar sem fóðurventillinn er víkjandi fyrir þrýsti- eða hitalykkju. Lokinn verður að hafa nægt vald og kraftmikið svar til að viðhalda stöðugleika.

Stýringaraðferðir: Fóðurflæði, gufuflæði, þrýstingur, stig

Við skulum skoða nokkrar stjórnunaraðferðir:

• Fóður-gufu jafnvægi: Vegna þess að massavernd verður að halda, verður að passa saman fóðurflæði og gufuflæði. Fallstýringarkerfi getur stjórnað gufuþrýstingi og fóðurkúluventillinn starfar undir skipunum um gufuþrýstingslykkju.
• Þrýstingsstýring: Gufuþrýstingurinn inni í uppgufunartækinu hefur áhrif á suðu og hitaflutning. Gufuþrengjandi hnattloki getur verið hluti af þrýstilykkju til að viðhalda þrýstingi á settpunkti.
• Stigstýring: Stjórna verður vökvabirgðum inni í uppgufunartækinu. Niðurdrepandi hnattloki tryggir stöðugt stig; ef styrkur er mismunandi verður þessi lykkja að laga sig.
• Stjórnun hringrásarlykkju: Hægt er að stjórna hringrásarhnattarlokanum til að viðhalda lágmarkshraða eða hitaflutningsstuðli.

Vegna þess að margar lykkjur geta víxlverkað (td straumlykja hefur víxlverkun við þrýstilykkju), er vandlega stillt og aftengingaraðferðir nauðsynlegar. Lokavirknin (dauður tími, töf, ólínuleiki) hefur áhrif á hversu hart stjórnandinn getur virkað.

Samskipti við önnur tæki (dælur, þjöppur, varmaskipti)

Kúlulokar í MVR kerfum verða að vinna með dælum, þjöppum og varmaskiptum:

• Dælur: Fóður- eða endurrásardælan verður að veita nægan þrýstihæð; lokinn verður að vera í stærð þannig að dælu-lokakerfið falli innan stjórnanlegs aðgerðasvæðis (ekki of nálægt lokun eða bylgjum). Lokinn má ekki ýta dælunni inn í óstöðugt svæði.
• Þjappa / blásari: Við inngjöf á gufu má lokinn ekki valda óstöðugleika uppstreymis (uppstreymis) í þjöppunni. Samhæfing loka- og þjöppustýringar er mikilvæg.
• Álag varmaskipta: Magn þjappaðrar gufu sem þéttist verður að passa við uppgufunarskylduna. Stýrilokarnir stilla flæði þannig að varmaflutningur haldist stöðugur; ef óhreinindi breytast aðlagast stjórnlykkjur með ventlastillingum.
• Endurvinna eða fara framhjá línum: Til að vernda kerfið eða við ræsingu/stöðvun leyfa framhjálínur með hnattlokum aðrar leiðir eða takmarka flæði.

Í stuttu máli er hnattlokinn mótunartæki innan samþætts kerfis. Hönnun þess, viðbrögð og stjórnun verður að skoða í samhengi við öll tæki í MVR.

Samanburðarumræða: Aðrar gerðir ventla og tæki í MVR kerfum

Þó að hnattlokar séu algengir, gegna aðrar lokagerðir og tæki líka hlutverk. Það er lærdómsríkt að bera þær saman.

Kúlu-, fiðrilda- og stingalokur - skipta-af

Kúluventill: oft notað fyrir kveikt/slökkt þjónustu. Þeir bjóða upp á lágt þrýstingsfall þegar þeir eru opnir að fullu, hraðvirka virkjun og þétt þéttingu. Hins vegar er nákvæmni flæðistýringar þeirra lakari en hnattloka („kúlu“ rúmfræðin leiðir til minna línulegrar stjórnunareiginleika) (Wikipedia,Kúluventill).

Fiðrildaventill: hentugur fyrir stórar rörstærðir og með litlum tilkostnaði, en flæðisstýring er minna nákvæm og þrýstingsfall og ókyrrð getur verið hærra vegna skífunnar í flæðisleiðinni (Wikipedia,Fiðrildaventill).

Stengdu loki: Stundum notað í stjórnunarforritum, en almennt óhagstæðari fyrir fína mótun.

Þegar þörf er á nákvæmri stjórnun (eins og í fóðri, gufustýringu í MVR kerfum), eru hnattlokar áfram ákjósanlegir þrátt fyrir hærri kostnað og fall.

Athugunarlokar, öryggisventlar, öryggisventlar

Í MVR uppgufunarlykkjum sér maður einnig:

• Athugaðu lokar: koma í veg fyrir bakflæði, td gufu eða vökva bakflæði. Verður að vera í stærð til að lágmarka þrýstingsfall en einnig bregðast hratt við.
• Öryggislokar: vernda gegn ofþrýstingi í gufurásum; venjulega gorma-hlaðinn og stilltur á að opnast umfram hönnunarþrýsting.
• Þrýstilokar / blásturslokar: fyrir neyðarlosun gufu eða lofttegunda.

Þessir lokar eru sjaldan mótandi - þeir eru hlífðartæki - en tilvist þeirra og náin samhæfing við stýrilokana eru nauðsynleg fyrir öryggi og stöðugleika.

Stjórnaskylda varmaskipta vs ventlaskylda

Í MVR kerfinu sinna varmaskiptar skyldu með því að þétta þjappaða gufu og flytja varma til fóðursins. Lokarnir stjórna massanum og orkuflæðinu. Ójafnvægi í loki getur leitt til ósamræmis í hitaflutningi, óhreinindum eða rekstrarvanda. Þess vegna verður ventilhönnun að taka tillit til þess hvernig álag varmaskipta er breytilegt með tímanum, óhreinindisbreytingar og tímabundin svörun.

Dælur, þjöppur, endurrásartæki

Eins og áður hefur komið fram eru dælur og þjöppur virk tæki og rekstrarferlar þeirra verða að passa við svið og gangverki ventilsins. Endurhringrásartæki (td endurrásardælur, framhjáhlaupslykkjur) geta dregið úr álagi á loka með því að bjóða upp á aðrar leiðir eða stjórna öfgum.

Hagnýt atriði, áskoranir og bestu starfsvenjur

Hönnun og rekstur hnattloka í MVR kerfum (eða öðrum vinnslukerfum) hefur í för með sér margar hagnýtar áskoranir. Hér að neðan eru bestu starfsvenjur og varúðaratriði.

Efnissamhæfi, veðrun, tæring

Vökvar í uppgufunartækjum geta verið ætandi, innihaldið föst efni eða geta verið óhreinindi. Lokahús, tappi, sæti og innréttingar verða að vera smíðaðir úr viðeigandi efnum (td ryðfríu stáli, Hastelloy, tvíhliða o.s.frv.). Fyrir slípiefni eða veðandi slurry þarf herta klippingu eða hlífðarhúð.

Rof getur rýrt yfirborð sætis, búrs og tappa, sem veldur leka eða ófyrirsjáanlegri hegðun. Regluleg skoðun og skipti er mikilvægt.

Viðhald, leki, líftími

Stöngulpakkningarleki er langtímavandamál-; regluleg aðlögun eða endurpökkun gæti verið nauðsynleg. Þéttifletir slitna í gegnum tíðina og leki getur leitt til nema viðhald sé áætlað.

Varabúnaðarsett og sæti ættu að vera við höndina. Viðhaldsaðferðir ættu að tryggja einangrun, þrýstingslækkun, tæmingu og örugga vinnu.

Hitalost, álag á liðum líkama og vélarhlífar

Við miklar-hitabreytingar (gufu, gufu, gangsetningarskilyrði),hitalostgetur átt sér stað. Rannsókn sem ber heitið „Thermal Shock Effects Modeling On A Globe Valve Body-Bonnet Bolted Flange Joint“ gerði fyrirmynd álags á boltaðan flanssamskeyti húss og vélarhlífar (Matheiu o.fl., 2012). Þeir komust að því að varmahalli veldur breytingum á boltaálagi og rétt hönnun verður að taka tillit til aðdráttarkrafta og efnisþenslu (Mathieu, Rit, Ferrari, Hersant, 2012).

Þannig, í kerfum eins og MVR þar sem hitasveiflur eiga sér stað, verða hönnuðir að huga að streitu, þéttleika í liðum og kraftmiklu álagi.

Control Loop Tuning, Anti-Cavitation Trim, Noise Abatement

Stjórnlykkjur verða að vera stilltar með hliðsjón af dauðatíma lokans, ólínuleika og tengingu við aðrar lykkjur. Staðsetningarmenn, endurgjöf og stilling eru nauðsynleg.

Ef hætta er á kavitation, ætti að nota fjöl-þrep eða and-holaskurð. Til að draga úr hávaða getur þurft sérstakar klippingar, hljóðdeyfa eða hljóðeinangrun, sérstaklega fyrir gufu- eða gasflæði.

Stjórnlokahandbækur (Emerson) helga heilu kaflana í hávaða, kavitation og snyrtingu (Emerson,Handbók stjórnloka).

Áreiðanleiki, öryggi, bilunarhamur

Lokar ættu að hafa skilgreindar bilunarstöður (bilunar-opnar, bilunar-lokaðar) í samræmi við öryggi. Til dæmis, ef fóður tapast ætti hnattlokan að bila í öruggu ástandi. Varaafl, stöðuviðbrögð og rökfræðilegir læsingar verða að vera til staðar.

Venjulegar greiningar, heilablóðfallspróf og viðhald hjálpa til við að viðhalda áreiðanleika.

Tilvikslýsing (ímyndað dæmi)

Við skulum íhuga einfaldaðan, ímyndaðan MVR uppgufunarbúnað sem einbeitir saltlausum frárennslisstraumi. Hönnunargeta uppgufunartækisins er að fjarlægja 50 m³/klst af vatni með því að nota MVR þjöppu til að auka gufuþrýstinginn.

• Fóðurstýring: Fóðurkúluventill er settur aftan við fóðurdæluna. Rennslissendir mælir raunverulegt fóðurflæði; stjórnandinn stillir hnattlokann til að viðhalda settpunkti (50 m³/klst.). Lokaklippingin er jöfn-hlutfall til að mæta breytingum á þrýstingi andstreymis.
• Gufu inngjöf: Gufuhnattarloki er settur í útblásturslínuna til að stilla gufuflæði eða hleypa framhjá við sveiflur. Lykkjan tryggir að gufuþrýstingur í uppgufunartækinu haldist stöðugur.
• Endurhringrás: Þvinguð hringrásarlykkja inniheldur endurrásardælu og hnattloka til að stilla hringflæði til að viðhalda markhraða og varmaflutningsstuðli.
• Stýring á niðurfellingu: Óblandaðri vökvatöku-af línu inniheldur hnattloka til að halda stigi í uppgufunartækinu.

Í þessari uppsetningu er allri aðalmótun náð með hnattlokum, samræmdum af stjórnkerfinu. Lykkjustillingin tryggir stöðuga virkni án sveiflna, og andstæðingur-kavítunarskerðing er notuð fyrir gufuinngjöf vegna mikils ΔP.

Við prófun taka verkfræðingarnir eftir því að flansinn sem er boltaður á yfirbyggingu og vélarhlífina á gufustjórnunarhnattarlokanum verður fyrir tímabundnum álagsbreytingum við hraðar hitabreytingar. Með því að nota FEA líkan svipað og í Mathieu o.fl. (2012), stilla þeir forhleðslu bolta og velja viðeigandi sveigjanlegt þéttingarefni til að draga úr álagssveiflum.

Með tímanum er fóðurlokapakkningunni endurpakkað við áætlaða lokun; skipt er um sætisklæðningu eftir ákveðinn fjölda lota. Verksmiðjan nær háum spennutíma og stöðugum rekstri.

Þetta dæmi sýnir hvernig fræðileg hönnun, ferlistýring og hagnýtt viðhald verða að samræmast.

Samantekt og horfur

• A hnattlokier línuleg hreyfistýringarventill sem stjórnar flæði með því að færa tappa í átt að eða í burtu frá sæti, mótandi þversniðssvæði.
• Það er sérstaklega hentugur fyrir vinnslu- og stjórnunarforrit vegna tiltölulega fyrirsjáanlegra stjórneiginleika og mótunargetu.
• Stýring flæðis felur í sér nákvæma hönnun á klippingu, flæðiseiginleikum, meðhöndlun þrýstingsfalls, jöfnun á kraftmiklum krafti og samþættingu við stýrisbúnað og staðsetningarbúnað.
• Í MVR uppgufunarkerfi gegna hnattlokar mikilvægu hlutverki við fóðurstýringu, gufuinngjöf, endurrás, niðurdrátt og framhjáhlaup. Rétt val þeirra og eftirlit er mikilvægt fyrir stöðugan og skilvirkan rekstur.
• Aðrar lokagerðir (kúla, fiðrildi) hafa kosti í kostnaði og stærð, en bjóða venjulega ekki upp á sömu fínu mótunina.
• Hagnýt hönnun verður að taka mið af endingu efnis, kavitation, hávaða, hitaáföllum, áreiðanleika virkjunar, viðhalds og bilunarhættu.
• Teikningarmyndir sýna hvernig hönnun, eftirlit og viðhald renna saman.

Í framtíðarþróun gætum við séð snjalla stjórnloka með innbyggðri greiningu, aðlögunarstýringu eða forspárviðhaldi, sem eykur enn frekar samvirkni hnattloka með flóknum kerfum eins og MVR uppgufunarbúnaði. Ný klippingarefni, aukefnaframleiðsla fyrir klippingar og samþætt ventlaskynjaratæki geta einnig þróast.