Неправильное поведение дисковых поворотных затворов с приводом и позиционером в следствие нелинейных требований к крутящему моменту и ошибок в подборе оборудования или монтажа.
Являясь подписчиком на статьи и издания в сфере трубопроводной запорной арматуры, мы натолкнулись на интересную статью, в которой европейская компания столкнулась с проблемой в эксплуатации дисковых поворотных затворов, - неправильно подобранный пневмопривод с установленным позиционером привело к неправильному поведению дискового поворотного затвора при его эксплуатации на действующем трубопроводе предприятия. Эксперты компании изготовителя исследовали почему дисковый поворотный затвор при определенных углах поворота диска самопроизвольно открывался, либо закрывался.
Считаем, что статья будет полезна инженерам компаний эксплуатирующих в своей деятельности запорную арматуру. Так как помимо решения конкретно данной проблемы, содержит перечень всех возможных ошибок, ведущих к неправильной работе дисковых поворотных затворов и прочей схожей запорной арматуры. Первоисточник англоязычного текста статьи находиться на сайте www.controlglobal.com колонка Control's Ask The Experts. На обращение инженера компании столкнувшейся проблемой эксплуатации затвора отвечают консультанты и редакторы руководства для инженеров по приборам и автоматике (IAEH).
Вопрос: У нас есть 3-эксцентриковый регулирующий дисковый поворотный затвор Samson для пара, с металлическим уплотнением, BR 31a (Pfeiffer) SRP 150-4 (нормально закрытый), пневмопривод, угол поворота 90 ° (± 4 °) и позиционер 3731-321 00421 100010000 01, обслуживаемый фильтром 4708 с регулятором. затвор устанавливается между дисковыми поворотными дисками с байпасом. Максимальный расход 10 тонн / час; давление пара на входе (макс.) составляет 17,6 бар (1,76 Мпа); температура среды составляет 200 ° С; и Cv затвора составляет 400 (примечание: Сv – галлонов в минуту соответствует принятому у нас значению Кv = 341,2 м3/час). Когда нет потока, затвор работает правильно, но при наличии потока, когда мы или автоматический контроллер запрашиваем открытие больше 15%, он внезапно открывается полностью (100%). Мне нужна ваша помощь, чтобы понять, почему это происходит. При отсутствии потока, когда мы подаем команду открытия, а затем команду закрытия на арматуру, результаты были удовлетворительными. Это означает, что с пружиной все в порядке. Если клапан открывается и закрывается автоматически (самопроизвольно), то что это значит? Является ли позиционер причиной? Автоматика управляющая процессом сигнализирует, что самопроизвольное закрытие происходило несколько раз без какой-либо команды на клапан. В данный момент нет никакого воздушного давления на пневмопривод для затвора, но затвор не полностью закрыт.
Ответ: Во-первых, позвольте мне сделать несколько общих замечаний. Только при отверстиях 0 ° и 90 ° давление одинаково с обеих сторон дискового затвора. Между 0 ° и 90 °, осевая нагрузка на крыло диска, которое повернуто к стороне впуска, больше, чем нагрузка на крыло диска на стороне ниже по потоку. Эта разница называется неуравновешенным, или гидравлическим, крутящим моментом, и его величина является функцией перепада давления и диаметра диска.
Привод управляющий затвором должен обладать достаточной мощностью, чтобы преодолеть несбалансированный крутящий момент и, кроме того, преодолеть трение подшипников и уплотнения на валу клапана. Общее количество известно, как комбинированный крутящий момент. Суммарный крутящий момент, необходимый для открытия клапана, больше, чем тот, который требуется для закрытия клапана, поскольку несбалансированный крутящий момент помогает закрыть клапан. Эта разница известна как гистерезис крутящего момента рисунок 1.
Фактически, когда диск закрывается, крутящий момент может стать отрицательным где-то в 30–35 ° от закрытого положения, и клапан будет стремиться закрыться сам. Характеристики крутящего момента также указывают на то, что при открытии примерно 75-80 ° крутящие моменты как при открытии, так и при закрытии максимально увеличиваются. Выше этого угла поворота крутящий момент быстро стремится к нулю. Таким образом, характеристики крутящего момента сильно нелинейны. Они создают значительную нагрузку на привод автоматизированного дискового затвора, поскольку он должен выдерживать резкое увеличение и уменьшение крутящего момента, а также положительные и отрицательные силы.
Типичные кривые крутящего момента для обычных симметричных, 2-х эксцентриковых и дисков затворов с тройным эксцентриситетом на рисунке 2.
Производители обычно оценивают требования к крутящему моменту для различных конструкций дисковых затворов, поскольку они подвержены очень большому количеству переменных. Необходимо следовать рекомендациям производителя для выбора подходящего размера привода, необходимого для работы определенного затвора. Лучше быть внимательным при определении размеров дисковых затворов, потому что крутящий момент при работе часто может быть больше, чем прогнозировалось.
Ответ на ваш вопрос, в том, что при отсутствии потока пара в трубопроводе при подаче сигнала на открытие затвора (пневмопривод исправен, давление воздуха подается, пружина сжимается). Следовательно, силы трения подшипников и уплотнения действуют, чтобы противостоять движению (Fr). Сила давления воздуха в приводе (Fa = давление воздуха на площадь поршня) действует, чтобы открыть затвор. При этом сила пружины (Fs) противодействует открытию диска. Таким образом, когда нет потока пара, равновесие сил в установившемся режиме равно Fa = Fs + Fr. Когда затвор открываться без потока пара в трубопроводе, сила Fa должно преодолеть противодействующие силы трения и сопротивления пружины. Если в трубопроводе присутствует поток пара он генерирует несбалансированную гидродинамическую крутящую силу (Fh) и к этому уравнению добавляется еще одна переменная которая в зависимости от положения диска может иметь как положительную, так и отрицательную величину и она так же пытается закрыть, либо способствует открытию диска. Итоговое уравнение равновесия сил имеет вид (Fa = Fs + Fr ± Fh).
Если при определенном открытии клапан самопроизвольно открывается или закрывается, это означает, что-либо привод (Fa), либо сила пружины (Fs) достигли своего предела. Другими словами, у вас, вероятно, недостаточно мощный привод на затворе неспособный адекватно компенсировать изменяющуюся гидродинамическую крутящую силу, создаваемую перепадом давления потока рабочей среды в затворе или слабая возвратная пружина на пневмоприводе.
Так же следует проверить оборудование на следующие причины:
Есть только пять типов сбоев, которые могут вызвать эту проблему. Мы столкнулись с аналогичными проблемами с другим производителем из Италии в области применения пара при высокой температуре и давлении. Устраните их один за другим, начав с простых и очевидных):
1. Определение мощности привода для преодоления требований к моменту открытия при высокой температуре и максимальном / минимальном падении давления. Проверьте работу позиционера для калибровки. Также проверьте направление потока. Когда поток среды отсутствует и оборудование холодное, все может работать идеально, но, когда подается горячая рабочая среда, он может начать работать некорректно.
2. Проверьте фланцы трубопровода и прокладки на наличие помех, препятствующих движению диска.
3. Учитывайте тепловое расширение диска из-за повышения температуры, проверьте отсутствие зазора в горячем состоянии. Кроме того, проверьте помехи седла в горячем состоянии. Когда вал подвергается тепловому расширению либо из-за высокого давления, он может искривляться. Убедитесь, что вал не вызывает эту проблему.
4. Иногда материалы уплотнения и корпуса, втулки либо подшипники на валу не соответствуют температуре рабочей среды. Если это стандартный подшипник из нержавеющей стали 316, замените его на втулки из тантала или других специальных исполнений для высокой температуры.
5. Возможно, позиционер неправильно настроен или неисправен. Если он имеет манометры, соблюдайте соотношение между входным сигналом и давлением воздуха на приводе. Изогнутые трубки между позиционером и приводом ограничат поток и вызовут медленный отклик. Проблема может быть связана с недостаточным или неисправным электромагнитным клапаном блокировки в этой трубке. Даже недостаточный регулятор подачи или воздушный фильтр с пробками может быть проблематичным. Если коротко то, проверьте всю установку на наличие проблем. Нам известны проблемы, вызванные застраиванием инструментов в корпусах затворов, замерзанием воды в мокром воздухе, корпусами затворов, искаженными из-за чрезмерных усилий при выравнивании трубопроводов, слабыми связями между приводами и валами клапанов, приводами, заполненными водой или инородными материалами в них, и заклиниванием в связи с приводом. Тщательное наблюдение и тестирование помогут найти причину.
Как видно из вопроса к эксперту и его ответу инженеру в статье. Проблема скорее всего была вызвана неправильно подобранным приводом, который не мог справляться с переменной величиной комбинированного крутящего момента. Из-за гидродинамической крутящей силы при определенном угле открытия диска, управляющее оборудование не справлялось, со своим функционалом и вся система работала не корректно.
Если у вас имеются какие-либо вопросы по подбору запорной арматуры, редукторов и приводов к ней. Вы можете всегда обратиться к нашим инженерам в отдел комплектации компании ООО «РГК «ПАЛЮР».