Analys av "dödband" i reglerventiler

Deadbands är den främsta orsaken till avvikelser i överdimensionerade processer. Reglerventiler är en stor källa till dödband i en instrumenteringsslinga av en mängd olika skäl, såsom friktion, luftrörelser, spolvridning, dödband i förstärkare eller glidventiler.

Dödband är ett vanligt fenomen och hänvisar till intervallet eller bredden på styrenhetens utdatavärde som inte tillåter att processvariabeln som testas ändras när insignalen ändrar riktning. När en laststörning uppstår avviker processvariabeln från börvärdet. Denna deViation korrigeras sedan genom en korrigerande åtgärd som genereras av styrenheten och återgår till processen. Emellertid kan det hända att en initial ändring i styrenhetens utsignal inte ger en motsvarande korrigerande ändring i processvariabeln. En förändring av en motsvarande processvariabel kommer endast att inträffa om styrenhetens utsignal ändras med en mängd som är tillräckligt stor för att övervinna förändringen i dödbandet.

Om regulatorns utgång ändrar riktning måste regulatorns signal övervinna dödbandet för att producera en korrigerande ändring i processvariabeln. Närvaron av ett dödband i processen innebär att regulatorns utgång måste ökas till en mängd som är tillräckligt stor för att övervinna dödbandet och först då kommer en korrigerande åtgärd att äga rum.

â Orsaker till dödband

Det finns många orsaker till dödband, men friktion och luftrörelse i styrventiler, vridning av spindeln på roterande ventiler och dödband i förstärkare är några vanliga former. Eftersom de flesta modulerande styråtgärder består av små signalförändringar (1 % eller mindre), kanske en styrventil med ett stort dödband inte reagerar på så många små signalförändringar alls. En vältillverkad ventil bör kunna svara på signaler på 1 % eller mindre för att effektivt minska graden av processavvikelse. Det är dock inte ovanligt att ventiler har dödband på 5 % eller större. I en nyligen genomförd anläggningsrevision visade sig 30 % av ventilerna ha mer än 4 % dödband. Över 65 % av de granskade kontrollslingorna hade dödband som var större än 2 %.

● Effekten av dödband

Denna graf representerar ett test med öppen slinga av tre olika reglerventiler under normala processförhållanden. Dessa ventiler får en rad stegingångar från 0,5 % till 10 %. Stegprover under vätskeförhållanden är nödvändiga eftersom dessa förhållanden gör det möjligt att bedöma prestandan för hela styrventilenheten, snarare än bara ventilmanöverdonet som är fallet med de flesta standardtester.

● Prestandatester

Vissa tester av kontrollventilens prestanda är begränsade till att jämföra insignalen med slaget på manöverdonets tryckstång. Detta är missvisande eftersom det ignorerar själva ventilens prestanda.

Det som är avgörande är att mäta ventilens dynamiska prestanda under vätskeförhållanden så att förändringar i processvariabler kan jämföras med förändringar i insignalen till ventilenheten. Om endast ventilspindeln reagerar på en förändring i ventilens insignal, så är detta test av liten relevans eftersom det inte finns någon korrigering för processavvikelser utan en motsvarande förändring i styrvariabeln.

I alla tre ventiltesterna reagerade rörelsen av ställdonets tryckstång väl på förändringar i insignalen. Å andra sidan skilde sig ventilerna avsevärt i sin förmåga att ändra flödeshastigheten som svar på en förändring i insignalen.

Ventil A, processvariabeln (flödeshastighet) svarar bra på en insignal så liten som 0,5 %.

Ventil B, kräver en förändring i insignalen på mer än 5 % innan den börjar reagera väl på varje insignalsteg.

Ventil C, betydligt värre, kräver en signalförändring på mer än 10 % innan den börjar svara bra på varje insignalsteg.

Sammantaget är förmågan hos ventiler B eller C att förbättra processavvikelsen mycket dålig.

● Friktion

Friktion är en viktig orsak till dödband i reglerventiler. Roterande ventiler är mycket känsliga för friktion orsakad av den höga sätesbelastningen som krävs för tätning. För vissa tätningstyper krävs höga sätesbelastningar för att erhålla en stängningsgrad. På grund av de höga friktionskrafterna och den låga drivtöjningsstyvheten vrids ventilens axel och kan inte överföra rörelse till styrelementet. Som ett resultat av detta kan en dåligt utformad vridventil uppvisa ett stort dödband som helt klart har en avgörande inverkan på graden av processavvikelse.

Tillverkare smörjer vanligtvis tätningarna på roterande ventiler under tillverkningsprocessen, men efter bara några hundra cykler slits smörjskiktet av. Dessutom kan tryckinducerade belastningar också orsaka tätningsslitage. Resultatet är att för vissa ventiltyper kan ventilfriktionen öka med 400 % eller mer. Detta gör det tydligt att slutsatser som dras om prestanda genom att använda data från standardtyper för att utvärdera ventiler innan vridmomentet har stabiliserats är missvisande. Ventilerna B och C visar att dessa högre friktionsvridmomentfaktorer kan ha en förödande effekt på en reglerventils prestanda.

Packningsfriktion är den huvudsakliga källan till friktionsventiler för indirekt slaglängd. I dessa typer av ventiler kan den uppmätta friktionen variera avsevärt beroende på ventilens form och packningskonfiguration.

Detta gap kan orsaka diskontinuiteter i rörelsen när enheten ändrar riktning. Luckor uppstår vanligtvis i enheter med olika konfigurationer av växlar. Manöverdon för kuggstång och kugghjul är särskilt känsliga för döda band på grund av spel. Vissa ventilspindelanslutningar har även problem med dödband.

Även om friktionen kan reduceras avsevärt genom en bra ventilkonstruktion, är det ett svårt problem att helt eliminera. En väldesignad och tillverkad reglerventil ska kunna eliminera dödband på grund av spelrum. För att uppnå optimala resultat genom att reducera processavvikelser, bör det totala dödutrymmet för hela ventilaggregatet vara mindre än eller lika med 1 %, med det ideala resultatet så lågt som 0,25 %.