Wat is een pneumatische bedieningsklep?

Abstract: Als belangrijk industrieel automatiseringsbesturingsapparaat wordt een pneumatische regelklep veel gebruikt in vele gebieden zoals de chemische industrie, aardolie, elektriciteit, metallurgie enzovoort. Het gebruikt perslucht als energiebron, in combinatie met een elektrische kleppositieregelaar en actuator, om de precieze controle van procesparameters zoals mediumstroom en druk in de pijpleiding te realiseren. In dit document zullen we in detail de structurele samenstelling, het werkingsprincipe, de toepassingseigenschappen, de foutstatus, de foutoplossing en het belang ervan in de industriële productie van pneumatische regelkleppen introduceren.

Een pneumatische regelklep bestaat voornamelijk uit de volgende onderdelen:

1. pneumatische actuator:
   dit is de kerncomponent van de pneumatische regelklep, verantwoordelijk voor het ontvangen van signalen van het besturingssysteem (zoals PLC) en het omzetten ervan in mechanische actie. Een pneumatische actuator omvat meestal een pneumatisch membraan, een veer, een actuator en klepsteelcomponenten.
2. regelklephuis:
   inclusief de klepsteel, klepzitting en het klephuis zelf. De klepsteel en zitting zijn de belangrijkste componenten om het smooreffect te realiseren, ze regelen de stroom en druk van het medium door de relatieve positieverandering.
3. kleppositieregelaar:
   gebruikt om de precisie van de klepbesturing te verbeteren. De positieregelaar volgt het signaal van de klepsteelslag om de nauwkeurigheid en stabiliteit van de klepwerking te garanderen.
4. accessoires:
   zoals filterdrukreductieventiel, magneetventiel, handbedieningsapparaat, enz., gebruikt om de normale werking van het systeem te ondersteunen.

Het werkingsproces van de pneumatische regelklep kan in de volgende stappen worden verdeeld:

1. Signaalontvangst en -conversie:
   de pneumatische regelklep ontvangt via het besturingssysteem (zoals PLC) stroomsignalen of analoge signalen, deze signalen worden omgezet in pneumatische signalen via de elektrische kleppositieregelaar of converter. Een veelvoorkomend 4-20mA stroomsignaal kan bijvoorbeeld worden omgezet in een 0,02-0,1MPa pneumatisch signaal via de kleppositieregelaar. Deze conversie stelt de pneumatische actuator in staat om overeenkomstige acties uit te voeren op basis van veranderingen in het ingangssignaal.

2. Actuatoractie

   Wanneer het pneumatische signaal de pneumatische dunne-film actuator binnengaat, duwt de perslucht het membraan om uit te zetten, wat op zijn beurt de actuator en klepsteel duwt, waardoor de klepsteel wordt verplaatst en de opening van de klep verandert. Specifiek:

   • Wanneer het luchtdruksignaal toeneemt, beweegt de duwstang omhoog, waardoor de klepsteel en klepsteel omhoog bewegen en de klep wijd opent;
   • Wanneer het luchtdruksignaal afneemt, beweegt de duwstang omlaag, waardoor de klepsteel en klepsteel omlaag bewegen, de klep sluit klein.
3. De rol van de kleppositieregelaar

   De kleppositieregelaar past de werking van de pneumatische actuator in realtime aan op basis van het slagterugkoppelsignaal van de klepsteel om ervoor te zorgen dat de opening van de klep consistent is met het ingangssignaal. Wanneer het terugkoppelsignaal in evenwicht is met het ingangssignaal, stopt de klep met bewegen, waardoor de nauwkeurigheid en stabiliteit van de regeling worden gewaarborgd.

   • Positieve positieregelaar: Wanneer het ingangssignaal toeneemt, neemt de luchtdrukuitgang naar de membraankop toe, zodat de klepopening toeneemt.
   • Negatieve positieregelaar: wanneer het ingangssignaal toeneemt, neemt de luchtdrukuitgang naar de membraankop af, zodat de klepopening afneemt.

   De selectie van de positieregelaar moet worden afgestemd op de specifieke vereisten van de actuator en de regelklep om de stabiliteit en betrouwbaarheid van het systeem te garanderen.

4. Reguleren van mediumstroom en -druk

   De voordrukklep wordt veranderd in de na-drukklep door het smooreffect van de klepsteel en zitting. Het specifieke aanpassingsproces is als volgt:

   • Drukregeling: P2 wordt via de pijpleiding in de bovenste membraankamer ingevoerd en werkt op de bovenste schijf, de resulterende kracht is in evenwicht met de reactiekracht van de veer, die de relatieve positie van de klepsteel en zitting bepaalt, waardoor de druk na de klep wordt geregeld. Wanneer P2 toeneemt, neemt de kracht op de bovenste schijf toe, overwint de veerkracht, sluit de klepsteel, vermindert het stroomoppervlak, verhoogt de stroomweerstand en P2 neemt af totdat deze de ingestelde waarde bereikt.
   • Stroomregeling: Door de relatieve positie van de klepsteel en zitting te veranderen, wordt het stroomoppervlak van het medium geregeld, waardoor de stroom wordt geregeld. Wanneer het nodig is om de stroom te verhogen, wordt de klep geopend; wanneer het nodig is om de stroom te verminderen, wordt de klep gesloten.
5. Terugkoppeling en regeling.

   In het hele aanpassingsproces zal de klepopening veranderen, de terugkoppelhendel geeft de positieregelaar een realtime terugkoppelsignaal. De positieregelaar past zich aan op basis van dit terugkoppelsignaal om de nauwkeurigheid en stabiliteit van de klepwerking te garanderen. Wanneer het terugkoppelsignaal in evenwicht is met het ingangssignaal, stopt de klep met bewegen en behoudt deze de huidige openingsgraad.

6. Pneumatische actuatoractievorm
   • Positieve actie: Wanneer de ingangsluchtdruk van de pneumatische actuator toeneemt, beweegt de actuator naar beneden, wat positieve actie wordt genoemd.
   • Negatieve actie: Wanneer de ingangsluchtdruk van de pneumatische actuator toeneemt, beweegt de duwstang omhoog, wat negatieve actie wordt genoemd.
7. Voorwaartse en achterwaartse belasting van het regelmechanisme
   • Positief-belastingsklep: Wanneer de klepsteel naar beneden beweegt, neemt het dwarsdoorsnedegebied van de stroom tussen de klepsteel en de klepzitting af.
   • Negatief-belastingsklep: Wanneer de klepsteel naar beneden beweegt, neemt het dwarsdoorsnedegebied van de circulatie toe.
8. pneumatische actuatoractievorm
   • Air to Open (Air to Open, A.O.): wanneer de signaaldruk toeneemt, opent de klep geleidelijk; wanneer er geen signaal is, sluit de klep.
   • Air to Close, A.C.: Wanneer de signaaldruk toeneemt, wordt de klep geleidelijk gesloten; wanneer er geen signaal is, is de klep volledig open.

Pneumatische regelklep heeft de volgende significante voordelen, waardoor deze veel wordt gebruikt in industriële automatiseringsbesturingssystemen:.

1. Eenvoudige bediening:
   de bediening en het onderhoud van pneumatische regelkleppen is relatief eenvoudig, zonder de noodzaak van complexe elektronische circuits, waardoor de uitvalfrequentie en onderhoudskosten worden verlaagd.
2. Snelle respons:
   vanwege de snelle reactiesnelheid van perslucht, kunnen pneumatische regelkleppen in korte tijd worden voltooid van de ontvangst van instructies tot de implementatie van het hele actieproces, waardoor de reactiesnelheid van het systeem wordt verbeterd.
3. Intrinsiek veilig:
   pneumatische regelkleppen zijn niet afhankelijk van elektrische aandrijving, om het risico van elektrische vonken te vermijden, vooral voor brandbare en explosieve plaatsen.
4. Sterke aanpasbaarheid:
   pneumatische regelklep kan gas, stoom, vloeistof en andere media reguleren, geschikt voor verschillende werkomstandigheden.
5. Lange levensduur:
   de structuur van de pneumatische regelklep is redelijk ontworpen, de materiaalkeuze is uitstekend, met een hoge duurzaamheid en betrouwbaarheid, en kan lange tijd stabiel werken.
6. Energiebesparing en hoge efficiëntie:
   door precieze controle van de mediumstroom en -druk kan de pneumatische regelklep effectief energie besparen en de productie-efficiëntie verbeteren.

Pneumatische regelkleppen worden veel gebruikt in de volgende industrieën en gelegenheden:

1. chemische industrie:
   gebruikt om de stroom en druk van materialen in de chemische reactor te regelen, om de stabiliteit en veiligheid van de reactieomstandigheden te garanderen.
2. aardolie-industrie:
   gebruikt in oliebronnen, olieraffinaderijen en andere plaatsen om de stroom en druk in de olie- en gastransmissiepijpleiding te regelen, om de veiligheid en stabiliteit van het productieproces te garanderen.
3. elektriciteitsindustrie:
   gebruikt in het watertoevoersysteem van de ketel en het stoomregelsysteem van de thermische centrale om de stabiliteit en efficiëntie van de ketelwerking te garanderen.
4. metallurgische industrie:
   gebruikt in hoogovens, converters en andere apparatuur koelwatersysteem, gasregelsysteem, enz., om de veiligheid en stabiliteit van het productieproces te garanderen.
5. Farmaceutische industrie:
   Het wordt gebruikt voor allerlei soorten materiaaltransport en -regeling in het proces van farmaceutische productie, om de nauwkeurigheid en hygiënestandaard van het productieproces te garanderen.

Afhankelijk van de vorm van actie worden pneumatische kleppen meestal verdeeld in gas-open en gas-gesloten. Lucht open en lucht gesloten selectie op basis van de veiligheid van het productieproces, dat wil zeggen, in de luchtbron afgesneden, de klep zich in de gesloten positie bevindt, is veiliger of de open positie is veiliger.

Air to open type (Air to Open) klep in de membraankop luchtdruk toeneemt, de klep om de richting van de toegenomen actie te openen, wanneer de ingangsluchtdruk de bovengrens bereikt, bevindt de klep zich in een volledig open toestand. Omgekeerd, wanneer de luchtdruk afneemt, werkt de klep in de richting van sluiten, en wanneer er geen ingangslucht is, is de klep volledig gesloten. Daarom worden lucht-open type kleppen soms fail to close (Fail to Close, FC) genoemd.

Air to Close (Air to Close) kleppen werken in de tegenovergestelde richting van Air to Open. Luchtdruk neemt toe, de klep om de richting van de actie te sluiten; luchtdruk neemt af of geen ingang, de klep om de richting of volledig open toestand te openen. Daarom wordt het soms fail to open type (Fail to Open, FO) genoemd.

Regelkleppen kunnen tijdens de werking verschillende storingen tegenkomen, vooral in het geval van onderbreking van de luchtbron of het elektrische signaal. Om de veiligheid van het systeem te garanderen, worden regelkleppen meestal ontworpen met verschillende methoden voor het afhandelen van storingen:

1. FC (Fail to Close):
   De klep sluit automatisch wanneer de gasbron of het elektrische signaal verloren gaat. Geschikt voor toepassingen waar veilige uitschakeling vereist is in geval van een storing, zoals regelkleppen op brandstofgasleidingen.
2. FO (Fail to Open):
   De klep opent automatisch wanneer de gasbron of het elektrische signaal verloren gaat. Geschikt voor toepassingen waar veilige opening vereist is in geval van een storing, bijvoorbeeld noodontluchtingskleppen.
3. FL (Fail to Last Position):
   Wanneer de luchtbron of het elektrische signaal verloren gaat, blijft de klep in zijn huidige positie. Geschikt voor toepassingen waar geen onmiddellijke reactie op een storing vereist is.
4. FLC (Fail to Last Position with Closing Trend):
   Wanneer de luchtbron of het elektrische signaal verloren gaat, houdt de klep de positie vast maar neigt te sluiten en sluit uiteindelijk. Geschikt voor toepassingen die een langzame sluiting vereisen in geval van een storing.
5. FLO (Fail to Last Position with Opening Trend, behoud de oorspronkelijke positie en neig om te openen):
   wanneer de gasbron of het elektrische signaal verloren gaat, behoudt de klep de positie maar neigt te openen en uiteindelijk open. Geschikt voor toepassingsscenario's die een langzame opening vereisen in geval van een storing.
6. AFL/EFC (Advanced Fail to Close)
   • AFL/EFC-1: Verlies van luchttoevoer magneetventiel niet spanningsloos, klep houdt positie.
   • AFL/EFC-2: Ongeacht of de gasbron verloren is gegaan, het magneetventiel is spanningsloos, de klep bevindt zich in de gesloten positie.
7. AFL/EFO (Advanced Fail to Open)
   • AFL/EFO-1: Verlies van luchttoevoer magneetventiel is niet spanningsloos, klep houdt positie.
   • AFL/EFO-2: De klep bevindt zich in de open positie, ongeacht of de luchtbron verloren is gegaan, de magneet is spanningsloos.

1. 1, de pneumatische klep kan niet werken

   Foutverschijnsel: pneumatische klep kan niet openen of sluiten.

   Oorzaakanalyse

   • A, onvoldoende gasdruk of gasleidingblokkade: de werking van de pneumatische klep is afhankelijk van een stabiele gasdruk. Als de gasbronndruk onvoldoende is of er een blokkade in de gasleiding is, zal dit ertoe leiden dat de klep niet normaal kan werken.
   • B, magneetventielfout: magneetventiel is een belangrijk onderdeel van het pneumatische klepbesturingssysteem. Als de magneetventielspoel doorbrandt of de klepsteel vastzit, heeft dit direct invloed op de werking van de pneumatische klep.
   • C, actuatorfout: de zuiger of cilinder in de actuator vastgelopen of intern lekkageverschijnsel, zal er ook toe leiden dat de pneumatische klep niet goed kan werken.
   • D, onzuiverheden of blokkade in het klephuis: er kunnen onzuiverheden of blokkades in het klephuis zitten, die het stroompad beïnvloeden, wat ertoe leidt dat de klep niet normaal kan worden geopend of gesloten.

   Eliminatiemethoden

   • A. Controleer of de gasbronndruk en gasleiding normaal zijn, repareer deze zo nodig op tijd. Zorg ervoor dat de druk van de luchtbron voldoet aan de ontwerpeisen, reinig of vervang de verstopte onderdelen in het luchtcircuit.
   • B. Vervang het magneetventiel of reinig de klepsteel. Controleer regelmatig de werkstatus van het magneetventiel, tijdige detectie en behandeling van storingen.
   • C, Controleer de actuator, zoals zuiger, cilinder, enz. op schade of interne lekkage, als er onderdelen beschadigd zijn, vervang deze dan op tijd. Smeer regelmatig de bewegende delen van de actuator om slijtage te verminderen.
   • D, Reinig de binnenkant van het klephuis om ervoor te zorgen dat het stroompad soepel verloopt. Besteed tijdens de installatie en het gebruik aandacht aan het schoonhouden van het medium om te voorkomen dat onzuiverheden in het klephuis komen.
2. 2, pneumatische klep langzame werking

   Foutverschijnsel: pneumatische klepopening of sluitsnelheid is traag.

   Oorzaakanalyse

   • A. Onvoldoende druk van de gasbron of blokkade van de gasleiding: Onvoldoende druk van de gasbron of blokkade van de gasleiding zal leiden tot een langzame werking van de pneumatische klep.
   • B. Overmatige wrijving in de actuator: Overmatige wrijving tussen de zuiger en de cilinderwand in de actuator, of veroudering van de afdichtingen, kan leiden tot een langzame pneumatische klepwerking.
   • C. Onzuiverheden of verstopping in het klephuis: er kunnen onzuiverheden of verstoppingen in het klephuis zitten, die het soepele stroompad beïnvloeden, wat leidt tot een langzame pneumatische klepwerking.

   Eliminatiemethoden

   • A. Controleer of de luchtdruk en het luchtcircuit normaal zijn, repareer deze zo nodig op tijd. Zorg ervoor dat de luchtdruk voldoet aan de ontwerpeisen, reinig of vervang de geblokkeerde onderdelen in het luchtcircuit.
   • B. Smeer de actuator en vervang onderdelen die versleten zijn. Smeer regelmatig de bewegende delen van de actuator om wrijving te verminderen.
   • C. Reinig de binnenkant van het klephuis om ervoor te zorgen dat het stroompad soepel verloopt. Besteed tijdens de installatie en het gebruik aandacht aan het schoonhouden van het medium om te voorkomen dat onzuiverheden in het klephuis komen.
3. 3, pneumatische kleplekkage

   Foutverschijnsel: pneumatische klep in de gesloten toestand heeft nog steeds mediumlekkage.

   Oorzaakanalyse

   • A, afdichtingsschade of veroudering: afdichtingen (zoals O-ring, pakking) schade of veroudering, kan leiden tot pneumatische klep in de gesloten toestand nog steeds mediumlekkage.
   • B, de klephuisverbindingen los of slechte afdichting: klephuisverbindingen los of slechte afdichting kan ook leiden tot pneumatische kleppen in de gesloten toestand nog steeds mediumlekkage.
   • C. Lekkage in de actuator: lekkage van de cilinder of zuiger in de actuator heeft invloed op de afdichtingsprestaties van de pneumatische klep.

   Eliminatiemethoden

   • A. Vervang beschadigde of verouderde afdichtingen. Controleer regelmatig de status van de afdichtingen, tijdige detectie en behandeling van het probleem.
   • B. Draai de klephuisverbindingen vast om een goede afdichting te garanderen. Volg tijdens de installatie de bedieningsprocedures strikt op om de afdichtingsprestaties van de verbindingen te garanderen.
   • C, Controleer de binnenkant van de actuator, als er lekkage is, repareer of vervang de onderdelen op tijd. Controleer regelmatig de afdichtingsprestaties van de actuator om lekkageproblemen op tijd te vinden en aan te pakken.
4. 4, pneumatische kleppositionering onnauwkeurig

   Foutverschijnsel: pneumatische klep kan de vooraf ingestelde schakelpositie niet bereiken.

   Oorzaakanalyse

   • A, positieregelaarfout of onjuiste afstelling: positieregelaar is een belangrijk onderdeel van het pneumatische klepbesturingssysteem. Als de positieregelaar defect is of onjuist is afgesteld, bereikt de pneumatische klep de vooraf ingestelde schakelpositie niet.
   • B. Onvoldoende of onjuist afgestelde pneumatische actuator slag: Onvoldoende of onjuist afgestelde pneumatische actuator slag kan er ook toe leiden dat de pneumatische klep de vooraf ingestelde schakelpositie niet bereikt.

   Probleemoplossingsmethoden

   • A. Controleer of de positieregelaar defect is of onjuist is afgesteld en vervang of stel deze zo nodig opnieuw af. Kalibreer de positieregelaar regelmatig om ervoor te zorgen dat deze in goede staat verkeert.
   • B. Controleer of de pneumatische actuatorslag onvoldoende of onjuist is afgesteld, pas zo nodig onderdelen aan of vervang ze. Controleer regelmatig de slag van de pneumatische actuator om ervoor te zorgen dat deze voldoet aan de ontwerpeisen.
5. 5, Andere fouten
   1. 5.1 Klepactie begint te springen

      Foutverschijnsel: het begin van de klepactie springt.

      Oorzaakanalyse: de belasting kan te groot zijn, de specificaties van de actuator moeten worden verhoogd.

      Eliminatiemethode: selecteer op basis van de werkelijke belasting de juiste specificaties van de actuator om ervoor te zorgen dat deze aan de belastingseisen kan voldoen.

   2. 5.2 Springen aan het einde van de klepactie

      Foutverschijnsel: springverschijnsel aan het einde van de klepactie.

      Oorzaakanalyse: de actie kan te snel zijn, de traagheid kan te groot zijn, de noodzaak om het snelheidsregelventiel of de externe buffer te vergroten.

      Eliminatiemethoden: in het pneumatische systeem om het snelheidsregelventiel of het externe bufferapparaat te vergroten, de snelheid van de actie te verminderen, de impact van de traagheidsenergie te verminderen.

   3. 5.3 Geen signaal terug naar het signaal

      Foutverschijnsel: geen signaaluitvoer terug naar het signaal.

      Oorzaakanalyse: de signaalvoedingslijn kan kortgesloten zijn, losgekoppeld, de noodzaak om de voedingslijn te repareren of de microschakelaar te vervangen.

      Oplossing: Controleer de signaalvoedingslijn, repareer de kortsluiting of de onderbroken stroomkring en vervang de microschakelaar indien nodig.