Пропорциональные клапаны и сервоклапаны — как подобрать под расход и сигнал управления
Дискретный распределитель, пропорциональный клапан, сервоклапан и регулирующий клапан с приводом решают разные задачи. Разбор трёх групп, расчёта по расходу при рабочем перепаде и согласования сигнала.
Клапан с дискретным управлением либо открыт, либо закрыт, и подбирается по проходу и давлению. Клапан с пропорциональным управлением держит заданное промежуточное положение и подбирается ещё и по сигналу управления, расходной характеристике и требуемому времени отработки. Подмена одного типа другим — частая причина того, что контур не выходит на уставку или начинает колебаться.
Ниже разобраны три группы устройств — распределители с дискретным управлением, пропорциональные и сервоклапаны, регулирующие клапаны с приводом, — и то, что сверяют по расходу, сигналу и среде до заказа.
Три группы устройств и их задачи
Распределители с дискретным управлением. Задают направление потока по команде «включено — выключено». Обозначаются числом линий и числом положений: исполнение 5/2 имеет пять линий и два положения, 3/2 — три линии и два положения. Возврат в исходное положение выполняется пружиной либо второй электромагнитной катушкой. Применяются там, где рабочий орган должен перемещаться между двумя крайними положениями.
Пропорциональные клапаны и сервоклапаны. Положение золотника задаётся аналоговым сигналом, и расход меняется плавно. Пропорциональный клапан отрабатывает сигнал с умеренной точностью и применяется для управления скоростью и усилием. Сервоклапан имеет встроенную обратную связь по положению золотника, отрабатывает сигнал быстрее и точнее и применяется в контурах позиционирования и управления усилием, где требуется высокое быстродействие. Цена и требования к чистоте рабочей жидкости у сервоклапана существенно выше.
Регулирующие клапаны с приводом. Запорно-регулирующий орган с пневматическим или электрическим приводом и, как правило, с позиционером. Применяются на технологических линиях для поддержания расхода, давления или температуры по сигналу от регулятора. Подбираются по пропускной характеристике и условному проходу, а не по диаметру трубы.
Доступные исполнения собраны в разделе гидрораспределителей и клапанов: пневмораспределители Airtec и SMC, пропорциональные клапаны Bosch Rexroth, сервоклапаны Moog, регулирующие клапаны SAMSON и Honeywell, клапаны Parker и Eaton.
Сравнение групп
| Параметр | Дискретный распределитель | Пропорциональный клапан | Сервоклапан | Регулирующий клапан с приводом |
|---|---|---|---|---|
| Сигнал управления | дискретный, 24 В | аналоговый, ток или напряжение | аналоговый с обратной связью | аналоговый на позиционер |
| Промежуточное положение | нет | есть | есть, с высокой точностью | есть |
| Требования к чистоте среды | умеренные | повышенные | высокие | по среде линии |
| Быстродействие | десятки миллисекунд | десятки миллисекунд | единицы миллисекунд | секунды |
| Типовое применение | перемещение между крайними положениями | управление скоростью и усилием | позиционирование, контуры с высокой динамикой | поддержание расхода, давления, температуры |
| Что определяет подбор | проход, давление, схема линий | расход при перепаде, сигнал | расход, полоса пропускания | пропускная способность, характеристика |
Что сверяют по расходу и давлению
- Расход при рабочем перепаде. Для распределителей и пропорциональных клапанов расход указывается при определённом перепаде давления на устройстве. При меньшем перепаде фактический расход ниже паспортного, и скорость механизма не достигается — это основная ошибка подбора по «номинальному расходу».
- Условный проход и присоединение. Номинальный размер и тип присоединения — резьбовое, фланцевое или монтаж на плиту. Монтажные плиты разных типоразмеров не взаимозаменяемы, и при замене клапана сверяется посадочное место, а не только проход.
- Рабочее и максимальное давление. Проверяются и давление в линии, и давление, которое выдерживает устройство при закрытом положении с противодавлением.
- Пропускная характеристика регулирующего клапана. Линейная или равнопроцентная — выбирается по характеру контура. Клапан с неподходящей характеристикой даёт либо нерегулируемый участок в начале хода, либо колебания около уставки.
- Запас на износ. Регулирующий клапан подбирается так, чтобы рабочая точка приходилась на середину хода. Клапан, работающий у самого закрытия, быстро изнашивает седло и выходит за пределы регулирования.
- Среда и температура. Материал корпуса, седла и уплотнений выбирается по среде — воздух, масло, вода, пар, агрессивная среда — и по температуре. Уплотнения определяют и совместимость с рабочей жидкостью гидравлики.
Сигнал управления и согласование с системой
Пропорциональное устройство требует не только аналогового сигнала, но и усилителя, который преобразует сигнал в ток катушки.
- Усилитель. Бывает встроенным в клапан или отдельным модулем в шкафу. Исполнение со встроенным усилителем принимает сигнал напрямую от контроллера; исполнение без него требует отдельной позиции в спецификации.
- Тип сигнала. Токовый сигнал 4–20 мА или сигнал по напряжению. Токовый предпочтителен на длинных трассах: он не теряет точность на сопротивлении линии.
- Обратная связь. Для контуров позиционирования нужен датчик положения рабочего органа — отдельная позиция из раздела позиционеров и энкодеров. Без обратной связи пропорциональный клапан задаёт расход, но не положение.
- Согласование уровней. Если сигнал датчика и вход устройства не совпадают по типу или диапазону, в схему вводится измерительный преобразователь.
- Выход контроллера. Аналоговый выход контроллера или модуля вывода проверяется по числу каналов и разрядности: на контуре с высокой динамикой разрядности восьми бит недостаточно.
Частые вопросы
Чем сервоклапан отличается от пропорционального? Наличием встроенной обратной связи по положению золотника и существенно большим быстродействием. Расплата — высокая требовательность к чистоте рабочей жидкости и цена. Если контур не требует отработки за единицы миллисекунд, пропорционального клапана достаточно.
Почему механизм движется медленнее расчётного? Чаще всего расход подобран по паспортному значению без учёта фактического перепада давления на клапане. Вторая причина — потери в трубопроводе и фитингах, которые съедают перепад, остающийся клапану.
Можно ли управлять скоростью дискретным распределителем? Только ступенчато — через дросселирование или переключение нескольких линий. Плавное управление скоростью по сигналу дискретным распределителем не выполняется.
Почему регулирующий клапан колеблется около уставки? Типовые причины — неподходящая пропускная характеристика, работа в самом начале хода, где коэффициент передачи резко меняется, и люфт в приводе или позиционере. Проверяется расчёт рабочей точки по ходу клапана.
Что прислать для подбора? Среду и её температуру, рабочее и максимальное давление, требуемый расход с указанием перепада на клапане, тип присоединения и посадочное место, тип сигнала управления и наличие усилителя, а при замене — обозначение установленного устройства.
Что мы поставляем
В каталоге Азияторг есть гидрораспределители и клапаны — пневмораспределители Airtec и SMC, пропорциональные клапаны Bosch Rexroth, сервоклапаны Moog, регулирующие клапаны SAMSON и Honeywell, устройства Parker и Eaton. Для контура целиком поставляем позиционеры и энкодеры, измерительные преобразователи и контроллеры.
Пришлите схему контура, среду, расход с рабочим перепадом и тип сигнала управления на prom@tkasiatorg.ru — подберём исполнение по расходу и присоединению, укомплектуем усилителем и обратной связью и рассчитаем срок поставки.
