Auswahl und Fehlerbehebung von pneumatischen und elektrischen Steuerventilen

1. Die Einbauposition von pneumatischen Regelventilen sollte sich in einer bestimmten Höhe über dem Boden befinden, mit ausreichend Platz über und unter dem Ventil, um die Demontage, Montage und Wartung zu erleichtern. Bei Regelventilen, die mit pneumatischen Stellungsreglern und Handrädern ausgestattet sind, ist es wichtig, einen bequemen Betrieb, eine bequeme Beobachtung und Einstellung zu gewährleisten.
2. Regelventile sollten auf horizontalen Rohrleitungen installiert und vertikal zur Rohrleitung ausgerichtet werden. Im Allgemeinen sollte eine Abstützung unter dem Ventil vorgesehen werden. In Sonderfällen, in denen das Regelventil horizontal auf einer vertikalen Rohrleitung installiert werden muss, sollte das Ventil ebenfalls abgestützt werden (ausgenommen Regelventile mit kleinem Durchmesser). Vermeiden Sie während der Installation, zusätzliche Belastungen auf das Regelventil auszuüben.
3. Die Betriebsumgebungstemperatur des Regelventils sollte zwischen (-30 °C bis +60 °C) liegen, wobei die relative Luftfeuchtigkeit 95 % nicht überschreiten darf.
4. Vor und nach dem Regelventil sollten gerade Rohrabschnitte mit einer Länge von nicht weniger als dem 10-fachen des Rohrdurchmessers (10D) vorhanden sein, um zu vermeiden, dass die Strömungseigenschaften durch einen zu kurzen geraden Rohrabschnitt beeinträchtigt werden.
5. Wenn sich der Ventildurchmesser vom Prozessrohrdurchmesser unterscheidet, sollten Reduzierstücke für den Anschluss verwendet werden. Für Regelventile mit kleinem Durchmesser können Gewindeanschlüsse verwendet werden. Der Strömungsrichtungspfeil am Ventilkörper sollte mit der Strömungsrichtung des Fluids übereinstimmen.
6. Es sollte eine Bypass-Rohrleitung installiert werden. Der Zweck ist, das Umschalten oder die manuelle Bedienung zu erleichtern, wodurch die Wartung des Regelventils ohne Anhalten des Systems ermöglicht wird.
7. Vor der Installation müssen alle Fremdkörper wie Schmutz und Schweißschlacke gründlich aus der Rohrleitung entfernt werden.

1. Die Einbauposition, Höhe und Einlass-/Auslassrichtung des Ventils müssen den Konstruktionsanforderungen entsprechen, und der Anschluss muss sicher und dicht sein.
2. Ventile können mit verschiedenen Arten von Endverbindungen an Rohrleitungen angeschlossen werden. Die primären Anschlussmethoden umfassen Gewinde-, Flansch- und Schweißverbindungen. Bei Verwendung von Flanschverbindungen, wenn die Temperatur 350 °C überschreitet, sollten aufgrund von Kriechrelaxation von Bolzen, Flansch und Dichtung hochtemperaturbeständige Bolzenmaterialien ausgewählt werden.
3. Vor der Installation muss das Ventil einer Sichtprüfung unterzogen werden. Das Ventiltypschild muss der aktuellen internationalen Norm GB12220 „Allgemeine Ventilmarkierung“ entsprechen. Für Ventile mit einem Betriebsdruck von über 1,0 MPa und solche, die als Absperrventile in Hauptleitungen dienen, müssen Festigkeits- und Dichtheitsprüfungen durchgeführt werden, und sie dürfen erst nach Bestehen dieser Prüfungen verwendet werden. Andere Ventile erfordern möglicherweise keine separate Prüfung und können während der Systemdruckprüfung inspiziert werden.
4. Während der Festigkeitsprüfung sollte der Prüfdruck das 1,5-fache des Nenndrucks betragen, mit einer Dauer von nicht weniger als 5 Minuten. Der Ventilkörper und die Packung sollten keine Leckage aufweisen.
5. Während der Dichtheitsprüfung beträgt der Prüfdruck 0,3 MPa. Der Prüfdruck muss während der gesamten Prüfdauer konstant bleiben, was den Bestimmungen von Tabelle 2 entsprechen muss. Das Ventil gilt als qualifiziert, wenn keine Leckage an der Ventilsitzdichtfläche auftritt.
6. Nenndurchmesser: DN15-500

(1) Das Regelventil arbeitet nicht. Die Fehlererscheinungen und Ursachen sind wie folgt:

1. Kein Signal, keine Luftzufuhr.
   1. Luftzufuhr nicht eingeschaltet,
   2. Wasser in der Luftzufuhr gefriert im Winter, was zu einer Verstopfung der Luftleitung oder einer Fehlfunktion des Filters oder Druckminderers führt,
   3. Kompressorfehler,
   4. Leckage in der Hauptluftzufuhrleitung.
2. Luftzufuhr vorhanden, kein Signal.
   1. Reglerfehler,
   2. Leckage in der Stellungsregler-Membran,
   3. Beschädigung der Regelmembran.
3. Stellungsregler hat keine Luftzufuhr.
   1. Filter ist verstopft.
   2. Druckminderer ist fehlerhaft.
   3. Rohrleitungen lecken oder sind verstopft.
4. Stellungsregler hat Luftzufuhr, aber keine Ausgabe. Das Drosselloch des Stellungsreglers ist verstopft.
5. Signal vorhanden, aber keine Aktion.
   1. Ventilkern ist abgefallen.
   2. Ventilkern klemmt am Sitz oder am Sitz.
   3. Ventilschaft ist verbogen oder gebrochen.
   4. Ventilsitz und Ventilkern sind eingefroren oder durch Ablagerungen blockiert.
   5. Die Stellantriebsfeder ist aufgrund längerer Nichtbenutzung festgefressen.

(II) Instabiler Betrieb des Regelventils. Die Fehlererscheinungen und Ursachen sind wie folgt:

1. Instabiler Luftzufuhrdruck.
   1. Kompressorkapazität ist zu gering.
   2. Fehlfunktion des Druckminderventils.
2. Instabiler Signaldruck.
   1. Ungeeignete Zeitkonstante des Regelsystems.
   2. Instabile Reglerausgabe.
3. Der Luftzufuhrdruck ist stabil, der Signaldruck ist ebenfalls stabil, aber der Betrieb des Regelventils ist instabil.
   1. Das Kugelventil im Verstärker des Stellungsreglers ist abgenutzt und nicht richtig abgedichtet, was zu Schwingungen der Ausgabe führt, wenn der Luftverbrauch erheblich zunimmt.
   2. Die Düsenprallplatte im Stellungsreglerverstärker ist nicht ausgerichtet, und die Prallplatte bedeckt die Düse nicht.
   3. Luftlecks in der Ausgabeleitung oder -leitung.
   4. Der Stellantrieb hat eine unzureichende Steifigkeit.
   5. Der Ventilschaft erfährt während der Bewegung einen hohen Reibungswiderstand mit Klemmenerscheinungen an den Kontaktpunkten.

(3) Schwingung des Regelventils. Die Fehlersymptome und Ursachen sind wie folgt:

1. Das Regelventil schwingt in jeder Öffnungsposition.
   1. Instabile Unterstützung.
   2. Schwingungsquellen in der Nähe.
   3. Starker Verschleiß zwischen Ventilkolben und Hülse.
2. Das Regelventil schwingt beim vollständigen Schließen.
   1. Das Regelventil ist überdimensioniert und wird oft in kleinen Öffnungspositionen verwendet.
   2. Die Strömungsrichtung des Mediums in einem Einsitzventil ist entgegengesetzt zur Schließrichtung.

(4) Langsame Reaktion des Regelventils. Die Symptome und Ursachen sind wie folgt:

1. Der Ventilschaft reagiert nur in einer Richtung langsam.
   1. Die Membran im pneumatischen Membranantrieb ist beschädigt und undicht.
   2. Der „O“-Ring-Dichtung im Stellantrieb leckt.
2. Der Ventilschaft weist sowohl bei Öffnungs- als auch bei Schließbewegungen Trägheit auf:
   1. Der Ventilkörper ist durch Klebstoffe blockiert;
   2. Die PTFE-Packung hat sich verschlechtert und verhärtet, oder das Schmiermittel der Graphit-Asbest-Packung ist ausgetrocknet;
   3. Die Packung ist zu fest, wodurch der Reibungswiderstand erhöht wird;
   4. Der Ventilschaft ist nicht gerade, was den Reibungswiderstand erhöht;
   5. Pneumatische Regelventile ohne Stellungsregler können ebenfalls Trägheit verursachen.

(5) Erhöhtes Leckagevolumen des Regelventils, mit folgenden Ursachen:

1. Übermäßige Leckage, wenn das Ventil vollständig geschlossen ist:
   1. Ventilkolben abgenutzt, starke interne Leckage;
   2. Ventil nicht richtig eingestellt, schließt nicht dicht.
2. Ventil kann die vollständig geschlossene Position nicht erreichen:
   1. Übermäßiger Mediumsdruckunterschied, geringe Stellantriebssteifigkeit, Ventil schließt nicht dicht;
   2. Fremdkörper im Inneren des Ventils;
   3. Hülse gesintert.

(6) Der einstellbare Durchflussbereich hat sich verringert. Der Hauptgrund ist, dass der Ventilkörper korrodiert und geschrumpft ist, was zu einer Erhöhung der minimal einstellbaren Durchflussrate führt.

Das Verständnis der Fehlererscheinungen und Ursachen von pneumatischen Regelventilen ermöglicht es, gezielte Maßnahmen zur Lösung der Probleme zu ergreifen.

1. Zuverlässigkeit;
2. Wirtschaftlichkeit;
3. Reibungsloser Betrieb und ausreichendes Ausgangsdrehmoment;
4. Einfache Struktur und einfache Wartung.

1. (1) Pneumatische Stellantriebe sind einfach und zuverlässig

Die schlechte Zuverlässigkeit traditioneller elektrischer Stellantriebe war ein langjähriger Schwachpunkt, aber die Entwicklung elektronischer Stellantriebe in den 1990er Jahren löste dieses Problem vollständig und ermöglichte es ihnen, 5–10 Jahre wartungsfrei zu arbeiten, wobei die Zuverlässigkeit sogar die von pneumatischen Stellantrieben übertraf.

2. (2) Stromquelle

Der Hauptnachteil von pneumatischen Stellantrieben ist die Notwendigkeit einer separaten Luftversorgungsstation, was die Kosten erhöht; elektrische Ventile können Stromquellen nutzen, die vor Ort leicht verfügbar sind.

3. (3) Kostenbetrachtungen

Pneumatische Stellantriebe benötigen einen zusätzlichen Stellungsregler sowie die Luftzufuhr, wodurch ihre Kosten mit denen von elektrischen Ventilen vergleichbar sind (importierte elektrische Stellungsregler sind ähnlich teuer wie importierte elektronische Stellantriebe; im Inland hergestellte Stellungsregler sind preislich mit im Inland hergestellten elektrischen Stellantrieben vergleichbar).

4. (4) Schub und Steifigkeit: Beide sind vergleichbar.
5. (5) Brandschutz und Explosionsschutz

„Pneumatischer Stellantrieb + elektrischer Stellungsregler“ ist etwas besser als elektrische Stellantriebe.

1. (1) Wo immer möglich, wird empfohlen, importierte elektronische Stellantriebe mit inländischen Ventilen für inländische Anwendungen, neue Projekte usw. zu verwenden.
2. (2) Obwohl Membranantriebe Nachteile wie unzureichenden Schub, geringe Steifigkeit und große Abmessungen haben, macht ihre einfache Struktur sie zu den am weitesten verbreiteten Stellantrieben.
3. (3) Überlegungen zur Auswahl von Kolbenantrieben:
   1. Wenn pneumatische Membranantriebe nicht genügend Schubkraft haben, sollten Kolbenantriebe ausgewählt werden, um die Ausgangskraft zu erhöhen; für Regelventile mit hohem Druckunterschied (z. B. Mitteldruck-Dampfabschaltventile) können bei DN ≥ 200 sogar Doppelkolbenantriebe erforderlich sein;
   2. Für gewöhnliche Regelventile können auch Kolbenantriebe anstelle von Membranantrieben verwendet werden, wodurch die Größe des Stellantriebs erheblich reduziert wird. Aus dieser Perspektive werden pneumatische Kolbenregelventile häufiger eingesetzt;
   3. Für Winkelhub-Regelventile weisen ihre Winkelhub-Stellantriebe typischerweise eine Doppelkolben-Zahnstangen-Drehstruktur auf. Es ist hervorzuheben, dass die traditionelle „Linearhub-Kolbenantrieb + Winkelstahl + Kurbel-Pleuel“-Konfiguration.

1. 1. Überlastfähigkeit und Lebensdauer

Elektrische Stellantriebe eignen sich nur für den intermittierenden Betrieb und sind nicht für den kontinuierlichen Regelbetrieb geeignet. Pneumatische Stellantriebe haben jedoch eine Überlastfähigkeit und sind während ihrer gesamten Lebensdauer wartungsfrei. Es sind keine Ölwechsel oder andere Schmierungen erforderlich. Ihre Standardlebensdauer kann bis zu einer Million Ein-/Aus-Zyklen betragen, wodurch pneumatische Stellantriebe anderen Ventilantrieben überlegen sind.

2. 2. Sicherheit

Pneumatische Stellantriebe können in explosionsgefährdeten Umgebungen eingesetzt werden, insbesondere in folgenden Situationen: Explosionsgeschützte Ventile sind erforderlich (z. B. Namur-Ventile mit geeigneten Spulen); Ventile oder Ventilinseln müssen außerhalb des explosionsgefährdeten Bereichs installiert werden, und pneumatische Stellantriebe, die in der explosionsgefährdeten Zone verwendet werden, müssen über Luftschläuche angetrieben werden; elektrische Stellantriebe sind nicht für den Einsatz in explosionsgefährdeten Umgebungen geeignet und sind kostspielig.

3. 3. Überlastfähigkeit

In Situationen, in denen ein erhöhtes Drehmoment oder besondere Kraftanforderungen erforderlich sind, erreichen elektrische Stellantriebe schnell ihre Drehmomentgrenzen. Insbesondere bei unregelmäßigen Ventilöffnungen oder längeren Ventilschließungen wird der Überlastvorteil von pneumatischen Stellantrieben deutlich, da Ablagerungen oder gesinterte Materialien das Anlaufdrehmoment erhöhen. Mit pneumatischen Komponenten können Arbeitsdruck, Kraft oder Drehmoment leicht erhöht werden.

4. 4. Wirtschaftlichkeit

In der Wasser- und Abwasseraufbereitungstechnik arbeiten die meisten Ventilantriebe im Ein-/Aus-Modus oder sind sogar für den manuellen Betrieb ausgelegt. Daher bieten pneumatische Komponenten ein erhebliches Rationalisierungspotenzial. Im Vergleich zu pneumatischen Stellantrieben müssen bei Verwendung elektrischer Stellantriebe Überwachungsfunktionen wie Überwachung der Übertemperatur, Drehmomentüberwachung, Schaltfrequenz und Wartungszyklen in das Steuerungs- und Testsystem integriert werden, was zu einer großen Anzahl von Eingangs- und Ausgangsleitungen führt. Mit Ausnahme der Endlagenabtastung und der Luftquellenaufbereitung benötigen pneumatische Stellantriebe keine Überwachungs- oder Steuerungsfunktionen. Pneumatische Stellantriebe sind kostengünstig und daher ideal für die Automatisierung manueller Ventilantriebe.

5. 5. Montage

Die pneumatische Technologie ist sehr einfach. Pneumatische Stellantriebe können einfach auf Ventilantriebsköpfen installiert werden, und Luftquellenaufbereitungseinheiten können mit minimalem Aufwand angeschlossen und angetrieben werden. Darüber hinaus gewährleistet das wartungsfreie Design pneumatischer Stellantriebe eine bequeme Plug-and-Play-Funktionalität.

6. 6. Komponenten

Pneumatische Komponenten sind hoch vibrationsbeständig, robust, langlebig und gehen im Allgemeinen nicht kaputt. Selbst hohe Temperaturen beschädigen korrosionsbeständige Komponenten nicht. Elektrische Stellantriebe bestehen aus zahlreichen Komponenten und sind relativ anfällig für Beschädigungen.

7. 7. Technologie

Linearantriebe wirken direkt auf die Schließeinrichtung, während Schwenkantriebe „lineare Druckluftkraft“ mithilfe nur eines Kolbens und einer Antriebswelle in Schwenkbewegung umwandeln. Pneumatische Stellantriebe können auch leicht eine langsame Bewegung erreichen, beispielsweise durch die Verwendung einfacher und kostengünstiger Durchflussregelkomponenten. Elektrische Stellantriebe erleiden erhebliche Energieverluste, wenn sie zugeführte Energie in Bewegung umwandeln. Dies ist in erster Linie darauf zurückzuführen, dass der Elektromotor den größten Teil der Energie in Wärme umwandelt, und zweitens auf die Verwendung eines Getriebes.

Die meisten Stellantriebe, die heute in industriellen Steuerungsanwendungen eingesetzt werden, sind pneumatische Stellantriebe, da sie Luft als Energiequelle verwenden, was wirtschaftlicher und einfacher in der Struktur ist als elektrische und hydraulische Stellantriebe, und einfach zu bedienen und zu warten ist. Aus Wartungssicht sind pneumatische Stellantriebe einfacher zu bedienen und zu kalibrieren als andere Arten von Stellantrieben und können vor Ort leicht zwischen Vorwärts- und Rückwärtsrichtung ausgetauscht werden. Ihr größter Vorteil ist die Sicherheit. In Kombination mit Stellungsreglern sind sie ideal für brennbare und explosive Umgebungen. Im Gegensatz dazu bergen elektrische Signale, die nicht explosionsgeschützt oder eigensicher sind, ein potenzielles Brandrisiko durch Funkenbildung. Obwohl elektrische Regelventile immer häufiger eingesetzt werden, dominieren pneumatische Regelventile daher immer noch die chemische Industrie.

Die Hauptnachteile von pneumatischen Stellantrieben sind: langsamere Reaktion, geringere Regelgenauigkeit und schlechtere Abweichungsbeständigkeit. Dies ist auf die Komprimierbarkeit von Gas zurückzuführen, insbesondere bei Verwendung großer pneumatischer Stellantriebe, da es Zeit braucht, bis Luft den Zylinder füllt und entleert. Dies sollte jedoch kein großes Problem sein, da viele Anwendungen keine hohe Regelgenauigkeit, extrem schnelle Reaktion oder starke Abweichungsbeständigkeit erfordern.

Elektrische Stellantriebe werden hauptsächlich in Kraftwerken oder Kernkraftwerken eingesetzt, da Hochdruckwassersysteme einen reibungslosen, stabilen und langsamen Prozess erfordern. Die Hauptvorteile elektrischer Stellantriebe sind hohe Stabilität und ein konstanter Schub, den Benutzer ausüben können. Der maximale Schub, der von einem elektrischen Stellantrieb erzeugt wird, kann bis zu 225.000 kgf betragen. Nur hydraulische Stellantriebe können einen so hohen Schub erreichen, aber hydraulische Stellantriebe sind deutlich teurer als elektrische. Die Abweichungsfähigkeit elektrischer Stellantriebe ist ausgezeichnet, wobei der Ausgangsschub oder das Drehmoment im Wesentlichen konstant bleibt, wodurch ungleiche Kräfte aus dem Medium effektiv entgegengewirkt und eine präzise Steuerung der Prozessparameter erreicht wird. Daher ist ihre Regelgenauigkeit höher als die von pneumatischen Stellantrieben. In Verbindung mit einem Servoverstärker ist es einfach, zwischen direkter und umgekehrter Wirkung umzuschalten, und der Ventilpositionsstatus (Halten/Vollständig geöffnet/Vollständig geschlossen) kann einfach eingestellt werden. Im Fehlerfall verbleibt er in seiner ursprünglichen Position, was pneumatische Stellantriebe nicht erreichen können. Pneumatische Stellantriebe müssen sich auf ein kombiniertes Schutzsystem verlassen, um die Position zu halten.

Die Hauptnachteile elektrischer Stellantriebe sind: komplexere Struktur, höhere Wahrscheinlichkeit von Fehlfunktionen, und aufgrund ihrer Komplexität sind die technischen Anforderungen an das Wartungspersonal vor Ort relativ höher; der Motorbetrieb erzeugt Wärme, und wenn zu häufige Anpassungen vorgenommen werden, kann dies dazu führen, dass der Motor überhitzt, wodurch ein Thermoschutz ausgelöst wird, während auch der Verschleiß der Untersetzungsgetriebe erhöht wird; außerdem ist der Betrieb relativ langsam, da es eine erhebliche Zeit dauert, bis das Ventil auf ein Signal vom Controller reagiert und sich in die entsprechende Position bewegt, wodurch es im Vergleich zu pneumatischen und hydraulischen Stellantrieben zu kurz kommt.