Was ist ein Steuerventil? Wie funktionieren Steuerventile?

Wie funktionieren Steuerventile?

In der modernen industriellen Produktion ist eine präzise Steuerung des Flüssigkeitsflusses (z. B. Gas, Dampf, Wasser oder chemische Mischungen), des Drucks, der Temperatur und des Flüssigkeitsniveaus entscheidend, um die Produktionseffizienz zu gewährleisten,Als "letztes Kontrollelement" in IndustrieautomationssystemenSteuerventile spielen eine zentrale Rolle in dieser komplexen und präzisen SteuerketteSie sind nicht nur einfache Ein-/Aus-Geräte, sondern reagieren vielmehr auf Signale von Steuerungen, indem sie die Größe des Durchflussweges verändern, wodurch eine direkte und präzise Regulierung von Prozessvariablen erreicht wird.Die Leistung der Steuerventile beeinflusst unmittelbar die wirtschaftliche Effizienz, Sicherheit und Umweltauswirkungen von Industrieprozessen, was sie zu einer strategischen Investition und nicht zu einem einfachen Equipmentkauf macht.

Xiangjing, als einer der größten Anbieter von Steuerventilen und Ventilpositionierer in China, engagiert sich für die Bereitstellung hochwertiger Steuerventillösungen, um den Industriezweigen zu helfen, effiziente, sichere,und intelligente FlüssigkeitsregelungWeitere Informationen finden Sie auf unserer offiziellen Website:Ich bin nicht derjenige, der das sagt..

Grundkomponenten eines Steuerventils

Ein Steuerventil ist kein einzelnes Bauteil, sondern ein integriertes System, das aus mehreren Präzisionskomponenten besteht, die im Tandem arbeiten.und Ventilpositionierer, zusammen mit verschiedenen Zubehörteilen wie Umrichter, Luftdruckregler, manuelle Bediener, Dämpfer oder Grenzschalter.

Ventilkörper: Flüssigkeitsweg und Druckträger

Der Ventilkörper ist der wichtigste Bauteil des Steuerventils und bestimmt den Flussweg der Flüssigkeit im Ventil.,durch die die Flüssigkeit durch die Öffnungen oder Öffnungen innerhalb des Ventilkörpers fließt.Die Hauptfunktionen des Ventilkörpers sind, dem Flüssigkeitsdruck standzuhalten und Unterstützung und eine versiegelte Umgebung für die Ventilinneren zu schaffenDie Struktur des Ventilkörpers beeinflusst außerdem indirekt die Eigenschaften der Durchflussregelung.Da die Eigenschaften des Flüssigkeitsdurchflusswiderstands und des Druckabfalls eng mit der Konstruktion der inneren Durchgänge innerhalb des Ventilkörpers zusammenhängen,.

Ventile: Komponenten, die direkt mit der Flüssigkeit in Berührung kommen, Kernkomponenten zur Durchflussregelung

Die Ventil-Internen sind die Teile des Steuerventils, die direkt mit der kontrollierten Flüssigkeit in Berührung kommen und die Kernkomponenten für die Durchflussregulierung sind.Sie bestehen typischerweise aus einem Ventilsitz, Ventilscheibe (oder Ventilstecker) und Ventilstamm. Die Ventilinternen steuern die durchläufige Flüssigkeitsmenge präzise, indem sie ihre relative Position und Freiheit mit dem Ventilsitz ändern.wenn die Ventilscheibe oder der Stecker angehoben oder gedreht wirdDie geometrische Form und die Materialauswahl der Ventilinneren haben einen entscheidenden Einfluss auf ihre Durchflussmerkmale.Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Dichtungsleistung.

Aktuator: stellt die treibende Kraft für den Ventilbetrieb bereit

Der Aktor ist der “Muskel“ des Steuerventils, der für die Umwandlung abstrakter Signale aus dem Steuerungssystem in mechanische Kraft verantwortlich ist, um die Ventilinneren für die physikalische Bewegung zu antreiben.Nach Empfang des Steuersignals, wird das Ventil entsprechend angetrieben, um eine vollständig geöffnete, vollständig geschlossene oder eine Zwischenposition zu erreichen, wodurch eine präzise Drosselungssteuerung des Flüssigkeitsflusses erreicht wird.

Aktuatoren können je nach Energiequelle und Bewegungsmodus in verschiedene Typen eingeteilt werden:

Klassifizierung nach Bewegungsart:

• Lineare Aktoren:Produktion einer linearen Schub-Zug-Bewegung, geeignet für Ventile, bei denen sich der Ventilstamm nach oben und unten bewegen muss, z. B. Kugelventile, Torventile und Zwerchklappen.
• mit einer Leistung von mehr als 1000 WErzeugen Sie eine Rotationsbewegung, die für Ventile geeignet ist, bei denen die Ventilscheibe oder -kugel sich drehen muss, z. B. Kugelventile, Schmetterlingsventile und Steckventile.

Fischers Pneumatik-Steuerventil

Klassifiziert nach Stromquelle:

• mit einer Leistung von mehr als 50 W

• Arbeitsprinzip:Verwendet Druckluft oder Gas als Stromquelle und übt Luftdruck auf ein Membran oder einen Kolben aus, um eine lineare oder rotierende Bewegung zu erzeugen.Luftdruck kann abwechselnd auf beiden Seiten des Kolbens wirken, um eine bidirektionale Bewegung zu erzielen (doppelwirkend), oder nur auf einer Seite mit einer Feder, die die Rückkehrkraft liefert (einwirkende).
• Vorteile:

1. Schnelle Reaktionsgeschwindigkeit: Erreicht typischerweise 50-500 mm/s, schneller als hydraulische oder elektrische Systeme.
2. Eigentlich sicher: Verlässt sich nicht auf Elektrizität und erzeugt keine Funken, so dass es für brennbare und explosionsgefährdete Umgebungen sehr geeignet ist.
3. Einfache Struktur, leichtes Gewicht, einfache Installation und Wartung: Normalerweise niedrigere Kosten.
4. Einfache Anpassung der Ausgangskraft und der Betriebsgeschwindigkeit.
5. Hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer.
6. Kann Energie speichern, eine zentrale Luftversorgung ermöglichen und Energie schnell freisetzen, um eine schnelle Reaktion zu erzielen.
7. Starke Anpassungsfähigkeit an Aufprallbelastungen und Überlastungen.
8. Kann bei hohen Temperaturen verwendet werden.

• Nachteile:

1. Begrenzte Ausgangskraft: Im Vergleich zu hydraulischen Aktoren ist ihre Ausgangskraft im Allgemeinen geringer.
2. Relativ geringe Präzision: Aufgrund der Kompressibilität der Luft wird die Betriebsgeschwindigkeit des Zylinders leicht durch Laständerungen beeinflusst, und seine Niedriggeschwindigkeitsstabilität ist schlechter als bei hydraulischen Zylindern.
3. erfordert eine Druckluftversorgung: Dies beinhaltet zusätzliche Kosten für Kompressoren und Rohrleitungen.
4. Kompressorfehler können zu Fehlfunktionen aller pneumatischen Aktoren führen: Dieses Risiko kann jedoch durch ein Sicherungskompressorsystem verringert werden.
5. Schnelle Fahrräder können Wasserhammer-Effekte verursachen.
6. Die Leistung ist anfällig für Wasser und extreme Temperaturen.

• Typische Anwendungen: weit verbreitet in der Prozesssteuerung, Chemie, Lebensmittel und Getränke, Abwasserbehandlung, Energie, Bergbau,und Kernenergieindustrie, in denen schnelle Bewegung und explosionssichere Leistung erforderlich sind.

• Elektrische Aktoren:

• Arbeitsprinzip:Durch einen Elektromotor angetrieben, wird die Rotationsbewegung des Motors durch Übertragungsmechanismen wie Schrauben, Zahnräder oder Gürtel umgewandelt, um Ventile zu antreiben.Schrittmotoren oder Servomotoren werden üblicherweise zur Erreichung einer hochen Präzision verwendet.
• Vorteile:

1. Hohe Präzision und wiederholbare Positionierung: Bietet eine extrem genaue und wiederholbare Ventilpositionierung, die es ideal für automatisierte Aufgaben macht.
2. Einfach zu programmieren und zu integrieren: Sie verbindet sich nahtlos mit digitalen Steuerungssystemen und kann so programmiert werden, dass komplexe Bewegungsmuster erzielt werden.
3. Hohe Energieeffizienz: Verbraucht in der Regel weniger Energie als hydraulische oder pneumatische Aktoren bei statischen Lasten.
4. Niedrige Wartungsanforderungen: Aufgrund der geringen Anzahl an Teilen und der fehlenden Flüssigkeitssysteme sind die Wartungsanforderungen extrem gering.
5. Ruhiger Betrieb.
6. Nicht beeinflusst durch Schwankungen der Versorgungsspannung und -frequenz.
7. Einstellbare Drehgeschwindigkeit

• Nachteile:

1. Höhere Kosten: In der Regel teurer als pneumatische Aktoren.
2. Relativ langsame Geschwindigkeit: Vor allem bei Anwendungen, die einen hohen Schub erfordern.
3. Abhängig von der Stromversorgung: Erfordert eine Ersatzstromquelle oder einen Federrücklaufmechanismus bei Stromausfällen zur Gewährleistung der Sicherheit.
4. Nicht geeignet für explosionsgefährdete Umgebungen: Es sei denn, sie sind speziell für den Explosionsschutz ausgelegt.
5. Komplexe Konstruktion, die spezielle Kenntnisse für die Installation und Wartung erfordert.

• Typische Anwendungen:Weit verbreitet in der Stromerzeugung, Wasserbehandlung, Pharmazeutika, Roboterarme, Förderbänder, automatisierte Montagelinien, landwirtschaftliche Maschinen, Lüftungs- und Beleuchtungssysteme,und Materialbearbeitungs- und Reinigungsausrüstung, wenn eine präzise Steuerung und ein hohes Maß an Automatisierungstechnik erforderlich sind.

• mit einer Leistung von mehr als 50 W

• Arbeitsprinzip:Verwendet unter Druck stehende Flüssigkeit (typischerweise Hydrauliköl) als Stromquelle, um den Flüssigkeitsdruck in mechanische Bewegung umzuwandeln.Die Unkompressibilität von Hydrauliköl sorgt für eine stabile und zuverlässige Ventilposition, mit Kolben anstelle von Membranen, die üblicherweise zur Erzeugung eines starken Schubs verwendet werden.
• Vorteile:

1. hohe Leistungskraft/drehmoment: Fähig, eine erhebliche mechanische Kraft zu erzeugen, geeignet für den Betrieb großer, schwerer oder hochdruckender Ventile,mit einer Leistung, die weit über der von pneumatischen Aktoren liegt.
2. Hochpräzise Positionierung: Aufgrund der Unkompressibilität von Hydrauliköl ermöglicht sie eine hochpräzise und stabile Ventilposition.
3. Schnelle Reaktionsgeschwindigkeit: Geeignet für Notschaltvorgänge (ESD) und Ventil-Anwendungen, die ein schnelles Handeln erfordern.
4. Langlebig und robust, mit relativ geringen Wartungsaufwand und langer Lebensdauer.
5. Kann Fehlerschutzmechanismen implementieren.

• Nachteile:

1. Komplexes System mit höheren Kosten: Erfordert ein eigenes hydraulisches Pumpensystem, wodurch die Installation und das Systemdesign komplexer werden.
2. Gefahr eines Flüssigkeitslecks: Regelmäßige Wartung ist erforderlich, um ein Hydraulikölleck zu verhindern.
3. Nicht für alle Umgebungen geeignet: Bestimmte Konstruktionen können Einschränkungen aufweisen.

• Typische Anwendungen:Hauptsächlich in Öl- und Gaspipelines, Kraftwerken, der Erdöl- und Erdgasindustrie, Dämmen und Wasserkraftwerken verwendetund schnelle Reaktion.

• mit einer Leistung von mehr als 1000 W und einer Leistung von mehr als 1000 WDiese Aktoren kombinieren die Vorteile von Elektromotoren und hydraulischen Antriebseinheiten und bieten die hohe Leistungskraft hydraulischer Systeme und gleichzeitig die Präzision der elektrischen Steuerung.Sie eignen sich besonders für abgelegene Standorte, die eine präzise Steuerung der Ventilposition erfordern.

Die folgende Tabelle vergleicht verschiedene Arten von Aktoren:

Ventilpositionierer: Sicherstellung einer präzisen Ventilposition

Der Ventilpositionierer dient als das entscheidende "Gehirn", das es Steuerventilen ermöglicht, hohe Präzision, Reaktionsfähigkeit und Stabilität zu erreichen.Vor allem, wenn die Ventile eine Drosselungsregelung erfordern.

Emerson Fisher Ventilpositionierer

Funktion und Bedeutung der Ventilpositionierer

Die Kernfunktion eines Ventilpositionierers besteht darin, sicherzustellen, dass die tatsächliche Position des Ventilstamms oder der Ventilwelle genau mit dem vom Steuerungssystem ausgestellten Befehlssignal übereinstimmt.Durch kontinuierliche Überwachung der tatsächlichen Position des Ventils und Korrekturen, überwindet es effektiv die inhärenten mechanischen Einschränkungen innerhalb des Ventils, wie Reibung durch Ventilstielverpackung, Aktorverzögerung und unausgewogene Kräfte, die von der Flüssigkeit auf den Ventilstecker ausgeübt werden.

Der Positionierer verwendet seinen internen Rückkopplungssteuermechanismus in geschlossenem Kreislauf, um den Druck, der auf den Aktor ausgeübt wird, kontinuierlich anzupassen, wodurch “anderen Kräften, die auf den Ventilstamm wirken, entgegengewirkt wird,- die Sicherstellung, dass sich das Ventil ordnungsgemäß verhält und dem Steuersignal folgtDiese präzise Steuerungsfähigkeit verbessert die Gesamtleistung des Steuerungssystems erheblich, einschließlich:

Verbesserte Steuergenauigkeit: Die Sicherstellung, dass die tatsächliche Durchflussgeschwindigkeit genau mit dem Steuersignal übereinstimmt, ist für Prozesse von entscheidender Bedeutung, die auch bei geringfügigen Abweichungen empfindlich sind.

• Schnellere Reaktionszeit:Durch das schnelle Laden und Entlüften wird die Zeit, die für die Änderung des Ventilreaktionsprozesses erforderlich ist, verkürzt.
• Verbesserte Prozessstabilität:Die Kompensation für Veränderungen der Prozessbedingungen (z. B. Druckschwankungen und Durchflussfrequenzänderungen) gewährleistet eine gleichbleibende Kontrolle, die für die Produktqualität und die Systemsicherheit von entscheidender Bedeutung ist.
• Abfallreduzierung und verbesserte Sicherheit:Optimiert die Ressourcennutzung und verringert durch präzise Steuerung das Unfallrisiko.
• Verlängerte Lebensdauer der Ventile und geringere Wartungskosten:Minimiert den Verschleiß, indem Veränderungen der Ventilleistung im Laufe der Zeit kompensiert werden, was eine vorausschauende Wartung ermöglicht.
• Signalverstärkung:Der Positionierer kann höhere Luftströmungsraten bewältigen und fungiert somit auch als Volumenverstärker, der schnellere Ventilstammgeschwindigkeiten und kürzere Zeitverzögerungen bietet.
• Erreichen Sie eine enge Abschaltung:Durch die Sättigung der Leistung auf ein Minimum bei 0% wird der Ventilstecker fest gegen den Sitz gedrückt, um eine zuverlässige Leckage-Null-Abschaltung sicherzustellen.
• Kritisch für federlose doppelt wirksame Kolbenantriebsgeräte und elektrische Antriebsgeräte ohne eine inhärente Positionserkennung.

Das Funktionsprinzip eines Ventilpositionierers: Rückkopplungssteuerung in geschlossenem Kreislauf

Der Kern des Betriebs eines Ventilpositionierers ist das geschlossene Rückkopplungssystem.Er empfängt Eingabesignale (Setpoint) vom Steuerungssystem, während die tatsächliche Position des Ventilstamms oder der Ventilwelle (Feedbacksignal) mittels mechanischer oder elektronischer Mittel gemessen wird.Die Steuerung im Positionierer vergleicht die Differenz zwischen dem Einstellpunkt und der tatsächlichen Position, berechnet das Fehlersignal,und passt das an den Aktor gesendete Ausgangssignal (normalerweise pneumatischen Druck) anhand dieses Fehlers an, wodurch das Ventil in Richtung der gewünschten Position bewegt wird, bis der Fehler beseitigt ist.

• Detailliertes Funktionsprinzip der pneumatischen Positionierer:
  Pneumatische Positionierer arbeiten in der Regel nach dem Prinzip des Kraftgleichgewichts.Antrieb der mit dem Signaldiaphragma und der angeschlossenen Platte verbundenen Ventilstange nach rechtsDies öffnet die Zufuhrluftplatte und ermöglicht den Eintritt des Zufuhrluftdrucks an das mit dem Aktordiaphragma verbundene Ausgangsende, während die Auspuffplatte geschlossen bleibt.Die Erhöhung des inneren Drucks innerhalb des Aktoren drückt den Ventilstamm nach unten, wodurch sich der Positionshebel im Uhrzeigersinn dreht und die Streckenfeder über die Kamme komprimiert wird. Der Ventilstamm bewegt sich weiter, bis er die vom Steuergerät angegebene Position erreicht,an welchem Punkt die Druckkraft der Bereichsfeder die Kraft des Signaldiaphragmas ausgleicht, schließen sich sowohl die Zufuhr- als auch die Abgasdämpfer und stoppen so die Ventilbewegung.und die Kraft des Bereichs Feder drückt die Ventilstamm mit dem Dämpfer nach links verbunden, öffnet den Abgasdämpfer, senkt den Antriebsdruck und bewegt den Ventilstiel nach oben, bis ein neues Kraftgleichgewicht hergestellt wird.

• Funktionsprinzip des digitalen Positionierers:
  Der digitale Positionierer verwendet einen Mikroprozessor zur Ausführung von Positionssteuerungsalgorithmen, anstatt mechanischer Balancebalken, Kammen und Dämpferbaugruppen.Sie verarbeitet sie durch digitale Algorithmen., und wandelt es in ein Antriebsstromsignal um, das an den I/P-Wandler gesendet wird. Der I/P-Wandler wandelt das Stromsignal in ein pneumatisches Drucksignal um,mit einer Breite von mehr als 20 mm,Die Rückmeldung zur Ventilposition (normalerweise über berührungslose Sensoren wie Hall-Effekt-Sensoren) wird an den Mikroprozessor zurückgesendet.Der Ventilstamm bewegt sich weiter, bis die richtige Position erreicht ist, wobei der Mikroprozessor das Antriebssignal an den I/O-Wandler stabilisiert und so ein präzises Gleichgewicht erreicht.

Einstufung und Merkmale des Ventilpositionierers

Auf der Grundlage ihrer Funktionsprinzipien und der Art der empfangenen Signale können Ventilpositionierer in folgende Kategorien eingeteilt werden:

• mit einer Leistung von mehr als 1000 W

• Funktionsprinzip:Receives pneumatic signals (typically 3-15 psi or 6-30 psi) and provides corresponding air pressure to the pneumatic actuator to ensure that the valve stem or valve shaft position is proportional to the pneumatic input signal.
• Vorteile:

1. Einfache Konstruktion und Struktur:Einfach zu fertigen und zu warten.
2. geringere Kosten:Normalerweise wirtschaftlicher als andere Arten.
3. Zuverlässiger Betrieb:Bekannt für seine zuverlässige Leistung.
4. Eigentlich sicher:Keine Elektrizität, keine Funken, geeignet für explosionsfähige Umgebungen.
5. Kann einen hohen Schub bei Schließventilen erzeugen.

• Nachteile:

1. Begrenzte Genauigkeit und Auflösung: Geringere Genauigkeit im Vergleich zu fortgeschritteneren Typen.

• Typische Anwendungen:geeignet für einfache, robuste Anwendungen, bei denen sowohl das Steuersignal als auch der Ventilantrieb pneumatisch sind, sowie in Umgebungen, in denen kein Strom verfügbar ist oder Explosionsgefahren bestehen,wie Chemieanlagen oder Raffinerien.

• Elektropneumatische Positionierer:

• Arbeitsprinzip:Umwandelt elektrische Steuersignale (normalerweise 4-20 mA oder 0-10 VDC) in pneumatische Ausgangssignale, die dann den Ventilantrieb steuern.Da viele Prozesssteuerungseinheiten 4-20 mA Gleichstromsignale zur Regulierung von Steuerventilen verwenden, elektropneumatische Positionierer (auch als I/P-Positionierer oder Sensoren bezeichnet) sind für die Umwandlung elektronischer Stromsignale in pneumatische Drucksignale zuständig.
• Vorteile:

1. Höhere Präzision und Auflösung: bietet eine höhere Genauigkeit als reine pneumatische Positionierer.
2. In der Lage, elektrische Steuersignale zu verarbeiten: geeignet für Systeme, die elektrische Signale zur Steuerung verwenden.
3. Vielseitigkeit: Kombiniert die Präzision der elektronischen Steuerung mit der Robustheit und Sicherheit des pneumatischen Betriebs.
4. Verbesserte Kontrollgenauigkeit und Reaktionszeit.

• Nachteile:

1. Komplexere Konstruktion und Struktur:Komplexer als pneumatische Positionierer.
2. Höhere Kosten:Teurer als pneumatische Positionierer.

• Typische Anwendungen:Weit verbreitet in Industrieumgebungen mit elektrischer und pneumatischer Infrastruktur sowie Prozessen, die höhere Präzision und komplexe Steuerungsstrategien erfordern.

• Digitale Positionierer:

• Arbeitsprinzip:Diese Geräte verwenden mit Hilfe fortschrittlicher digitaler Technologie Mikroprozessoren zur Positionierung von Ventilantrieb und zur Überwachung und Aufzeichnung von Daten.oder digitale Kommunikationsprotokolle wie HART, Stiftung Fieldbus, Profibus usw.).
• Vorteile:

1. Hohe Präzision und Auflösung:Sie bieten außergewöhnliche Präzision und Steuerung.
2. Erweiterte Diagnosefunktionen:Erkennung von Anomalien der Ventile und Anzeichen einer Verschlechterung, Selbstdiagnose und Unterstützung der vorausschauenden Wartung, um die Wartungskosten zu senken.
3. Selbstkalibrierung und Fernüberwachung:Vereinfachen Sie die Einrichtung und den Betrieb, so dass Benutzer die Einstellungen jederzeit und überall anpassen und konfigurieren können.
4. Niedriger Luftverbrauch:Energieeffizienter als analoge Positionierer.
5. Keine mechanische Abnutzung und minimale Hysterese:Besonders bei der Verwendung der berührungslosen Rückkopplungstechnologie werden Probleme wie mechanischer Verschleiß, Lockerung, Korrosion und Schwingungsschäden beseitigt, wodurch die Zuverlässigkeit und Lebensdauer erheblich verbessert werden.
6. Einfache und zuverlässige Struktur mit langer Betriebsdauer.
7. Kostenwirksamkeit:Obwohl die anfänglichen Kosten höher sind, können langfristig durch optimierten Betrieb und reduzierte Ausfallzeiten erhebliche Kosten eingespart werden.

• Nachteile:

1. Höhere Kosten:Typischerweise teurer als pneumatische und elektrische Aktoren.
2. Es kann jedoch weiterhin Probleme mit mechanischem Verschleiß geben, wenn die berührungslose Rückkopplungstechnologie nicht verwendet wird.

• Typische Anwendungen:geeignet für hochpräzise, hoch automatisierte, komplexe und kritische Anwendungen, die die Datenerfassung und IoT-Integration erfordern, wie Öl und Gas, Raffinerien, Energie, Chemikalien, Zellstoff und Papier,Biowissenschaften, Lebensmittel- und Getränkeindustrie und Bergbauindustrie.

Die folgende Tabelle vergleicht verschiedene Arten von Ventilpositionierern: