Was ist ein pneumatisches Regelventil?

Abstract: Als wichtiges industrielles Automatisierungs-Steuergerät wird das pneumatische Regelventil in vielen Bereichen wie der chemischen Industrie, der Erdölindustrie, der Elektrizitätswirtschaft, der Metallurgie usw. eingesetzt. Es verwendet Druckluft als Energiequelle, kombiniert mit elektrischen Stellungsreglern und Aktoren, um die präzise Steuerung von Prozessparametern wie dem Mediumsfluss und dem Druck in der Pipeline zu realisieren. In diesem Papier werden wir detailliert die strukturelle Zusammensetzung, das Funktionsprinzip, die Anwendungseigenschaften, den Fehlerstatus, die Fehlerbehebung und seine Bedeutung in der industriellen Produktion von pneumatischen Regelventilen vorstellen.

I. Die Struktur und Zusammensetzung des pneumatischen Regelventils

Das pneumatische Regelventil besteht hauptsächlich aus den folgenden Teilen:

1. Pneumatischer Aktor: Dies ist die Kernkomponente des pneumatischen Regelventils, die für den Empfang von Signalen vom Steuerungssystem (z. B. SPS) und deren Umwandlung in mechanische Aktionen zuständig ist. Der pneumatische Aktor umfasst in der Regel pneumatische Membranen, Federn, Aktoren und Ventilschaftkomponenten. 

2. Regelventilgehäuse: einschließlich Ventilkegel, Ventilsitz und das Ventilgehäuse selbst. Kegel und Sitz sind die Schlüsselkomponenten zur Realisierung des Drosseleffekts, sie steuern den Durchfluss und den Druck des Mediums durch die relative Positionsänderung.

3. Stellungsregler: dient zur Verbesserung der Präzision der Ventilsteuerung. Der Stellungsregler sorgt anhand des Rückkopplungssignals der Ventilschaftverschiebung für die Genauigkeit und Stabilität der Ventilaktion.

4. Zubehör: wie Filterdruckminderventil, Magnetventil, manuelles Betätigungsgerät usw., die zur Unterstützung des normalen Betriebs des Systems verwendet werden.

II. Das Funktionsprinzip des pneumatischen Regelventils

Der Arbeitsprozess des pneumatischen Regelventils kann in die folgenden Schritte unterteilt werden:

1. Signalempfang und -umwandlung: Das pneumatische Regelventil empfängt über das Steuerungssystem (z. B. SPS) Stromsignale oder analoge Signale, diese Signale werden über den elektrischen Stellungsregler oder Wandler in pneumatische Signale umgewandelt. Beispielsweise kann ein gängiges 4-20mA-Stromsignal über den Stellungsregler in ein 0,02-0,1MPa-Pneumatiksignal umgewandelt werden. Diese Umwandlung ermöglicht es dem pneumatischen Aktor, entsprechende Aktionen entsprechend den Änderungen des Eingangssignals auszuführen.

2. Aktoraktion

Wenn das pneumatische Signal in den pneumatischen Dünnfilmaktor eintritt, drückt die Druckluft die Membran zum Ausdehnen, was wiederum den Aktor und den Ventilschaft drückt, wodurch der Kegel verschoben wird und die Öffnung des Ventils verändert wird. Im Einzelnen:

-Wenn das Luftdrucksignal ansteigt, bewegt sich die Schubstange nach oben und treibt den Ventilschaft und den Kegel nach oben, und das Ventil öffnet sich weit;

-Wenn das Luftdrucksignal abnimmt, bewegt sich die Schubstange nach unten und treibt den Ventilschaft und den Kegel nach unten, das Ventil schließt sich klein.

3. Die Rolle des Stellungsreglers

Der Stellungsregler passt die Aktion des pneumatischen Aktors in Echtzeit entsprechend dem Verschieberückkopplungssignal des Ventilschafts an, um sicherzustellen, dass die Öffnung des Ventils mit dem Eingangssignal übereinstimmt. Wenn das Rückkopplungssignal mit dem Eingangssignal ausgeglichen ist, stoppt das Ventil die Bewegung und gewährleistet so die Genauigkeit und Stabilität der Regelung.

Positiv wirkender Stellungsregler: Wenn das Eingangssignal ansteigt, erhöht sich der Luftdruckausgang zum Membrankopf, so dass sich die Ventilöffnung vergrößert.

Negativ wirkender Stellungsregler: Wenn das Eingangssignal ansteigt, verringert sich der Luftdruckausgang zum Membrankopf, so dass sich die Ventilöffnung verringert.

Die Auswahl des Stellungsreglers sollte entsprechend den spezifischen Anforderungen des Aktors und des Regelventils erfolgen, um die Stabilität und Zuverlässigkeit des Systems zu gewährleisten.

4. Regulierung des Mediumsflusses und -drucks

Der Vordruck wird durch den Drosseleffekt des Ventilkegels und -sitzes in den Nachdruck umgewandelt. Der spezifische Anpassungsprozess ist wie folgt:

-Druckregelung: P2 wird über die Leitung in die obere Membrankammer eingespeist und wirkt auf die obere Scheibe, die resultierende Kraft wird mit der Reaktionskraft der Feder ausgeglichen, was die relative Position des Kegels und des Sitzes bestimmt und somit den Druck nach dem Ventil steuert. Wenn P2 ansteigt, erhöht sich die Kraft auf die obere Scheibe, überwindet die Federkraft, schließt den Kegel, verringert die Durchflussfläche, erhöht den Strömungswiderstand und P2 sinkt, bis er den eingestellten Wert erreicht.

-Durchflussregelung: Durch Ändern der relativen Position des Kegels und des Sitzes wird die Durchflussfläche des Mediums geregelt und somit der Durchfluss gesteuert. Wenn es notwendig ist, den Durchfluss zu erhöhen, wird das Ventil geöffnet; wenn es notwendig ist, den Durchfluss zu verringern, wird das Ventil geschlossen.

5. Rückmeldung und Regulierung.

Im gesamten Anpassungsprozess ändert sich die Ventilöffnung, der Rückmeldehebel gibt dem Stellungsregler ein Echtzeit-Rückmeldesignal. Der Stellungsregler passt sich entsprechend diesem Rückmeldesignal an, um die Genauigkeit und Stabilität der Ventilaktion zu gewährleisten. Wenn das Rückmeldesignal mit dem Eingangssignal ausgeglichen ist, stoppt das Ventil die Bewegung und behält den aktuellen Öffnungsgrad bei.

6. Pneumatische Aktoraktionsform

Positive Wirkung: Wenn der Eingangsluftdruck des pneumatischen Aktors ansteigt, bewegt sich der Aktor nach unten, was als positive Wirkung bezeichnet wird.

Negative Wirkung: Wenn der Eingangsluftdruck des pneumatischen Aktors ansteigt, bewegt sich die Schubstange nach oben, was als negative Wirkung bezeichnet wird.

7. Vorwärts- und Rückwärtsbeladung des Regelmechanismus

Positiv belastendes Ventil: Wenn sich der Kegel nach unten bewegt, verringert sich die Querschnittsfläche des Durchflusses zwischen dem Kegel und dem Ventilsitz.

Negativ belastendes Ventil: Wenn sich der Kegel nach unten bewegt, vergrößert sich die Querschnittsfläche des Kreislaufs. 

8. Pneumatische Aktoraktionsform

Luft zum Öffnen (Air to Open, A.O.): Wenn der Signaldruck ansteigt, öffnet sich das Ventil allmählich; wenn kein Signal vorhanden ist, schließt sich das Ventil.

Luft zum Schließen, A.C.: Wenn der Signaldruck ansteigt, wird das Ventil allmählich geschlossen; wenn kein Signal vorhanden ist, ist das Ventil vollständig geöffnet.

III. Die Anwendungseigenschaften des pneumatischen Regelventils.

Das pneumatische Regelventil hat die folgenden wesentlichen Vorteile, die es in industriellen Automatisierungs-Steuerungssystemen weit verbreitet machen:.

1. Einfache Steuerung: Die Bedienung und Wartung von pneumatischen Regelventilen ist relativ einfach, ohne dass komplexe elektronische Schaltungen erforderlich sind, wodurch die Ausfallrate und die Wartungskosten reduziert werden.

2. Schnelle Reaktion: Aufgrund der schnellen Reaktionsgeschwindigkeit der Druckluftleistung können pneumatische Regelventile in kurzer Zeit vom Erhalt der Anweisungen bis zur Ausführung des gesamten Aktionsprozesses abgeschlossen werden, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit des Systems verbessert wird.

3. Eigensicher: Pneumatische Regelventile sind nicht auf elektrischen Antrieb angewiesen, um das Risiko von elektrischen Funken zu vermeiden, insbesondere für brennbare und explosive Orte.

4. Starke Anpassungsfähigkeit: Das pneumatische Regelventil kann Gas, Dampf, Flüssigkeit und andere Medien regulieren, geeignet für unterschiedliche Arbeitsbedingungen.

5. Lange Lebensdauer: Die Struktur des pneumatischen Regelventils ist vernünftig konstruiert, die Materialauswahl ist ausgezeichnet, mit hoher Haltbarkeit und Zuverlässigkeit und kann lange stabil arbeiten.

6. Energieeinsparung und hohe Effizienz: Durch die präzise Steuerung des Medienflusses und -drucks kann das pneumatische Regelventil effektiv Energie sparen und die Produktionseffizienz verbessern.

IV. Die typische Anwendungsszene

Pneumatische Regelventile werden in folgenden Branchen und Anlässen häufig eingesetzt:

1. Chemische Industrie: zur Regulierung des Flusses und des Drucks von Materialien im chemischen Reaktor, um die Stabilität und Sicherheit der Reaktionsbedingungen zu gewährleisten.

2. Erdölindustrie: in Ölquellen, Raffinerien und anderen Orten zur Regulierung des Flusses und des Drucks in der Öl- und Gastransmissionsleitung, um die Sicherheit und Stabilität des Produktionsprozesses zu gewährleisten.

3. Elektrizitätswirtschaft: im Kesselspeisewassersystem und Dampfregelungssystem des Wärmekraftwerks zur Gewährleistung der Stabilität und Effizienz des Kesselbetriebs.

4. Metallurgische Industrie: im Hochofen, Konverter und anderen Geräten Kühlwassersystem, Gasregelungssystem usw., um die Sicherheit und Stabilität des Produktionsprozesses zu gewährleisten.

5. Pharmazeutische Industrie: Es wird für alle Arten von Materialtransport und -regulierung im Prozess der pharmazeutischen Produktion verwendet, um die Genauigkeit und den Hygienestandard des Produktionsprozesses zu gewährleisten.

V. Der Fehlerzustand des Regelventils

Entsprechend der Wirkungsweise werden pneumatische Ventile üblicherweise in gasoffen und gasgeschlossen unterteilt. Luft offen und Luft geschlossen Auswahl basierend auf der Sicherheit des Produktionspunkts, das heißt, bei Unterbrechung der Luftquelle, das Ventil ist in der geschlossenen Position sicherer oder in der offenen Position sicherer.

Ventil vom Typ Luft öffnen (Air to Open) erhöht sich der Luftdruck im Membrankopf, das Ventil in die Richtung der erhöhten Wirkung, wenn der Eingangsluftdruck den oberen Grenzwert erreicht, befindet sich das Ventil in einem vollständig geöffneten Zustand. Umgekehrt, wenn der Luftdruck abnimmt, wirkt das Ventil in Schließrichtung, und wenn kein Eingang vorhanden ist, ist das Ventil vollständig geschlossen. Daher werden Ventile vom Typ Luft öffnen manchmal als Schließfehler (Fail to Close, FC) bezeichnet.

Ventile vom Typ Luft schließen (Air to Close) arbeiten in entgegengesetzter Richtung zu Luft öffnen. Der Luftdruck erhöht sich, das Ventil in Schließrichtung; der Luftdruck sinkt oder kein Eingang, das Ventil in Öffnungsrichtung oder vollständig geöffneter Zustand. Daher wird es manchmal als Fehler zum Öffnen (Fail to Open, FO) bezeichnet.

Regelventile können während des Betriebs auf verschiedene Fehler stoßen, insbesondere bei Unterbrechung der Luftquelle oder des elektrischen Signals. Um die Sicherheit des Systems zu gewährleisten, werden Regelventile in der Regel mit unterschiedlichen Fehlerbehandlungsmethoden konstruiert:

1. FC (Fail to Close): Das Ventil schließt sich automatisch, wenn die Gasquelle oder das elektrische Signal ausfällt. Geeignet für Anwendungen, bei denen im Fehlerfall eine sichere Abschaltung erforderlich ist, z. B. Regelventile an Brenngasleitungen.

2. FO (Fail to Open): Das Ventil öffnet sich automatisch, wenn die Gasquelle oder das elektrische Signal ausfällt. Geeignet für Anwendungen, bei denen im Fehlerfall eine sichere Öffnung erforderlich ist, z. B. Notentlüftungsventile.

3. FL (Fail to Last Position): Wenn die Luftquelle oder das elektrische Signal ausfällt, verbleibt das Ventil in seiner aktuellen Position. Geeignet für Anwendungen, bei denen keine sofortige Reaktion auf einen Fehler erforderlich ist.

4. FLC (Fail to Last Position with Closing Trend): Wenn die Luftquelle oder das elektrische Signal ausfällt, hält das Ventil die Position, neigt aber zum Schließen und schließt sich schließlich. Geeignet für Anwendungen, die im Fehlerfall ein langsames Schließen erfordern. 

5. FLO (Fail to Last Position with Opening Trend, behalten Sie die ursprüngliche Position und neigen Sie zum Öffnen): Wenn die Gasquelle oder das elektrische Signal ausfällt, behält das Ventil die Position, neigt aber zum Öffnen und öffnet sich schließlich. Geeignet für Anwendungsszenarien, die im Fehlerfall ein langsames Öffnen erfordern. 

6. AFL/EFC (Advanced Fail to Close)

-AFL/EFC-1: Verlust der Luftversorgung Magnetventil nicht stromlos, Ventil hält die Position.

-AFL/EFC-2: Unabhängig davon, ob die Gasquelle verloren geht, ist das Magnetventil stromlos, das Ventil befindet sich in der geschlossenen Position.

7. AFL/EFO (Advanced Fail to Open)

-AFL/EFO-1: Verlust der Luftversorgung Magnetventil ist nicht stromlos, Ventil hält die Position.

-AFL/EFO-2: Das Ventil befindet sich in der offenen Position, unabhängig davon, ob die Luftquelle verloren geht, ist das Magnetventil stromlos.

VI.Der pneumatische Ventilfehler und die Fehlerbehebung

1, das pneumatische Ventil kann nicht betätigt werden

Fehlererscheinung: Das pneumatische Ventil kann sich nicht öffnen oder schließen.

Ursachenanalyse

A, unzureichender Gasdruck oder Blockierung der Gasleitung: Die Arbeit des pneumatischen Ventils hängt von einem stabilen Gasdruck ab. Wenn der Gasquellendruck unzureichend ist oder eine Blockierung in der Gasleitung vorliegt, führt dies dazu, dass das Ventil nicht normal betätigt werden kann.

B, Magnetventilfehler: Das Magnetventil ist ein wichtiger Bestandteil des pneumatischen Ventilsteuersystems. Wenn die Magnetventilspule durchbrennt oder der Kegel klemmt, wirkt sich dies direkt auf die Betätigung des pneumatischen Ventils aus.

C, Aktorfehler: Der Kolben oder Zylinder im Inneren des Aktors klemmt oder es tritt ein internes Leck auf, was ebenfalls dazu führt, dass das pneumatische Ventil nicht richtig funktioniert.

D, Verunreinigungen oder Blockierungen im Inneren des Ventilkörpers: Im Ventilkörper können sich Verunreinigungen oder Blockierungen befinden, die den Strömungsweg beeinträchtigen, was dazu führt, dass sich das Ventil nicht normal öffnen oder schließen lässt.

Beseitigungsmethoden

A. Überprüfen Sie, ob der Gasquellendruck und die Gasleitung normal sind, reparieren Sie sie gegebenenfalls rechtzeitig. Stellen Sie sicher, dass der Druck der Luftquelle den Konstruktionsanforderungen entspricht, reinigen oder ersetzen Sie die verstopften Teile im Luftkreislauf.

B. Ersetzen Sie das Magnetventil oder reinigen Sie den Kegel. Überprüfen Sie regelmäßig den Betriebszustand des Magnetventils, rechtzeitige Erkennung und Behandlung von Fehlern.

C, Überprüfen Sie den Aktor, z. B. Kolben, Zylinder usw. auf Beschädigungen oder interne Leckagen, ersetzen Sie beschädigte Teile gegebenenfalls rechtzeitig. Schmieren Sie regelmäßig die beweglichen Teile des Aktors, um Verschleiß zu reduzieren.

D, Reinigen Sie das Innere des Ventilkörpers, um sicherzustellen, dass der Strömungsweg frei ist. Achten Sie bei der Installation und Verwendung darauf, die Sauberkeit des Mediums zu erhalten, um zu verhindern, dass Verunreinigungen in den Ventilkörper gelangen.

2, pneumatische Ventil langsame Aktion

Fehlererscheinung: Die Öffnungs- oder Schließgeschwindigkeit des pneumatischen Ventils ist langsam.

Ursachenanalyse

A. Unzureichender Druck der Gasquelle oder Blockierung der Gasleitung: Unzureichender Druck der Gasquelle oder Blockierung der Gasleitung führt zu einer langsamen Betätigung des pneumatischen Ventils.

B. Übermäßige Reibung im Inneren des Aktors: Übermäßige Reibung zwischen dem Kolben und der Zylinderwand im Inneren des Aktors oder Alterung der Dichtungen kann zu einer langsamen Betätigung des pneumatischen Ventils führen.

C. Verunreinigungen oder Verstopfungen im Inneren des Ventilkörpers: Im Ventilkörper können sich Verunreinigungen oder Verstopfungen befinden, die den reibungslosen Strömungsweg beeinträchtigen, was zu einer langsamen Betätigung des pneumatischen Ventils führt.

Beseitigungsmethoden

A. Überprüfen Sie, ob der Luftquellendruck und der Luftkreislauf normal sind, reparieren Sie sie gegebenenfalls rechtzeitig. Stellen Sie sicher, dass der Luftquellendruck den Konstruktionsanforderungen entspricht, reinigen oder ersetzen Sie die blockierten Teile im Luftkreislauf.

B. Schmieren Sie den Aktor und ersetzen Sie stark abgenutzte Teile. Schmieren Sie regelmäßig die beweglichen Teile des Aktors, um die Reibung zu verringern.

C. Reinigen Sie das Innere des Ventilkörpers, um sicherzustellen, dass der Strömungsweg frei ist. Achten Sie bei der Installation und Verwendung darauf, die Sauberkeit des Mediums zu erhalten, um zu verhindern, dass Verunreinigungen in den Ventilkörper gelangen.

3, Pneumatisches Ventil Leckage

Fehlererscheinung: Das pneumatische Ventil hat im geschlossenen Zustand immer noch Medienleckagen.

Ursachenanalyse

A, Dichtungsschaden oder Alterung: Dichtungen (z. B. O-Ring, Dichtung) Beschädigung oder Alterung, kann dazu führen, dass das pneumatische Ventil im geschlossenen Zustand immer noch Medienleckagen hat.

B, die Ventilkörperverbindungen sind locker oder schlecht abgedichtet: Lockere oder schlecht abgedichtete Ventilkörperverbindungen können ebenfalls dazu führen, dass pneumatische Ventile im geschlossenen Zustand immer noch Medienleckagen aufweisen.

C. Leckage im Inneren des Aktors: Leckage des Zylinders oder Kolbens im Inneren des Aktors beeinträchtigt die Dichtungsleistung des pneumatischen Ventils.

Beseitigungsmethoden

A. Ersetzen Sie beschädigte oder gealterte Dichtungen. Überprüfen Sie regelmäßig den Zustand der Dichtungen, rechtzeitige Erkennung und Behandlung des Problems.

B. Ziehen Sie die Ventilkörperverbindungen fest, um eine gute Abdichtung zu gewährleisten. Befolgen Sie bei der Installation die Betriebsabläufe strikt, um die Dichtungsleistung der Verbindungen zu gewährleisten.

C, Überprüfen Sie das Innere des Aktors, wenn Leckagen vorhanden sind, reparieren oder ersetzen Sie die Teile rechtzeitig. Überprüfen Sie regelmäßig die Dichtungsleistung des Aktors, um Leckageprobleme rechtzeitig zu erkennen und zu beheben.

4, Pneumatische Ventilpositionierungsungenauigkeit

Fehlererscheinung: Das pneumatische Ventil kann die voreingestellte Schalterposition nicht erreichen.

Ursachenanalyse

A, Stellungsreglerfehler oder falsche Einstellung: Der Stellungsregler ist ein wichtiger Bestandteil des pneumatischen Ventilsteuersystems. Wenn der Stellungsregler fehlerhaft ist oder falsch eingestellt wurde, erreicht das pneumatische Ventil nicht die voreingestellte Schaltposition.

B. Unzureichender oder falsch eingestellter pneumatischer Aktorhub: Ein unzureichender oder falsch eingestellter pneumatischer Aktorhub kann ebenfalls dazu führen, dass das pneumatische Ventil die voreingestellte Schaltposition nicht erreicht.

Fehlerbehebungsmethoden

A. Überprüfen Sie, ob der Stellungsregler fehlerhaft ist oder falsch eingestellt wurde, und ersetzen oder stellen Sie ihn gegebenenfalls neu ein. Kalibrieren Sie den Stellungsregler regelmäßig, um sicherzustellen, dass er sich in gutem Betriebszustand befindet.

B. Überprüfen Sie, ob der pneumatische Aktorhub unzureichend oder falsch eingestellt ist, passen Sie ihn gegebenenfalls an oder ersetzen Sie Teile. Überprüfen Sie regelmäßig den Hub des pneumatischen Aktors, um sicherzustellen, dass er den Konstruktionsanforderungen entspricht.

5, Andere Fehler

5.1 Ventilaktion beginnt zu springen

Fehlererscheinung: Das Springen der Ventilaktion beginnt.

Ursachenanalyse: Die Last kann zu groß sein, die Spezifikationen des Aktors müssen erhöht werden.

Beseitigungsmethode: Wählen Sie entsprechend der tatsächlichen Last die geeigneten Spezifikationen des Aktors aus, um sicherzustellen, dass er die Lastanforderungen erfüllen kann.

5.2 Springen am Ende der Ventilaktion

Fehlererscheinung: Springen am Ende der Ventilaktion.

Ursachenanalyse: Die Aktion kann zu schnell sein, die Trägheitsenergie ist zu groß, die Notwendigkeit, das Geschwindigkeitsregelventil oder den externen Puffer zu erhöhen.

Beseitigungsmethoden: Erhöhen Sie im pneumatischen System das Geschwindigkeitsregelventil oder die externe Puffervorrichtung, reduzieren Sie die Aktionsgeschwindigkeit, reduzieren Sie die Auswirkungen der Trägheitsenergie.

5.3 Kein Signal zurück zum Signal

Fehlererscheinung: Kein Signalausgang zurück zum Signal.

Ursachenanalyse: Die Signalleitung kann kurzgeschlossen sein, getrennt werden, die Signalleitung muss repariert oder der Mikroschalter ersetzt werden.

Abhilfe: Überprüfen Sie die Signalleitung, reparieren Sie den Kurzschluss oder die Unterbrechung und ersetzen Sie gegebenenfalls den Mikroschalter.