Das Geheimnis der Vibrationsregelung.

In der chemischen Industrie werden Regelventile häufig eingesetzt, und das Verständnis der Schwingungen von Regelventilen ist bei einigen Anwendern nicht sehr ausgeprägt.

Regelventilschwingungen bezeichnen das Phänomen des schnellen Schließens und Öffnens des Ventils während des Betriebs, was darauf hindeutet, dass das Regelventil nicht in der Lage ist, in einer geeigneten Position stabil zu bleiben, um die beabsichtigten Prozessbedingungen aufrechtzuerhalten.

Dieser Zustand führt dazu, dass die Prozessvariable in einem geschlossenen Regelkreis um ihren Sollwert schwankt.

• Probleme mit dem Regler:Ein falsch eingestellter Regler oder ein Ausfall seiner internen Komponenten kann zu einem instabilen Steuersignal führen, was wiederum dazu führen kann, dass das Ventil schwingt.
• Ausfall von Regelventilkomponenten:Verschleiß oder Beschädigung bestimmter Komponenten des Ventils (wie Schieber, Sitze oder Aktuatoren) kann ebenfalls zu Schwingungserscheinungen führen.
• Einfluss der Betriebsweise:Manchmal kann selbst dann, wenn die Hardware selbst nicht defekt ist, eine ungeeignete Betriebsweise oder Prozessauslegung Schwingungen auslösen.

Anhaltende Ventilschwingungen beeinträchtigen nicht nur die Leistung der Stopfbuchspackung, sondern können auch zu erheblichen Abweichungen vom gewünschten Sollwert führen, was sich auf die Produktivität und die Produktqualität auswirkt. Daher ist es entscheidend, die Ursache der Schwingung genau zu ermitteln, um die notwendigen Korrekturmaßnahmen zur Behebung des Schwingungsproblems zu ergreifen und die Gesamtleistung des Regelkreises zu verbessern.

Dieser Artikel befasst sich eingehend mit den verschiedenen potenziellen Faktoren, die Ventilschwingungen verursachen, und wie diese diagnostiziert werden, mit dem Ziel, den Lesern zu helfen, diese häufige, aber komplexe industrielle Herausforderung besser zu verstehen und zu bewältigen. Durch das Verständnis dieser Informationen können Ingenieure und Techniker ihre Steuerungssysteme effektiver warten und optimieren, um den reibungslosen Ablauf der Produktionsprozesse zu gewährleisten.

1. Problem mit dem Regelkreis

   Schalten Sie den Regler-Modus von Auto auf Manuell und beurteilen Sie die Reaktion wie gewohnt, um festzustellen, ob das Problem innerhalb des Kreises liegt.

   Wenn die Schwingung aufhört, ist der Kreis fehlerhaft. Diese Probleme treten in der Regel bei nichtlinearen Prozessen auf. Aufgrund von Hystereseeffekten kann es auch zu "Jagen" kommen. Das Ergebnis ist, dass sich der Prozessregelkreis träge verhält.

   Der Regler ist nicht so konfiguriert, dass er dieses mechanische Problem löst. Festgefahrene Regelventile, die durch Probleme im Regelkreis verursacht werden, können durch eine ordnungsgemäße Einstellung des Reglers behoben werden. Wenn dies nicht im Handbuch angegeben ist, kann dies auf andere Ursachen zurückzuführen sein, z. B. auf tatsächliche Unterschiede in den Prozessvariablen, die Ventilauslegung usw.

2. Regelventilgröße

   Die Steuerbarkeit des Ventils wird stark von der Größe des Regelventils beeinflusst. Der Durchflussbeiwert (abgekürzt Cv) ist die Wassermenge, die bei einem Druckabfall von 1 psi durch ein voll geöffnetes Ventil bei 600 °F fließen kann.

   Der Cv-Wert wird durch die Ventilauslegung bestimmt und bleibt konstant. Selbst Regelventile gleicher Größe können unterschiedliche Cv-Werte haben, wenn sich die Bauart oder die Ventilinnenteile unterscheiden. Das Problem der Regelventilbemessung wird deutlich, wenn die Gesamtprozessverstärkung niedrig oder sehr hoch ist. Regelventile werden oft auf der Grundlage des Bedarfs an zukünftigen Durchflusserhöhungen ausgewählt, was dazu führen kann, dass die gewählte Ventilgröße etwas größer ist als die aktuellen Anwendungsanforderungen, was sich auf die Regelgenauigkeit auswirken kann.

   Zu große Ventile können zu übermäßigem Öffnen und Schließen führen, was zu Festfressen, Beschädigung der Packung und ungenauer Regelung führt. Umgekehrt benötigen zu kleine Ventile einen großen Druckabfall, um den richtigen Durchfluss aufrechtzuerhalten, und können möglicherweise nicht die erforderliche Kapazität aufbringen, wodurch der Pumpendruck erhöht und das Risiko einer Kavitation steigt. Kavitation und Ausblitzung sind die Hauptprobleme, die Schäden an den Innenteilen des Regelventils verursachen, was wiederum zu Schwankungen in der Prozessregelung führt.

3. Stellungsregler des Regelventils

   Um den Stellantrieb des Regelventils in der Gleichgewichtsposition zu halten, die zur Regelung der Prozessvariablen erforderlich ist, wird der Stellungsregler durch Regulierung des Luftdrucks realisiert.

   Er hat einen Schieber zur Steuerung des Luftstroms, aber eine längere Nutzung oder Staubpartikel in der Luft können dazu führen, dass der Schieber verschleißt und in einer bestimmten Position stecken bleibt, was zu einem ungewöhnlich hohen Luftdruck führt. Sobald der Luftdruck ansteigt, löst sich der Schieber aus der festgefahrenen Position und löst ein Überschwingen aus, das zu einer instabilen Ventilposition, dem Verlust der effektiven Steuerung des Ventils und einer Ablenkung führt.

   Der Stellungsregler kann aufgrund von Strahlungswärme von den umliegenden Prozesstanks hohen Temperaturen ausgesetzt sein, was ebenfalls ein Faktor dafür sein kann, dass der Stellungsregler das Regelventil zum Stillstand bringt, was möglicherweise zu Schäden an den Stellungsreglerdichtungen und -rohren führt. Der Stellungsregler verwendet eine Rückkopplungsverbindung, um die tatsächliche Position des Ventils zu erfassen und die Ausgabe anzupassen.

   Wenn die Rückkopplungsverbindung ausfällt, z. B. aufgrund von Flüssigkeitskräften oder Reibung, funktioniert das Ventil möglicherweise nicht richtig. Moderne intelligente Stellungsregler haben die einzigartige Fähigkeit, solche Abweichungen zu erkennen.

4. Statische Reibung während des Ventilwegs

   Wenn ein Ventil auf statische Reibung (d. h. Festfressen) stößt, stoppt es die Bewegung in einer bestimmten Position und benötigt zusätzliche Kraft, um neu zu starten. Die Ursache für dieses Phänomen können verhärtete Stopfbuchspackungen oder ein viskoser Fluss innerhalb des Schiebers sein.

   Wenn die aufgebrachte Kraft ausreicht, um den Punkt des Festfressens zu überwinden, bewegt sich das Ventil in die Überschwingposition, wodurch die Prozessvariable den Sollwert überschreitet. Dieses Festfressen kann durch Überwachung des Zusammenhangs zwischen dem Reglerausgang und der Prozessvariablen beobachtet werden.

   Der Ventilstellantrieb sollte richtig dimensioniert sein und das Drehmoment an der Stopfbuchspackung sollte innerhalb akzeptabler Grenzen liegen, um ein Festfressen zu vermeiden.

5. Hardware-Defekte

   Darüber hinaus kann Verschleiß im Inneren des Schiebers dazu führen, dass das Ventil festklemmt, wodurch das Ventil nicht vollständig geschlossen werden kann. Eine Beschädigung des Schiebers kann dazu führen, dass ein Regelventil im hohen Betriebsbereich die Kontrolle verliert.

   In Regelventilen werden Stopfbuchspackungen verwendet, um zu verhindern, dass Prozessmedien aus dem Ventilkörper austreten. Bei Beschädigung kann es zu Leckagen an der Haube kommen, was die Sicherheit der Arbeitsumgebung gefährdet. Leckagen im Ventilstellantrieb sind ein weiterer Faktor, der zu einem "Jagen" des Ventils führen kann.

   Der Ventilschaft wird zunächst vom Stellungsregler präzise positioniert, aber aufgrund von Leckagen bewegt sich der Schaft weiter, wodurch der Stellungsregler gezwungen wird, den Ausgang wiederholt anzupassen, was zu einer unendlichen Suche nach der Schaftposition führt. Dies ist eines der häufigen Nachlaufphänomene für Regelventile unter stationären Steuersignalen.

Probleme im Regelkreis oder andere Einflüsse können dazu führen, dass Regelventile schwingen. Ermitteln Sie die Ursache des Problems, indem Sie den Regler in den manuellen Modus schalten und beobachten, ob die Schwingung aufhört. Wenn die Schwingung aufhört, deutet dies darauf hin, dass das Problem auf ein Problem im Regelkreis selbst zurückzuführen ist, das durch geeignete Anpassungen behoben werden kann.

Interne Schwingungen können durch falsche Einstellungen oder eine Fehlfunktion der Maschine verursacht werden. Wenn das Ventil im manuellen Modus immer noch ein unregelmäßiges Verhalten aufweist, kann das Problem von einer beschädigten Ventilbaugruppe oder einer Änderung der Prozessparameter herrühren.

Festfressen und Überschwingen des Stellungsreglers sind die häufigsten Ursachen für das Festfressen von Regelventilen. Die Ausgangsreaktion des Ventils bei Vorliegen eines Festfressphänomens kann anhand einer Grafik deutlich dargestellt werden.

Um festzustellen, ob das Festfressen des Regelventils auf eine falsche Reglereinstellung oder einen mechanischen Fehler des Regelventils selbst zurückzuführen ist, wird empfohlen, den Reglerausgang vorübergehend zu umgehen, dem Ventilstellantrieb einen konstanten Druck zuzuführen und die Ausgangsreaktion zu beobachten.

Lineare Potentiometer (Positionssender) werden zur Erfassung der Schaftbewegung verwendet, während Druckaufnehmer (intelligente Stellungsregler) zur Messung des Ausgangsdrucks des Stellungsreglers verwendet werden. Durch den Anschluss dieser Sensoren an ein Datenerfassungssystem und die Visualisierung dieser Daten mithilfe von Überwachungssoftware (z. B. Labview) kann eine Grafik der Schaftbewegung gegenüber dem Reglerausgang erstellt werden.

Der Mikrocontroller empfängt Eingangssignale vom Reglersollwert und von Drucksensoren. Wenn eine Druckabweichung vom Sollwert festgestellt wird, wird dies als "Jagen"-Verhalten betrachtet, wenn diese Abweichung mehr als fünfmal auftritt. In diesem Fall wird der Ausgang des Reglers isoliert und der Strom-Druck-Wandler (I-P-Wandler) erzeugt automatisch einen Druck, der dem Sollwert entspricht, und gibt ihn als Eingang an den Stellungsregler des Regelventils. Überprüfen Sie die Abweichung nach einigen Sekunden erneut.

Wenn festgestellt wird, dass die Abweichung reduziert wurde, sind das Regelventil und sein Zubehör nicht fehlerhaft.

Daher ist eine spezielle Anpassung der Reglerschaltung erforderlich. Wenn das Ventil jedoch immer noch fehlerhaft ist, können die Innenteile durch die Stopfbuchspackung beschädigt oder festgefahren sein. Mithilfe einer Grafik mit Totzonen kann die genaue Position des Festfressens leicht gefunden werden.

Im Falle eines anhaltenden Schlagens, aber ohne Anzeichen einer Totzone, tritt die Schwingung höchstwahrscheinlich aufgrund einer Beschädigung einer Komponente wie des Schiebers auf. Diese Methode kann auch dazu beitragen, festzustellen, ob das Festfressphänomen über den gesamten Regelbereich vorhanden ist oder auf bestimmte Betriebsabstände beschränkt ist.