W jaki sposób ciśnienie powietrza wpływa na czas reakcji zaworu?
Zostaw wiadomość
W nowoczesnych systemach kontroli automatyzacji przemysłowej zawory uruchamiane powietrzem polegają na sprężonym powietrzu jako źródle zasilania do kontrolowania otwierania i zamykania zaworu, regulując w ten sposób przepływ, ciśnienie lub poziom mediów, takich jak gaz, ciecz lub pary. Jednym z kluczowych parametrów wydajności jest „czas odpowiedzi”, czyli czas przyjmowany z sygnału sterowania (zwykle zawór elektromagnesu, aby przełączyć ścieżkę powietrza) na zawór wypełniający cały skok otwierający lub zamykający. Im szybciej reakcja, tym bardziej terminowa będzie dostosowanie systemu, co ma ogromne znaczenie dla poprawy wydajności produkcji i zapewnienia bezpieczeństwa produkcji. Spośród wielu czynników wpływających na czas reakcji, ciśnienie powietrza źródła powietrza jest jednym z najważniejszych czynników. W tym artykule przeanalizuje wpływ ciśnienia powietrza na wydajność reakcji zaworów pneumatycznych, aby pomóc użytkownikom prawidłowo ustawić ciśnienie powietrza.
Zasada robocza zaworów uruchamianych powietrza
Aby zrozumieć, w jaki sposób ciśnienie powietrza wpływa na czas reakcji, najpierw musisz zrozumieć podstawy działania zaworu uruchamianego pneumatycznego. Typowy zawór uruchamiany powietrzem składa się głównie z dwóch części: siłownika pneumatycznego (siłownik) i korpusu zaworu (korpus zaworu). Siłowniki pneumatyczne to składniki, które odbierają sprężone powietrze i przekształcają energię ciśnienia powietrza w ruch mechaniczny (ruch liniowy lub obrotowy). Wspólne typy obejmują typ tłoka i typ przepony.
Przykładając najczęstszy wspólny siłownik tłokowy z wiosennym sprężyny, gdy sprężone powietrze wchodzi do cylindra siłownika przez interfejs kontrolny, ciśnienie powietrza działa na tłok w celu wygenerowania ciągu. Pęd ten musi przezwyciężyć siłę obciążenia wstępnego sprężyny wewnętrznej, tarcie ruchu trzonu zaworu i możliwą siłę reakcji wygenerowaną przez ciśnienie mediów wewnątrz zaworu. Gdy siła ciągu jest wystarczająco duża, tłok zaczyna się poruszać, prowadząc łodygę zaworu do poruszania się przez element łączącego, a tym samym napędzając rdzeń zaworu, aby przesunąć się z bieżącej pozycji do pozycji docelowej.
Podwójny siłownik nie ma sprężyny powrotnej, a jego działania otwierające i zamykające wymagają przepuszczania sprężonego powietrza przez różne porty powietrzne. Podczas całego procesu prędkość wchodzącego i wychodzenia powietrza, a także zdolność do pokonania różnych rezystancji, wspólnie określa prędkość przełączania zaworu.
Ilość ciśnienia powietrza bezpośrednio określa ilość siły napędowej wywieranej na tłok lub przeponę siłownika. Zgodnie z zasadą fizyki (Force=ciśnienie × obszar), gdy obszar efektywny siłownika (obszar tłokowy lub membrany) jest stały, im wyższe ciśnienie zasilania powietrza, tym większa wygenerowana siła napędowa.
Na początkowych etapach otwierania lub zamykania zaworu należy pokonać tarcie statyczne i początkowe obciążenie sprężyny (dla jednoczesnych siłowników). Wyższa siła uruchamiania oznacza, że te oporności na uruchamianie można przezwyciężyć szybciej, umożliwiając zawór rozpocząć ruch wcześniej, skracając fazę reakcji „opóźnienie”.
Ciśnienie powietrza i natężenie przepływu powietrza
Oprócz bezpośredniego zapewnienia siły napędowej, ciśnienie powietrza znacząco wpływa również na „natężenie przepływu” gazu napędzającego, czyli objętość powietrza wchodzącego lub wychodzącego z cylindra siłownika na jednostkę czasu. Gdy otwiera się zawór sterujący (taki jak zawór elektromagnesu), umożliwiając przepływ sprężonego powietrza do siłownika, istnieje różnica ciśnienia między ciśnieniem w linii zasilania powietrza a początkowym ciśnieniem wewnątrz cylindra siłownika (zwykle bliskiego ciśnienia atmosferycznego). Ta różnica ciśnienia napędza przepływ powietrza.
Zgodnie z zasadą dynamiki płynów, w pewnych warunkach, takich jak rurociągi, połączenia i średnice zaworu kontrolnego, im wyższe ciśnienie zasilania powietrza, tym większa różnica ciśnienia początkowego i im większa prędkość początkowa i szybkość przepływu powietrza spływającego do siłownika. Oznacza to, że cylinder siłownika może być szybszy wypełniony sprężonym powietrzem, a tłok lub przepona mogą szybciej przenieść się do pożądanej pozycji. Dlatego wyższe ciśnienie powietrza roboczego nie tylko zwiększa siłę napędową, ale także przyspiesza proces inflacji i wydechu siłownika, który znacznie skraca czas reakcji zaworu.
Jeśli ciśnienie powietrza dostarczone do zaworu uruchamianego powietrza jest niższe niż wymagane do normalnej pracy (zwykle minimalne ciśnienie robocze określone przez producenta), wystąpi szereg negatywnych efektów. Najbardziej bezpośrednią manifestacją jest to, że czas odpowiedzi zaworu jest znacznie wydłużony. Z powodu niewystarczającej siły napędowej zawór może mieć trudności z szybkim przezwyciężeniem oporu początkowego, co spowodowało opóźniony początek; Podczas ruchu przyspieszenie jest zmniejszone, a ogólna prędkość robocza staje się wolniejsza. W poważniejszych przypadkach, jeśli ciśnienie powietrza jest tak niskie, że generowana siła napędowa jest ledwo równa lub mniejsza niż suma różnych rezystancji (w tym siła sprężyna, tarcie, siła średniej reakcji itp.), Zawór może przestać poruszać się w połowie drogi i nie może być w pełni otwarta lub w pełni zamknięta.
Chociaż zwiększenie ciśnienia powietrza ogólnie powoduje szybsze czasy reakcji, nie oznacza to, że wyższe ciśnienie powietrza jest lepsze. Problemy mogą również pojawić się, gdy ciśnienie zasilania powietrza jest znacznie powyżej granicy projektowej siłownika lub zaworu. Przede wszystkim z perspektywy bezpieczeństwa nadmierne ciśnienie może powodować wewnętrzne elementy siłownika (takie jak tłok, cylinder, uszczelki), aby stresować się poza zakresem projektowania, zwiększając ryzyko pęknięcia lub deformacji. Jednocześnie ogromna siła napędowa może spowodować gwałtowne uderzenie zaworu lub zatrzymanie ograniczenia na końcu udaru mózgu, powodując silny wstrząs i wibracje. Ten „efekt uderzenia” spowoduje nie tylko hałas, ale także przyspieszy zużycie rdzenia zaworu, siedzenia zaworu i wewnętrznej struktury buforu siłownika, skracając żywotność obsługi zaworu i siłownika.
Po drugie, podczas gdy teoretycznie wyższe prędkości zapewniają szybsze prędkości, efekt nie zawsze jest liniowy. Gdy ciśnienie wzrasta do określonego poziomu, skrócenie czasu reakcji może nie być już oczywiste, ponieważ wąskie gardło w tym czasie może przesunąć się na inne czynniki, takie jak pojemność przepływu zastawki elektromagnesu (wartość CV), wewnętrzna średnica podłączania rurociągu, właściwości przepływu samego powietrza itp. Nadmierne pogoń za wysokim ciśnieniem może jedynie zwiększyć koszt powietrza, ale będzie miała niewiele wpływu na poprawę.
