Zawór regulacyjny

Zawór regulacyjny - urządzenie wykonawcze stosowane w automatyzacji procesów technologicznych, służy do regulacji ilości przepływającego czynnika, przeprowadzanej przez zmianę przekroju otworu przepływającego. Zawory te służą do dławienia, jako zawory przelewowe odprowadzające nadmiar cieczy. Zawór regulacyjny jest zamknięciem pętli regulacyjnej

Charakterystyki zaworów regulacyjnych

Charakterystyki zaworów regulacyjnych

Ze względu na różnorodne zastosowania zaworów regulacyjnych stosujemy kilka charakterystyk:

• charakterystyka szybkootwierająca,

• charakterystyka liniowa,

• charakterystyka stałoprocentowa (logarytmiczna).

Najczęściej stosowaną charakterystyką zaworu regulacyjnego jest charakterystyka stałoprocentowa, ponieważ (paradoksalnie) pozawala na liniową regulację przepływu. Rzadziej stosujemy charakterystykę liniową lub szybokootwierającą. Stosowanie charakterystyki stałoprocentowej ma swoje ograniczenia, można ją stosować w zakresie od 10% do 90% otwarcia, natomiast charakterystykę liniową możemy stosować 0-100%, jednak w zakresach 30-70% zawory z taką charakterystyką regulują bardzo niedokładnie.

Wyznaczanie współczynnika przepływu zaworów regulacyjnych

Aby właściwie dobrać zawór regulacyjny musimy określić jego współczynnik przepływu Cv
Na podstawie Cv dobieramy gniazdo, wielkość czy charakterystykę zaworu regulacyjnego:

.

C_v - współczynnik przepływu,

W - przepływ [USGPM dla cieczy], [SCFH dla gazów], oraz [lbs/hr dla pary],

ΔP - spadek ciśnienia na zaworze, [PSI],

k - współczynnik korekcyjny.

Pełna definicja współczynnika Cv to objętość wody (w galonach) jaka przepływa na minutę w temperaturze 60°F przez zawór regulacyjny przy spadku ciśnienia 1 psi. Po raz pierwszy współczynnik Cv został wprowadzony przez firmę Masoneilan w roku 1944. Obecnie każdy producent zaworów regulacyjnych posiada swoją metodę określania wspólczynnika przepływu, jedna każda z nich jest rozwinięciem powyższej formuły.
Metody obliczenia współczynnika Cv określa również norma Control Valve Key Equations, ISA-75.01-1985 (R1995) / IEC 534.

Rozwiązania konstrukcyjne zaworów regulacyjnych

W zaworach regulacyjnych mamy do czynienia z kilkoma typowymi konstrukcjami, każda z nich ma swoje specyficzne zastosowania. Ze względu na rodzaj napędu możemy mówić o zaworach napędzanych liniowo (grzybkowe) i zaworach obrotowych:

• zawory grzybkowe,

• zawory jednogrzybowe,

• zawory dwugrzybowe,

• zawory szklankowe (np. rozwiązania obniżające poziom hałasu, czy zapobiegające kawitacji),

• zawory kulowe

• zawory kulowe z pełnym przelotem

• zawory z fragmentem kuli

• zawory mimośrodowe z rotacyjnym grzybem

• przepustnice regulacyjne

Przepustnica regulacyjna z siłownikiem elektrycznym

,

• przepustnice centryczne,

• przepustnice mimośrodowe,

• przepustnice z potrójnym osadzeniem dysku

• zawory membranowe,

• zawory specjalne np.:

• stacje redukcyjno-schładzające,

• schładzacze o zmiennym układzie dysz.

Z punktu widzenia konstrukcji korpusu oraz zabudowy w rurociągu zawory regulacyjne dzielimy na:

• prostoprzelotowe,

• kątowe,

• trójdrogowe.

Pod względem połączenia zaworu regulacyjnego (zabudowy) z rurociągiem rozróżniamy:

• kołnierzowe

• bezkołnierzowe gwintowe

• obręczowe

• spawane,

• spawane spoiną doczołową

• spawane spoiną nasadową

Szczelność zaworów regulacyjnych

Szczelność jest jednym z najważniejszych parametrów zaworów regulacyjnych. Klasę szczelności zaworu producenci określają zgodnie z normą ANSI/FCI 70-2-1991, w zależności od wykonania zaworu odpowiednio od I (najniższa) do VI najwyższa.

Szczelność zaworów regulacyjnych
Klasa	Dopuszczalny przeciek	medium testujące i ciśnienie
I	---	---
II	0,5% znamionowego przepływu	Powietrze lub woda w 3-4 barach
III	0,1% znamionowego przepływu	Powietrze lub woda w 3-4 barach
IV	0,01% znamionowego przepływu	Powietrze lub woda w 3-4 barach
V	5x10-¹² m³ na sekundę na każdy mm gniazda, na bar ciśnienia	Woda pod pełnym zakładanym ciśnieniem roboczym
VI	odpowiednia określona tabelą ilość bąbli na minutę	Powietrze w 3,5 bara

Testu szczelności dokonuje producent w ramach standardowych procedur. W tym celu wykorzystuje stanowisko testujące wyposażone w medium testujące o odpowiednich parametrach. Standardowe klasy szczelności to II dla przepustnic, oraz IV dla zaworów grzybkowych.
Klasa szczelności jest istotnym parametrem kiedy zawór regulacyjny pełni dwie funkcje: regulacyjną i blokadową.

Rodzaje sterowania zaworami regulacyjnymi

Ze względu na kilka rodzajów sterowania zaworami regulacyjnymi rozróżniamy:

• zawory regulacyjne sterowane ręcznie - wyposażone w specjalne pokrętło umożliwiające zmianę ustawienia zaworu,

• zawory regulacyjne sterowane elektrycznie - w których specjalnie przyłączany siłownik elektryczny zasilany jedno, lub trójfazowo zmienia ustawienia zaworu, za pomocą układu pozycjonującego trójpołożeniowego lub ciągłego, prądowego z sygnałem 4-20 mA,

• zawory regulacyjne sterowane pneumatycznie - wyposażone w siłownik pneumatyczny i układ sterujący zwany ustawnikiem pozycyjnym, sterowany sygnałem pneumatycznym 20-100 kPa, lub prądowym 4-20 mA,

• zawory regulacyjne sterowane hydraulicznie - sterowane układem hydraulicznym,

• zawory regulacyjne bezpośredniego działania - sterowane medium w przypadku regulacji ciśnienia lub przepływu, lub specjalną kapilarą w przypadku regulacji temperatury (takim zaworem jest np. reduktor ciśnienia),

Najszerzej stosowane w przemyśle są zawory sterowane pneumatycznie.

Akcesoria stosowane w zaworach regulacyjnych

Zawór regulacyjny, grzybkowy sterowany pneumatycznie z ustawnikiem pozycyjnym (pośrodku) i reduktofiltrem (prawy górny róg)

• siłownik - urządzenie napędzające zawór regulacyjny,

• ustawnik pozycyjny (pozycjoner) - urządzenie odpowiadające za wysterowanie odpowiedniego położenia siłownika pneumatycznego wysterowywane najczęściej sygnałem prądowym 4-20 mA,

• wyłączniki krańcowe - urządzenia sygnalizujące skrajne położenia zaworu regulacyjnego, mogą być mechaniczne lub indukcyjne,

• reduktofiltr - urządzenie zapewniające zespołowi siłownik-ustawnik pozycyjny właściwe parametry powietrza tj. ciśnienie i czystość,

• przetwornik położenia - urządzenie odwzorowujące położenie zaworu przy pomocy sygnału prądowego 4-20 mA,

• zawór blokadowy - urządzenie pneumatyczne zapewniające określone położenie zaworu regulacyjnego na wypadek zaniku powietrza zasilającego,

• zawór elektromagnetyczny - urządzenie wymuszające przyjęcie przez zawór sterowany pneumatycznie lub hydraulicznie skrajnej pozycji (otwarty/zamknięty), także na wypadek zaniku energii,

• wzmacniacz ciśnienia - urządzenie przyspieszające działanie siłownika pneumatycznego zaworu regulacyjnego,

• napęd ręczny - urządzenie zapewniające dodatkową, lokalną możliwość przesterowania zaworu regulacyjnego sterowanego pneumatycznie, hydraulicznie lub elektrycznie.

---