Курс «Применение трубопроводной арматуры». Модуль «Применение арматуры в производстве бумаги»

Автоматическое регулирование технологических процессов в ЦБП определяется способностью арматуры выполнять командные сигналы с наибольшей точностью и соответственно с меньшей погрешностью. До сих пор в ЦБП применяются различные типы арматуры, включая арматуру возвратно-поступательного типа и поворотную. При этом преимущество отдается поворотной арматуре. Простота автоматического регулирования является одним из важнейших пунктов, по которым поворотная арматура является более выгодной по сравнению с арматурой возвратно-поступательного типа. Причинами этого в порядке убывания являются:

1. Наличие равнопроцентной характеристики

2. Скорость выполнения сигнала за счет поворота всего на 1\4

3. Предсказуемость работы затвора

4. Компактность, малый вес.

Основой выбора клапана является расчет расходной характеристики. Собственные пропускные характеристики арматуры различных типов представлены на рис.1.

Рис. 1. Собственные характеристики клапанов

Как видно, наихудшую характеристику имеют седловые клапаны. Лучшие характеристики имеет арматура поворотного типа. В зависимости от процесса ими могут быть:

– шаровые краны

– дисковые (сегментные, эксцентриковые) затворы.

ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ ПОТОКА СРЕДЫ

Возможности регулирования определяются особенностями течения потока через проточную часть арматуры. Прохождение потока через шаровой кран и дисковые затворы имеют свои особенности. При этом могут возникать различные виды турбулентности, создающие трудности при регулировании, например, дополнительную нелинейность.

Особенности протекания потока через шаровой кран и дисковый затвор показаны на рис.2.

Рис. 2. Особенности протекания потока через шаровой кран и дисковый затвор

Различные виды проточной части формируют и свои реакции потока, влияющие на силовые характеристики и выбор исполнительных устройств, например, привода. Пример формирования поворотного момента в шаровом кране показан ниже, рис.3.

Рис.3. Формирование поворотного момента в шаровом кране

Многие факторы работоспособности регулирующей арматуры определяются кривой гидравлического сопротивления потока при перекрытии трубопровода. Это демонстрирует кривая Жуковского, рис.4.

Рис. 4. Характерная линия изменения давления и гидравлического сопротивления при перекрытии потока

Для определения способности типа арматуры к регулированию в трубопроводе необходимо получить зависимость напора от расхода в гидравлической сети. Обычно для этого используют стенды, схема которого представлена на рис.5.

Рис. 5. Определение рабочей (установленной) расходной характеристики клапана в трубопроводе

В зависимости от качества собственной и установленной расходных характеристик арматуры можно получить линейное или нелинейное изменение расхода или другого параметра в трубопроводе.

Ниже представлена схема, показывающая возможности контроллера, главной задачей которого является устранение нелинейности в связи с невозможностью обеспечить линейное (пропорциональное) изменение расхода при открытии клапана.

Рис. 6. Порядок преобразования сигнала системы АСУ ТП в параметры потока на трубопроводе

Рассмотрение изменений расхода от изменения сигнала регулирования (например, относительного малого перемещения клапана) позволяет найти погрешности в регулировании за счет нахождения отклонений от линейности, как показано на рис.7.

Рис. 7. Ошибка нелинейного регулирования положения

Представленные материалы из теории регулирования позволят нам выработать критерии, на основе которых мы можем провести выбор того или иного клапана и определить основные тенденции развития арматуры и разобрать, какие типы арматуры в большей степени им могли бы отвечать.

2. Современные типы регулирующей арматуры

В настоящее время наиболее применяемыми являются:

– Шаровые краны

– Дисковые затворы, включая затворы сегментного, эксцентрикового типа

– Поворотно-дисковые затворы (относительно новый тип поворотной арматуры).

Общие виды арматуры различных типов представлены ниже.

Рис. 8. Шаровые краны

Рис. 9. Дисковые сегментные затворы

Рис.10. Дисковые эксцентриковые затворы

Рис. 11. Поворотно-дисковые затворы

Рис. 12. Дисковые затворы

Развитие поворотных заслонок идет по пути повышения точности регулирования, повышения пропускной способности при одном и том же диаметре и надежности при отсечке.

Рис. 13. Новые конструкции дисковых затворов с гарантированным перекрытием потока и повышенной пропускной способностью

Развитие дисковых затворов идет по пути сближения с шаровыми кранами через развитие затворов сегментного типа. В качестве примера можно привести дисковый затвор МАПАГ компании Метсо, заменяющий собой в технологически схемах, как дисковые затворы, так и шаровые краны. Общий вид подобного сегментного дискового затвора приведен на рис.14.

Рис.14. Современный дисковый затвор MAPAG уже неотличим от затвора сегментного типа и имеет такую же высокую регулирующую способность

3. Основные требования к регулирующей арматуре