Analyse af "dødbåndet" i kontrolventiler

Dødbånd er hovedårsagen til afvigelser i overdimensionerede processer. Kontrolventiler er en vigtig kilde til dødbånd i en instrumenteringssløjfe af en række forskellige årsager, såsom friktion, luftvandring, spoledrejning, dødbånd i forstærkere eller skydeventiler.

Dødbånd er et almindeligt fænomen og refererer til området eller bredden af ​​controllerens udgangsværdi, der ikke tillader, at procesvariablen under test ændres, når inputsignalet ændrer retning. Når der opstår en belastningsforstyrrelse, afviger procesvariablen fra sætpunktet. Denne deViation korrigeres derefter af en korrigerende handling genereret af controlleren og vendes tilbage til processen. Imidlertid kan en indledende ændring i regulatorens output muligvis ikke frembringe en tilsvarende korrigerende ændring i procesvariablen. En ændring i en tilsvarende procesvariabel vil kun forekomme, hvis controllerens output ændres med en mængde, der er stor nok til at overvinde ændringen i dødbåndet.

Hvis styreenhedens output ændrer retning, skal styreenhedens signal overvinde dødbåndet for at frembringe en korrigerende ændring i procesvariablen. Tilstedeværelsen af ​​et dødbånd i processen betyder, at styreenhedens output skal øges til en mængde, der er stor nok til at overvinde dødbåndet. og først derefter vil en korrigerende handling finde sted.

â Årsager til dødbånd

Der er mange årsager til dødbånd, men friktion og luftvandring i kontrolventiler, vridning af spindlen på roterende ventiler og dødbånd i forstærkere er nogle almindelige former. Da de fleste modulerende kontrolhandlinger består af små signalændringer (1 % eller mindre), reagerer en styreventil med et stort dødbånd muligvis slet ikke på så mange små signalændringer. En velfremstillet ventil bør være i stand til at reagere på signaler på 1 % eller mindre for effektivt at reducere graden af ​​procesafvigelse. Det er dog ikke ualmindeligt, at ventiler har dødbånd på 5 % eller større. I en nylig anlægsrevision viste det sig, at 30 % af ventilerne havde mere end 4 % dødbånd. Over 65 % af de reviderede kontrolsløjfer havde dødbånd på mere end 2 %.

● Virkningen af ​​dødbånd

Denne graf repræsenterer en åben sløjfetest af tre forskellige reguleringsventiler under normale procesforhold. Disse ventiler modtager en række trinindgange fra 0,5 % til 10 %. Trintest under væskeforhold er nødvendige, fordi disse forhold gør det muligt at vurdere ydelsen af ​​hele kontrolventilenheden, snarere end blot ventilaktuatoren, som det er tilfældet med de fleste standardtests.

● Præstationstest

Nogle test af kontrolventilens ydeevne er begrænset til at sammenligne inputsignalet med aktuatorens trykstangs slag. Dette er vildledende, da det ignorerer selve ventilens ydeevne.

Det kritiske er at måle ventilens dynamiske ydeevne under væskeforhold, så ændringer i procesvariabler kan sammenlignes med ændringer i inputsignalet til ventilenheden. Hvis kun ventilspindlen reagerer på en ændring i ventilindgangssignalet, er denne test af ringe relevans, da der ikke er nogen korrektion for procesafvigelser uden en tilsvarende ændring i styrevariablen.

I alle tre ventiltests reagerede bevægelsen af ​​aktuatorens trykstang godt på ændringer i indgangssignalet. På den anden side adskilte ventilerne sig betydeligt med hensyn til deres evne til at ændre flowhastigheden som reaktion på en ændring i indgangssignalet.

Ventil A, procesvariablen (flowhastighed) reagerer godt på et indgangssignal så lille som 0,5 %.

Ventil B, kræver en ændring i indgangssignalet på mere end 5 %, før den begynder at reagere godt på hvert indgangssignaltrin.

Ventil C, væsentligt værre, kræver en signalændring på mere end 10 %, før den begynder at reagere godt på hvert inputsignaltrin.

Samlet set er ventil B eller C's evne til at forbedre procesafvigelsen meget dårlig.

● Friktion

Friktion er en væsentlig årsag til dødbånd i kontrolventiler. Roterende ventiler er meget følsomme over for friktion forårsaget af den høje sædebelastning, der kræves til tætning. For nogle tætningstyper er høje sædebelastninger nødvendige for at opnå en lukkeværdi. På grund af de høje friktionskræfter og den lave drivbelastningsstivhed vrider ventilakslen sig og kan ikke overføre bevægelse til kontrolelementet. Som følge heraf kan en dårligt designet drejeventil have et stort dødbånd, som klart har en afgørende indflydelse på graden af ​​procesafvigelse.

Producenter smører sædvanligvis tætningerne på roterende ventiler under fremstillingsprocessen, men efter kun et par hundrede cyklusser slides smørelaget af. Derudover kan trykinducerede belastninger også forårsage slid på tætninger. Resultatet er, at for nogle ventiltyper kan ventilfriktionen stige med 400 % eller mere. Dette gør det klart, at konklusioner draget om ydeevne ved at bruge data fra standardtyper til at evaluere ventiler, før drejningsmomentet er stabiliseret, er misvisende. Ventil B og C viser, at disse højere friktionsmomentfaktorer kan have en ødelæggende effekt på en kontrolventils ydeevne.

Pakningsfriktion er hovedkilden til friktion, indirekte slagreguleringsventiler. I disse typer ventiler kan den målte friktion variere betydeligt afhængigt af ventilformen og pakningskonfigurationen.

Dette mellemrum kan forårsage diskontinuiteter i bevægelsen, når enheden ændrer retning. Huller opstår normalt i enheder med forskellige konfigurationer af geardrev. Tandstangs-aktuatorer er særligt modtagelige for dødbånd på grund af frigang. Nogle ventilspindelforbindelser har også problemer med dødbånd.

Selvom friktionen kan reduceres betydeligt ved et godt ventildesign, er det et vanskeligt problem at eliminere fuldstændigt. En veldesignet og fremstillet kontrolventil skulle være i stand til at eliminere dødbånd på grund af spillerum. For at opnå optimale resultater, der reducerer procesafvigelser, bør den samlede dødplads for hele ventilenheden være mindre end eller lig med 1%, med det ideelle resultat så lavt som 0,25%.