Abflachen einer Reglerdurchflusskurve zum Reduzieren von Droop

Wie man eine Reglerdurchflusskurve abflacht, um Droop zu reduzieren

Jon Kestner

Eine konsistente Druckkontrolle ist für den sicheren Betrieb industrieller Flüssigkeitssysteme unerlässlich. Die Aufrechterhaltung eines zuverlässigen Hinterdrucks mit einem Regler kann dazu beitragen, Änderungen der Durchflussrate zu minimieren, insbesondere in einem System mit hohem Durchfluss. Um jedoch die Druckregelung aufrechtzuerhalten und Abfall zu minimieren, können externe Komponenten notwendige Ergänzungen zu Ihrem Flüssigkeitssystem sein.

Was ist Droop?

Abfall ist definiert als eine Abnahme des Ausgangsdrucks, wenn der stromabwärtige Durchfluss zunimmt. Das oben gezeigte Diagramm (Abbildung 1) ist ein Beispiel für eine Durchflusskurve. Eine Durchflusskurve ist ein hilfreiches Hilfsmittel, um den Ausgangsdruckbereich festzulegen, den ein Regler basierend auf verschiedenen Systemdurchflussraten aufrechterhält. Durchflusskurven werden durch Produkttests erstellt und stellen die tatsächliche Leistung eines Reglers für einen bestimmten Satz von Systemparametern dar.

Die vertikale Achse zeigt den Auslassdruck, während die horizontale Achse die stromabwärtige Durchflussrate zeigt. Der flachste oder horizontalste Teil der Kurve zeigt an, wo ein Regler einen konstanten Druck aufrechterhält – selbst bei erheblichen Änderungen des Durchflusses. Die Kurve ganz rechts zeigt an, wo der Regler vollständig geöffnet ist und keinen konstanten Druck aufrechterhalten kann. Innerhalb dieses Bereichs – zwischen dem Beginn des schnellen Abfalls des Drucks bis zu dem Punkt, an dem er sich Null nähert – erreicht der Kegel die Grenze seines Hubs, was zu einem Kontrollverlust führt. An diesem Punkt wirkt der Regler weniger wie ein Druckregelgerät und mehr wie eine Drosselblende.

Während jeder Druckminderer eine gewisse Abweichung aufweist, können Sie Maßnahmen ergreifen, um dieses Phänomen zu minimieren. Flachere Durchflusskurven können durch Auswahl der richtigen Reglerkonfiguration für Ihr System erreicht werden. Nachfolgend werden vier verschiedene Optionen zum Reduzieren von Droop erläutert.

Option A:Ein einfacher federbelasteter Regler

Die häufigste Art von Druckreduzierreglern ist ein federbelasteter Regler. Bei dieser Konstruktion übt eine Feder eine Kraft auf ein Sensorelement aus – entweder eine Membran oder einen Kolben –, wodurch der Ventilkegel entweder näher an die Öffnung heran oder weiter von ihr weg bewegt wird, wodurch der nachgeschaltete Druck gesteuert wird. Wir werden den federbelasteten Regler als unsere Basis verwenden.

Ein federbelasteter Druckminderer bietet eine akzeptable Leistung für allgemeine Anwendungen, wenn es darum geht, Droop zu reduzieren. In dieser Konfiguration bewegt sich der Reglerkegel bei steigendem Durchflussbedarf des Systems vom Sitz weg, um zusätzlichen Durchfluss zuzulassen, was wiederum der Belastungsfeder ermöglicht, sich zu entspannen, wodurch die Belastungskraft und der Reglersollwert gesenkt werden. Wenn sich die Durchflussanforderungen ändern, hängt der Betrag des Abfalls von der Belastungsfederrate ab und kann in einigen Fällen häufige manuelle Anpassungen zurück auf den gewünschten Einstelldruck erfordern, wenn ein hohes Maß an Genauigkeit erforderlich ist.

Eine effektivere Option zur Verbesserung von Droop und Abflachung von Durchflusskurven ist ein dombelasteter Druckminderer. Die Belastungskraft innerhalb dieser Art von Regler wird nicht durch eine Feder gesteuert, sondern durch unter Druck stehendes Gas, das in einer Kuppelkammer untergebracht ist. Das Gas biegt eine Membran, die den Kegel von der Öffnung wegbewegt und den nachgeschalteten Druck steuert. Die verbleibenden Optionen unten werden untersuchen, wie dombelastete Atemregler, wenn sie mit verschiedenen Komponenten und Designmodifikationen gekoppelt sind, eine verbesserte Leistung liefern können, indem sie Droop minimieren.

Option B:Kuppelgeladener Atemregler mit Pilotregler

Option B koppelt einen dombelasteten Druckminderer mit einem Pilotregler. In dieser Konfiguration reagiert der dombelastete Regler auf Druckänderungen, indem er einen konstanten Druck in der Domkammer aufrechterhält. Der Pilotregler wird verwendet, um die Gaszufuhr zur Domkammer des dombelasteten Reglers zu steuern. Wie oben in Abbildung 2 gezeigt, wird überschüssiger Domdruck durch eine Auslassschleife entlastet.

Wenn der Durchflussbedarf des Systems zunimmt, bewegt sich der Kegel vom Sitz weg, um den zusätzlichen Durchfluss zuzulassen. Im Gegensatz zu einem federbelasteten Regler gibt es jedoch keine Belastungsfeder, die sich entspannen kann. Stattdessen biegt sich die Membran nach unten, dehnt die Kuppelkammer aus und senkt den Kuppeldruck leicht. Der Pilotregler erkennt den Abfall des Domdrucks und reagiert darauf, indem er öffnet, um zusätzliches Gas in den Dom zu lassen und den beabsichtigten Einstelldruck aufrechtzuerhalten. Wenn der Durchflussbedarf des nachgeschalteten Systems abnimmt, bewegt sich der Kegel näher zum Sitz, drückt die Membran nach oben in den Dom und erhöht leicht den Druck im Dom. Dieser Überdruck kann durch die Ausgangsschleife der dynamischen Steuerung zur stromabwärtigen Seite des Reglers entweichen.

Abbildung 2:Die Option B-Konfiguration verfügt über einen dombelasteten Regler mit einem Pilotregler und einer dynamischen Steuerausgangsschleife zur Steuerung des Domdrucks.

Wenn wir uns wieder Abbildung 1 zuwenden, wird diese Konfiguration als Flusskurve mit dem Titel „Option B“ dargestellt. Im Vergleich zu Option A, der federbelasteten Basiskurve des Reglers, bietet die Konfiguration des kuppelbelasteten Reglers und des Pilotreglers eine dynamischere Drucksteuerung. Während es immer noch eine gewisse Abweichung gibt, ist die Durchflusskurve flacher – was einen Regler darstellt, der einen eingestellten Druck über einen großen Durchflussbereich genauer halten kann. Dombelastete Standardregler können in vielen Systemen verwendet werden, ohne dass erhebliche Ausgangsdruckabfälle zu befürchten sind. Der Abfall kann jedoch unter Verwendung anderer Konfigurationen, die unten erklärt werden, weiter reduziert werden.

Option C:Externe Rückkopplungsleitung, verbunden mit einem Dome Loaded Regulator

Zusätzliche Genauigkeit kann erreicht werden, indem ein externes Feedback zu einem dombelasteten Regler hinzugefügt wird. Externes Feedback wird an den Regler gesendet, indem ein Schlauch von der nachgeschalteten Prozessleitung zurück zum Erfassungsbereich des dombelasteten Reglers angeschlossen wird.

Die externe Rückführungsleitung leitet Druck von einem Punkt im System stromabwärts des Reglers zum Sensorbereich des Reglers. Dadurch kann der Regler auf Änderungen des Drucks an diesem Punkt im System reagieren und nicht nur auf Druckänderungen innerhalb des Reglers, wie dies bei standardmäßigen dombelasteten Reglerkonstruktionen der Fall ist.

Wenn wir uns wieder auf Abbildung 1 beziehen, wird Option C als dritte Flusskurve dargestellt. Die Betriebsdurchflussrate dehnt sich aus, bevor sie den kritischen Drosselpunkt erreicht. Obwohl diese Flusskurve flacher ist als die beiden vorherigen Optionen, weist sie dennoch einen gewissen Abfall auf.

Option D:Externe Rückkopplungsleitung, die mit einem Pilotregler verbunden ist

Unsere letzte Option bietet die beste Konfiguration zum Abflachen der Durchflusskurve. Wie oben in Abbildung 4 gezeigt, ist die externe Rückkopplungsleitung direkt mit dem Pilotregler anstelle des dombelasteten Reglers verbunden. Dadurch kann der Pilotregler den Druck in der Kammer des dombelasteten Reglers basierend auf dem tatsächlichen Ausgangsdruck sehr genau anpassen, wodurch der dombelastete Regler durch Änderung seines Ausgangsdrucks kompensieren kann.

Wenn der Systemdurchflussbedarf zunimmt, wird der niedrigere Druck durch die hinzugefügte Rückführungsleitung zurück zum Vorsteuerregler geleitet. Der Pilot reagiert auf diese Druckänderung, indem er den Druck im dombelasteten Regler erhöht, was zu einem korrekten nachgeschalteten Einstelldruck führt. In dieser Konfiguration ermöglicht die Rückkopplungsschleife kontinuierliche, automatische Anpassungen, um das System für eine optimierte Leistung zu stabilisieren. Dies wird in Abbildung 1 als endgültige Durchflusskurve mit einem leichten Abfall und einem breiten Durchflussbereich gezeigt.

Alle Regler weisen einen gewissen Abfall auf. Abhängig von Ihrem System kann ein Abfall akzeptabel sein. Aber wenn es wichtig ist, den Druck bei Durchflussänderungen konstant zu halten, kann die richtige Reglerkonfiguration hilfreich sein. Wenden Sie sich für weitere Informationen zur Auswahl der richtigen Druckminderer-Reglerkonfiguration für Ihre Flüssigkeitssysteme an Ihr lokales Swagelok Vertriebs- und Servicezentrum, um eine Expertenbewertung zu erhalten.