Qu'est-ce qu'une soupape de commande?

Comment fonctionnent les vannes de contrôle?

Dans la production industrielle moderne, un contrôle précis de l'écoulement des fluides (comme le gaz, la vapeur, l'eau ou les mélanges chimiques), la pression, la température et le niveau de liquide est essentiel pour garantir l'efficacité de la production, la qualité des produits, la sécurité opérationnelle et la protection de l'environnement. En tant que «élément de contrôle final» dans les systèmes d'automatisation industrielle, les vannes de contrôle jouent un rôle central dans cette chaîne de contrôle complexe et précise. Ce ne sont pas des dispositifs d'activation / désactivés simples mais réagissent plutôt aux signaux des contrôleurs en modifiant la taille du chemin d'écoulement, atteignant ainsi la régulation directe et précise des variables de processus. La performance des vannes de contrôle a un impact direct sur l'efficacité économique, la sécurité et l'impact environnemental des processus industriels, ce qui en fait un investissement stratégique plutôt qu'un simple achat d'équipement.

Xiangjing, en tant que l'un des plus grands fournisseurs chinois de vannes de contrôle et de positionneurs de soupape, s'engage à fournir des solutions de vanne de haute qualité pour aider les industries à obtenir un contrôle de fluide efficace, sûr et intelligent. Pour plus d'informations, veuillez visiter notre site officiel:www.shgongboshi.com.

Composants de base d'une vanne de commande

Une vanne de contrôle n'est pas un seul composant mais un système intégré comprenant plusieurs composants de précision travaillant en tandem. Ses composants centraux comprennent le corps de soupape, les internes de soupape, l'actionneur et le positionneur de soupape, ainsi que divers accessoires tels que les convertisseurs, les régulateurs de pression d'alimentation en air, les opérateurs manuels, les amortisseurs ou les commutateurs de limite.

Corps de soupape: voie de fluide et composante porteuse

Le corps de soupape est le principal composant structurel de la valve de commande, et sa conception détermine le chemin d'écoulement du fluide à l'intérieur de la valve. Il sert de récipient sous pression avec des ports d'entrée et de sortie, à travers lesquels le fluide coule via les ports et les ouvertures ou les orifices dans le corps de la valve. Les fonctions principales du corps de la valve sont de résister à la pression du fluide et de fournir un support et un environnement scellé pour les internes de la valve. De plus, la structure du corps de la valve influence indirectement les caractéristiques de régulation de l'écoulement, car les caractéristiques de la résistance à l'écoulement et de la chute de pression sont étroitement liées à la conception des passages internes dans le corps de la valve.

Valve internes: composants directement en contact avec le fluide, composants centraux pour la régulation de l'écoulement

Les internes de soupape sont les parties de la soupape de commande qui entrent directement en contact avec le fluide contrôlé et sont les composants centraux pour atteindre la régulation de l'écoulement. Ils se composent généralement d'un siège de soupape, d'un disque de soupape (ou d'un bouchon de soupape) et d'une tige de soupape. Les internes de valve contrôlent précisément la quantité de liquide passant en modifiant leur position et leur autorisation relatives avec le siège de soupape. Par exemple, lorsque le disque de soupape ou le bouchon est levé ou tourné, la zone du canal d'écoulement change en conséquence, régulant ainsi l'écoulement du fluide. La forme géométrique et la sélection des matériaux des internes de valve ont un impact décisif sur leurs caractéristiques d'écoulement, leur résistance à l'usure, leur résistance à la corrosion et leurs performances d'étanchéité.

Actionneur: Fournit la force motrice du fonctionnement de la valve

L'actionneur est le «muscle» de la valve de commande, responsable de la conversion des signaux abstraits du système de contrôle en force mécanique pour entraîner les internes de soupape pour le mouvement physique. Lors de la réception du signal de contrôle, il entraîne la vanne en conséquence pour atteindre entièrement l'ouverture, entièrement fermée ou toute position intermédiaire, réalisant ainsi un contrôle précis de la limitation du fluide.

Les actionneurs peuvent être classés en différents types en fonction de leur source d'alimentation et de leur mode de mouvement:

Classification par mode de mouvement:

• ACTUMATEURS LINÉARS:Produisez le mouvement push-pull linéaire, adapté aux vannes qui nécessitent que la tige de soupape se déplace vers le haut et vers le bas, telles que les vannes de globe, les vannes de porte et les vannes à diaphragme.
• ACTUMATEURS ROTARY:Produisez le mouvement de rotation, adapté aux vannes qui nécessitent que le disque de soupape ou la balle tourne, tels que les vannes à billes, les vannes papillon et les vannes de bouche.

Valve de contrôle pneumatique de Fisher

Classé par source d'alimentation:

• Actionneurs pneumatiques:

• Principe de travail:Utilise de l'air ou du gaz comprimé comme source d'alimentation, en appliquant la pression d'air sur un diaphragme ou un piston pour générer un mouvement linéaire ou rotatif. La pression de l'air peut alternativement agir des deux côtés du piston pour atteindre un mouvement bidirectionnel (double action), ou agir d'un seul côté avec un ressort fournissant la force de retour (unique). Le mouvement rotatif est généralement réalisé grâce à un mécanisme de rack-and-Pinion.
• Avantages:

1. Vitesse de réponse rapide: atteint généralement 50 à 500 mm / s, plus rapidement que les systèmes hydrauliques ou électriques.
2. Intrinsèquement sûr: ne compose pas sur l'électricité et ne produit pas d'étincelles, ce qui le rend très adapté aux environnements dangereux inflammables et explosifs.
3. Structure simple, légère, facile à installer et à entretenir: généralement un coût moindre.
4. Réglage facile de la force de sortie et de la vitesse de fonctionnement.
5. Fiabilité élevée et longue durée de vie.
6. Peut stocker l'énergie, permettre une alimentation aérienne centralisée et libérer rapidement de l'énergie pour obtenir une réponse à grande vitesse.
7. Adaptabilité forte pour avoir un impact sur les charges et les surcharges.
8. Peut être utilisé dans des environnements à haute température.

• Inconvénients:

1. Force de sortie limitée: par rapport aux actionneurs hydrauliques, leur force de sortie est généralement plus petite.
2. Provision relativement faible: en raison de la compressibilité de l'air, la vitesse de fonctionnement du cylindre est facilement affectée par les changements de charge et sa stabilité à basse vitesse est inférieure à celle des cylindres hydrauliques.
3. Nécessite un système d'approvisionnement en air comprimé: cela comprend des coûts supplémentaires pour les compresseurs et la tuyauterie.
4. La défaillance du compresseur peut entraîner un dysfonctionnement de tous les actionneurs pneumatiques: cependant, ce risque peut être atténué par un système de compresseur de sauvegarde.
5. Le cycle rapide peut provoquer des effets de marteau à eau.
6. Les performances sont sensibles à l'eau et aux températures extrêmes.

• Applications typiques: Largement utilisé dans le contrôle des processus, les produits chimiques, les aliments et les boissons, le traitement des eaux usées, l'électricité, l'exploitation minière et l'énergie nucléaire où des performances rapides du mouvement et de l'explosion sont nécessaires.

• Actionneurs électriques:

• Principe de travail:Poussée par un moteur électrique, le mouvement de rotation du moteur est converti en mouvement linéaire ou rotationnel à travers des mécanismes de transmission tels que des vis, des engrenages ou des ceintures pour entraîner des vannes. Les moteurs pas à pas ou les servomoteurs sont couramment utilisés pour obtenir un contrôle de haute précision.
• Avantages:

1. Haute précision et positionnement reproductible: fournit un positionnement de valve extrêmement précis et reproductible, ce qui le rend idéal pour les tâches automatisées.
2. Facile à programmer et à intégrer: se connecte parfaitement aux systèmes de contrôle numérique et peut être programmé pour obtenir des modèles de mouvement complexes.
3. Efficacité énergétique élevée: consomme généralement moins d'énergie que les actionneurs hydrauliques ou pneumatiques dans les applications de charge statique.
4. Exigences à faible maintenance: En raison de moins de pièces et aucun système de liquide impliqué, les exigences de maintenance sont extrêmement faibles.
5. Opération tranquille.
6. Non affecté par les fluctuations de la tension d'alimentation et de la fréquence.
7. Vitesse de rotation réglable.

• Inconvénients:

1. Coût plus élevé: généralement plus cher que les actionneurs pneumatiques.
2. Spee relativement lente: en particulier dans les applications nécessitant une poussée élevée.
3. En fonction de l'alimentation électrique: nécessite une source d'alimentation de sauvegarde ou un mécanisme de retour de ressort lors des pannes de courant pour assurer la sécurité.
4. Pas adapté aux environnements explosifs: à moins que ce soit spécialement conçu pour la protection des explosions.
5. Conception complexe, nécessitant des connaissances spécialisées pour l'installation et la maintenance.

• Applications typiques:Largement utilisé dans la production d'électricité, le traitement de l'eau, les produits pharmaceutiques, les bras robotiques, les ceintures de convoyeur, les lignes de montage automatisées, les machines agricoles, les systèmes de ventilation et d'éclairage, ainsi que des équipements de manutention et de nettoyage où un contrôle précis et des niveaux élevés d'intégration d'automatisation sont nécessaires.

• Actionneurs hydrauliques:

• Principe de travail:Utilise du liquide sous pression (généralement de l'huile hydraulique) comme source d'alimentation pour convertir la pression du fluide en mouvement mécanique. L'incompressibilité de l'huile hydraulique assure un positionnement de valve stable et fiable, avec des pistons plutôt que des diaphragmes généralement utilisés pour générer une poussée puissante.
• Avantages:

1. Force / couple de sortie élevé: capable de générer une force mécanique significative, adaptée à un fonctionnement de grandes valves de grande, à haute pression, avec une force de sortie dépassant de loin celle des actionneurs pneumatiques.
2. Positionnement de haute précision: En raison de l'incompressibilité de l'huile hydraulique, il permet un positionnement de valve très précis et stable.
3. Vitesse de réponse rapide: Convient à l'arrêt d'urgence (ESD) et aux applications de vanne nécessitant une action rapide.
4. Durable et robuste, avec des exigences d'entretien relativement faibles et une longue durée de vie.
5. Peut mettre en œuvre des mécanismes de protection des défauts.

• Inconvénients:

1. Système complexe avec des coûts plus élevés: nécessite un système de pompe hydraulique dédié, ce qui rend l'installation et la conception du système plus complexes.
2. Risque de fuite de liquide: un entretien régulier est nécessaire pour empêcher la fuite de l'huile hydraulique.
3. Pas adapté à tous les environnements: certaines conceptions peuvent avoir des limites.

• Applications typiques:Principalement utilisé dans les pipelines pétrolières et gaziers, centrales électriques, l'industrie du pétrole et du gaz naturel, les barrages et les centrales hydroélectriques - des applications industrielles réalisées nécessitant une force élevée, un couple élevé et une réponse rapide.

• Actionneurs électro-hydrauliques:Ces actionneurs combinent les avantages des moteurs électriques et des unités d'alimentation hydraulique, offrant la force de sortie élevée des systèmes hydrauliques tout en atteignant la précision du contrôle électrique. Ils conviennent particulièrement aux emplacements distants nécessitant un contrôle précis de la position de la valve.

Le tableau suivant compare différents types d'actionneurs:

Positionneur de soupape: assurer un positionnement précis de la valve

Le positionneur de la valve sert de «cerveau» critique permettant aux vannes de contrôle d'atteindre une précision, une réactivité et une stabilité de haute. Il joue un rôle indispensable dans les assemblages de vannes de contrôle, en particulier lorsque les vannes nécessitent un contrôle de la limitation.

Emerson Fisher Valve Positionneur

La fonction et l'importance des positionneurs de valve

La fonction centrale d'un positionneur de soupape est de s'assurer que la position réelle de la tige de soupape ou de l'arbre de soupape correspond avec précision au signal de commande émis par le système de contrôle. En surveillant en continu la position réelle de la valve et en apportant des corrections, il surmonte efficacement les limitations mécaniques inhérentes à l'intérieur de la valve, telles que la friction de l'emballage de la tige de la vanne, le décalage de l'actionneur et les forces déséquilibrées exercées par le fluide sur le bouchon de soupape.

Le positionneur utilise son mécanisme de contrôle interne en boucle fermée pour ajuster en continu la pression appliquée à l'actionneur, «contrecarrant ainsi toute autre forces agissant sur la tige de la valve», garantissant que la valve «se comporte correctement» et «obéit au signal de contrôle». Cette capacité de contrôle précise améliore considérablement les performances globales du système de contrôle, notamment:

Amélioration de la précision de contrôle: s'assurer que le débit réel correspond précisément au signal de contrôle est essentiel pour les processus sensibles aux écarts même mineurs.

• Temps de réponse plus rapide:En chargeant et en ventilant rapidement, le temps requis pour que le processus de réponse de la valve soit réduit.
• Stabilité améliorée du processus:La compensation des changements dans les conditions de processus (telles que les fluctuations de pression et les changements de débit) maintient un contrôle cohérent, ce qui est essentiel pour la qualité des produits et la sécurité du système.
• Déchets réduits et sécurité améliorée:Optimise l'utilisation des ressources et réduit les risques d'accident grâce à un contrôle précis.
• La durée de vie de la valve prolongée et les coûts de maintenance réduits:Minimise l'usure en compensant les changements dans les performances des valves au fil du temps, permettant la maintenance prédictive.
• Amplification du signal:Le positionneur peut gérer des taux de flux d'air plus élevés, fonctionnant également comme un booster de volume, fournissant des vitesses de tige de soupape plus rapides et des délais plus courts.
• Réaliser un arrêt serré:En saturant la sortie au signal minimum à 0%, le bouchon de soupape est étroitement pressé contre le siège, assurant un arrêt fiable de fuite zéro.
• Critique pour les actionneurs de piston à double action sans printemps et les actionneurs électriques sans capacité de détection de position inhérente.

Le principe de travail d'un positionneur de soupape: contrôle de rétroaction en boucle fermée

Le cœur du fonctionnement d'un positionneur de soupape est son système de contrôle de rétroaction en boucle fermée. Il reçoit des signaux d'entrée (point de consigne) du système de contrôle tout en mesurant la position réelle de la tige de soupape ou de l'arbre de soupape (signal de rétroaction) par des moyennes mécaniques ou électroniques. Le contrôleur à l'intérieur du positionneur compare la différence entre le point de consigne et la position réelle, calcule le signal d'erreur et ajuste le signal de sortie (généralement une pression pneumatique) envoyée à l'actionneur en fonction de cette erreur, entraînant ainsi la valve pour se déplacer vers la position souhaitée jusqu'à ce que l'erreur soit éliminée.

• Principe de travail détaillé des positionneurs pneumatiques:
  Les positionneurs pneumatiques fonctionnent généralement en fonction du principe de l'équilibre de la force. Lorsque le signal d'air de l'instrument augmente, il agit sur le diaphragme du signal, entraînant la tige de soupape connectée au diaphragme du signal et à la plaque connectée pour se déplacer vers la droite. Cela ouvre la plaque d'air d'alimentation, permettant à la pression d'air d'alimentation d'entrer l'extrémité de sortie connectée au diaphragme de l'actionneur, tandis que la plaque d'échappement reste fermée. L'augmentation de la pression interne à l'intérieur de l'actionneur pousse la tige de soupape vers le bas, ce qui fait tourner le levier du positionneur dans le sens des aiguilles d'une montre et comprime le ressort de la plage via la came. La tige de soupape continue de se déplacer jusqu'à ce qu'elle atteigne la position spécifiée par le contrôleur, auquel point la force de compression du ressort de portée équilibre la force générée par le diaphragme du signal, et les amortisseurs d'alimentation et d'échappement se ferment, arrêtant le mouvement de la valve. Inversement, lorsque le signal de contrôle diminue, la force exercée par le diaphragme du signal diminue, et la force du ressort de plage pousse la tige de soupape connectée à l'amortisseur à gauche, ouvrant l'amortisseur d'échappement, réduisant la pression de l'actionneur et faisant bouger la tige de la valve à la hausse jusqu'à ce qu'un nouvel équilibre de force soit établi.

• Principe de travail du positionneur numérique:
  Le positionneur numérique utilise un microprocesseur pour exécuter des algorithmes de contrôle de position, plutôt que des poutres d'équilibre mécaniques, des cames et des assemblages d'amortisseur. Le microprocesseur lit le signal de contrôle, le traite à travers des algorithmes numériques et le convertit en un signal de courant d'entraînement envoyé au convertisseur I / P. Le convertisseur I / P convertit le signal de courant en un signal de pression pneumatique, qui est ensuite transmis à l'actionneur via un relais d'amplificateur pneumatique. La rétroaction sur la position de la soupape (généralement via des capteurs sans contact tels que les capteurs d'effet de hall) est renvoyé au microprocesseur. La tige de soupape continue de se déplacer jusqu'à ce que la position correcte soit atteinte, à quel point le microprocesseur stabilise le signal d'entraînement vers le convertisseur I / P, atteignant un équilibre précis.

Classification et caractéristiques du positionneur de la valve

En fonction de leurs principes de fonctionnement et du type de signaux qu'ils reçoivent, les positionneurs de vanne peuvent être classés dans les catégories suivantes:

• Positionneurs pneumatiques:

• Principe de fonctionnement:Reçoit des signaux pneumatiques (généralement 3 à 15 psi ou 6-30 psi) et fournit une pression d'air correspondante à l'actionneur pneumatique pour s'assurer que la position de la tige de soupape ou de l'arbre de soupape est proportionnelle au signal d'entrée pneumatique.
• Avantages:

1. Conception et structure simple:Facile à fabriquer et à entretenir.
2. Coût moindre:Généralement plus économique que les autres types.
3. Fonctionnement fiable:Connu pour ses performances fiables.
4. Intrinsèquement sûr:Aucune électricité requise, aucune étincelle générée, adaptée aux environnements explosifs.
5. Peut fournir une poussée élevée pour fermer les vannes.

• Désavantage:

1. Précision et résolution limitées: plus faible précision par rapport aux types plus avancés.

• Applications typiques:Convient pour des applications simples et robustes où le signal de contrôle et l'actionneur de soupape sont pneumatiques, ainsi que des environnements où l'électricité n'est pas disponible ou des risques explosifs, tels que les usines chimiques ou les raffineries.

• Positionneurs électro-pneumatiques:

• Principe de travail:Convertit les signaux de contrôle électrique (généralement 4-20 mA ou 0-10 VDC) en signaux de sortie pneumatiques, qui contrôlent ensuite l'actionneur de soupape. Étant donné que de nombreuses unités de contrôle de processus utilisent des signaux CC 4-20 mA pour réguler les vannes de commande, les positionneurs électro-pneumatiques (également appelés positionneurs ou capteurs I / P) sont responsables de la conversion des signaux de courant électronique en signaux de pression pneumatique.
• Avantages:

1. Précision et résolution plus élevées: fournit une précision plus élevée que les positionneurs pneumatiques purs.
2. Capable de gérer les signaux de contrôle électrique: adaptés aux systèmes qui utilisent des signaux électriques pour le contrôle.
3. Polyvolet: combine la précision du contrôle électronique avec la robustesse et la sécurité du fonctionnement pneumatique.
4. Amélioration de la précision de contrôle et du temps de réponse.

• Inconvénients:

1. Conception et structure plus complexes:Plus complexe que les positionneurs pneumatiques.
2. Coût plus élevé:Plus cher que les positionneurs pneumatiques.

• Applications typiques:Largement utilisé dans les environnements industriels avec une infrastructure électrique et pneumatique, ainsi que des processus nécessitant une précision plus élevée et des stratégies de contrôle complexes.

• Positionneurs numériques:

• Principe de travail:En utilisant une technologie numérique avancée, ces appareils utilisent des microprocesseurs pour positionner les actionneurs de valve et surveiller et enregistrer les données. Ils reçoivent des signaux électriques (tels que 4-20 Ma ou des protocoles de communication numérique comme Hart, Foundation Fieldbus, Profibus, etc.).
• Avantages:

1. Haute précision et résolution:Fournir des capacités de précision et de contrôle exceptionnelles.
2. Fonctions diagnostiques avancées:Détecter les anomalies de la valve et les signes de détérioration, effectuer une auto-diagnostic et soutenir l'entretien prédictif pour réduire les coûts de maintenance.
3. Capacités d'auto-alimentation et de surveillance à distance:Simplifiez la configuration et le fonctionnement, permettant aux utilisateurs de régler et de configurer les paramètres à tout moment, n'importe où.
4. Consommation de l'air faible:Plus économe en énergie que les positionneurs analogiques.
5. Pas d'usure mécanique et d'hystérésis minimale:Surtout lors de l'utilisation de la technologie de rétroaction sans contact, il élimine des problèmes tels que l'usure mécanique, le relâchement, la corrosion et les dommages aux vibrations, améliorant considérablement la fiabilité et la durée de vie.
6. Structure simple et fiable avec une longue durée de vie opérationnelle.
7. Rentable:Bien que le coût initial soit plus élevé, à long terme, il peut économiser des coûts significatifs grâce à un fonctionnement optimisé et à une réduction des temps d'arrêt.

• Désavantage:

1. Coût plus élevé:Généralement plus cher que les actionneurs pneumatiques et électriques.
2. Des problèmes d'usure mécanique peuvent encore exister si la technologie de rétroaction sans contact n'est pas utilisée.

• Applications typiques:Convient aux applications de haute précision, hautement automatisées, complexes et critiques nécessitant une acquisition de données et une intégration IoT, telles que le pétrole et le gaz, le raffinage, l'électricité, les produits chimiques, la pulpe et le papier, les sciences de la vie, les aliments et les boissons et les industries minières.

Le tableau suivant compare différents types de positionneurs de vanne: