วาล์วควบคุมด้วยลม: โครงสร้าง หลักการทำงาน และคู่มือการใช้งานภาคสนาม

สิ่งที่คุณจะได้เรียนรู้

1. โครงสร้างของวาล์วควบคุมลม: อธิบายส่วนประกอบทั้ง 13 ส่วน

วาล์วควบคุมด้วยลมไม่ใช่แค่วาล์วธรรมดา แต่เป็นระบบอิเล็กโทรเมคานิกส์ที่มีความแม่นยำสูง การทำความเข้าใจส่วนประกอบแต่ละชิ้นเป็นพื้นฐานสำคัญสำหรับการเลือกใช้งาน การติดตั้ง และการแก้ไขปัญหาอย่างถูกต้อง.

1.1 แอคชูเอเตอร์ไดอะแฟรมแบบใช้ลม

เดอะ หน่วยกำลัง ของระบบ ภายในตัวเรือนแอคชูเอเตอร์:

• กะบังลม (เยื่อ): อุปกรณ์นี้แปลงความดันอากาศให้เป็นแรงเชิงกล เมื่ออากาศอัดเข้าไปในห้องไดอะแฟรม เยื่อบางๆ จะดันลงด้านล่าง.
• ฤดูใบไม้ผลิ: ทำหน้าที่เป็นแรงต้านที่ช่วยดึงวาล์วกลับสู่ตำแหน่งปลอดภัยเมื่อการจ่ายอากาศหยุดลง.
• ก้านดัน (แกน): ทำหน้าที่ส่งการเคลื่อนที่เชิงเส้นของไดอะแฟรมไปยังปลั๊กวาล์วภายในตัววาล์ว.

1.2 อุปกรณ์กำหนดตำแหน่งวาล์วอัจฉริยะ

เดอะ สมอง ของวงจรควบคุม ตัวกำหนดตำแหน่ง:

• รับสัญญาณควบคุม 4-20mA จาก DCS หรือ PLC
• เปรียบเทียบค่าที่ตั้งไว้ (สัญญาณ) กับค่าป้อนกลับตำแหน่งวาล์วที่แท้จริง
• ส่งแรงดันลมที่แม่นยำ (โดยทั่วไป 0.02-0.1 MPa หรือ 3-15 psi) ไปยังไดอะแฟรมของแอคชูเอเตอร์
• ทำการแก้ไขอย่างต่อเนื่องจนกว่าวาล์วจะถึงและคงอยู่ในตำแหน่งที่กำหนด

อุปกรณ์กำหนดตำแหน่งอัจฉริยะสมัยใหม่ เช่น ฟิชเชอร์ ดีวีซี6200 หรือ ซีเมนส์ พีเอส2 เพิ่มระบบสื่อสาร HART, การวินิจฉัยวาล์ว และความสามารถในการทดสอบการเคลื่อนที่บางส่วนของหัวใจ.

1.3 ตัวควบคุมแรงดันอากาศและไส้กรอง

เดอะ หน่วยเตรียมอากาศ ซึ่งเป็นการปรับสภาพการจ่ายอากาศสำหรับอุปกรณ์:

• กรองอนุภาคและความชื้นออกจากอากาศอัด
• ควบคุมแรงดันขาออกให้คงที่ตามค่าที่ตั้งไว้ (โดยทั่วไปคือ 0.3-0.7 MPa / 45-100 psi)
• มีมาตรวัดความดันสำหรับตรวจสอบด้วยสายตา

1.4 ช่องระบายไอเสีย

ช่องระบายอากาศที่ช่วยให้อากาศไหลออกจากห้องไดอะแฟรมเมื่อตัวปรับตำแหน่งลดแรงดันลง หากช่องระบายอากาศอุดตัน จะทำให้วาล์วตอบสนองช้าลงหรือปิดไม่สนิท.

1.5 ตัวยึดรองรับ

โครงสร้างเชื่อมต่อระหว่างตัวกระตุ้นกับตัววาล์ว ต้องมีความแข็งแรงเพียงพอเพื่อป้องกันการเบี่ยงเบนที่เกิดจากการสั่นสะเทือน.

1.6 ตัวบ่งชี้ตำแหน่ง (มาตราส่วน)

มาตรวัดเชิงกลหรืออิเล็กทรอนิกส์ที่แสดงการเปิดวาล์วแบบเรียลไทม์ตั้งแต่ 0% (ปิดสนิท) ถึง 100% (เปิดสนิท) จำเป็นอย่างยิ่งสำหรับการตรวจสอบภาคสนามระหว่างการติดตั้งใช้งานและการแก้ไขปัญหา.

1.7 ก้านวาล์ว

แกนเคลื่อนที่เชิงเส้นที่ส่งแรงจากตัวกระตุ้นไปยังปลั๊กวาล์ว ต้องตรง เรียบ และอยู่ในแนวที่ถูกต้อง รอยขีดข่วนหรือการงอใดๆ จะทำให้เกิดการรั่วไหลของซีลและการติดขัด.

1.8 ซีล + ฝาครอบ + ซีลกันรั่ว

เดอะ ระบบซีล ที่ป้องกันไม่ให้ของเหลวในกระบวนการผลิตรั่วไหลออกไปตามก้านวาล์ว:

• การบรรจุ: วัสดุที่มีความยืดหยุ่น (PTFE, กราไฟต์ หรือเส้นใยถัก) ถูกอัดแน่นรอบลำต้น
• ฝากระโปรง: ส่วนบนของตัววาล์วซึ่งเป็นที่อยู่ของซีลและเป็นตัวนำทางก้านวาล์ว
• ต่อม (ตัวตามการบรรจุ): ใช้สลักเกลียวเพื่ออัดแรงดันให้กับวัสดุบรรจุภัณฑ์ การขันแน่นเกินไปจะเพิ่มแรงเสียดทานและทำให้ติดขัด การขันหลวมเกินไปจะทำให้เกิดการรั่วซึม.

1.9 ตัววาล์ว

เดอะ ขอบเขตความดัน ที่บรรจุของเหลวในกระบวนการผลิต เชื่อมต่อกับท่อส่งโดยใช้หน้าแปลน เกลียว หรือการเชื่อม วัสดุของตัวเรือน (เหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าไร้สนิม โลหะผสม) ต้องเหมาะสมกับสภาวะของกระบวนการผลิต.

1.10 ปลั๊กที่นั่งเดี่ยว + แหวนที่นั่ง

เดอะ องค์ประกอบควบคุมการไหล ที่ควบคุมการไหล:

• ปลั๊ก (แผ่นดิสก์): เคลื่อนที่ในแนวตั้งเพื่อเปลี่ยนพื้นที่การไหลระหว่างปลั๊กและที่นั่ง
• แหวนที่นั่ง: รูคงที่ที่ปลั๊กจะประกบเข้า ระยะห่างระหว่างปลั๊กกับที่นั่งของปลั๊กเมื่อปิดสนิทจะเป็นตัวกำหนดระดับการปิดกั้น (ANSI ระดับ I ถึง VI)

รูปทรงของปลั๊กกำหนดลักษณะการไหลของวาล์ว และต้องตรงกับข้อกำหนดการควบคุมกระบวนการ:

• สัดส่วนเท่ากัน: การเปลี่ยนแปลงของอัตราการไหลเป็นสัดส่วนกับอัตราการไหล ณ จุดใดๆ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการควบคุมแรงดันและอัตราการไหลที่ต้องการช่วงการปรับค่าที่กว้าง.
• เชิงเส้น: การเปลี่ยนแปลงอัตราการไหลเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการเคลื่อนที่ของก้านควบคุม ใช้สำหรับการควบคุมระดับและการควบคุมอุณหภูมิในกรณีที่อัตราขยายของกระบวนการคงที่.
• เปิดใช้งานอย่างรวดเร็ว: อัตราการไหลสูงสุดเกิดขึ้นที่ช่องเปิดขนาดเล็ก เหมาะสำหรับงานเปิด-ปิด และงานที่ต้องการการตอบสนองอย่างรวดเร็ว.

1.11 วาล์วโซลินอยด์ (อุปกรณ์เสริม)

หนึ่ง อุปกรณ์สวิตช์ไฟฟ้า-นิวแมติก ติดตั้งอยู่ในท่ออากาศระหว่างตัวกำหนดตำแหน่งและตัวขับเคลื่อน เมื่อไม่มีกระแสไฟฟ้า จะระบายอากาศของตัวขับเคลื่อนออกสู่บรรยากาศ ทำให้วาล์วเคลื่อนไปยังตำแหน่งปลอดภัย เมื่อมีกระแสไฟฟ้า จะช่วยให้สามารถควบคุมตัวกำหนดตำแหน่งได้ตามปกติ จำเป็นสำหรับระบบปิดระบบฉุกเฉิน (ESD) และฟังก์ชันเครื่องมือวัดความปลอดภัย (SIF).

1.12 วาล์วเพิ่มปริมาตร/ควบคุมความเร็ว

A รีเลย์นิวแมติก ซึ่งจะเพิ่มอัตราการไหลของอากาศไปยังตัวกระตุ้น ทำให้ความเร็วในการเคลื่อนที่ดีขึ้นสำหรับตัวกระตุ้นขนาดใหญ่ วาล์วควบคุมความเร็ว (วาล์วเข็ม) จะจำกัดการไหลของไอเสียเพื่อลดการเคลื่อนที่ของวาล์วและป้องกันการเกิดแรงดันน้ำกระแทกหรือความผิดปกติในกระบวนการผลิต.

1.13 เสื้อแจ็คเก็ตกันหนาว (สำหรับสภาพอากาศหนาวเย็น)

หนึ่ง ระบบทำความร้อนด้วยไฟฟ้าหรือไอน้ำ หุ้มรอบตัววาล์วและฝาครอบ ป้องกันไม่ให้ของเหลวในกระบวนการผลิตแข็งตัวในช่องวาล์ว ซึ่งจะขัดขวางการเคลื่อนไหวและอาจทำให้ตัววาล์วแตกได้ จำเป็นอย่างยิ่งสำหรับการติดตั้งภายนอกอาคารในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง.

2. หลักการทำงานของวาล์วควบคุมแบบนิวแมติก: ลำดับสัญญาณ

2.1 ลำดับการควบคุมปกติ

ทีละขั้นตอน:

1. ตัวควบคุมกระบวนการ (DCS หรือ PLC) คำนวณตำแหน่งวาล์วที่ต้องการและส่งสัญญาณ 4-20mA ออกมา
2. อุปกรณ์กำหนดตำแหน่งอัจฉริยะจะรับสัญญาณนี้และแปลงเป็นตำแหน่งเป้าหมาย (0-100%)
3. เซ็นเซอร์ภายในของตัวกำหนดตำแหน่งจะอ่านตำแหน่งวาล์วที่แท้จริงจากก้านวาล์ว
4. หากค่าจริงไม่ตรงกับค่าเป้าหมาย ตัวกำหนดตำแหน่งจะปรับแรงดันลมที่ส่งออกไป
5. ความดันอากาศภายในห้องไดอะแฟรมเพิ่มขึ้นหรือลดลง ทำให้ไดอะแฟรมเคลื่อนที่
6. ไดอะแฟรมจะดันก้าน ทำให้หัวเทียนเคลื่อนที่สัมพันธ์กับที่นั่ง
7. เมื่อพื้นที่การไหลเปลี่ยนแปลง ตัวแปรของกระบวนการ (การไหล ความดัน อุณหภูมิ ระดับ) ก็จะตอบสนองตามไปด้วย
8. ตัวควบคุมกระบวนการจะตรวจจับค่ากระบวนการใหม่และปรับสัญญาณ 4-20mA สำหรับรอบถัดไป

2.2 สมดุลแรง: หลักฟิสิกส์ของการกำหนดตำแหน่งวาล์ว

ณ ตำแหน่งสภาวะสมดุลใดๆ แรงสามแรงจะอยู่ในสภาวะสมดุล:

หน้าที่ของผู้กำหนดตำแหน่งคือการหาแรงดันอากาศที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งจะทำให้แรงทั้งสามนี้สมดุลกัน ณ ตำแหน่งก้านที่ต้องการ.

2.3 แอคทูเอเตอร์แบบทำงานทางเดียวเทียบกับแอคทูเอเตอร์แบบทำงานสองทาง

บทความข้างต้นอธิบายถึงแอคทูเอเตอร์แบบไดอะแฟรมชนิดทำงานทางเดียว (แบบสปริงคืนตัว) แอคทูเอเตอร์แบบลูกสูบชนิดทำงานสองทางก็พบได้ทั่วไปในงานที่มีแรงดันสูงหรือวาล์วขนาดใหญ่เช่นกัน:

2.4 การทำงานเพื่อความปลอดภัยในกรณีฉุกเฉิน: การเปิดด้วยลม เทียบกับการปิดด้วยลม

เมื่อระบบจ่ายอากาศสำหรับเครื่องมือวัดล้มเหลว (คอมเพรสเซอร์หยุดทำงาน ท่อแตก การบำรุงรักษา) สปริงจะดันวาล์วกลับไปยังตำแหน่งที่ปลอดภัยตามที่กำหนดไว้ล่วงหน้า การเลือกตำแหน่งใดขึ้นอยู่กับความปลอดภัยของกระบวนการ:

3. การทดสอบระบบภาคสนาม: ขั้นตอนการเริ่มต้นใช้งานทีละขั้นตอน

3.1 การตรวจสอบก่อนเริ่มใช้งาน

3.2 การตั้งค่าโหมดอัตโนมัติ

1. เปลี่ยนเป็นโหมดแมนนวล บนตัวกำหนดตำแหน่ง (ถ้ามี) หรือใช้สถานีควบคุมแบบแมนนวลของ DCS
2. ขยับวาล์ว ผ่านการเคลื่อนที่เต็มช่วงโดยใช้ล้อหมุนหรือฟังก์ชันปรับตำแหน่งด้วยตนเอง
3. ตรวจสอบการระบุตำแหน่ง ในระดับท้องถิ่นจะตรงกับการแสดงผลของตัวกำหนดตำแหน่ง
4. เปลี่ยนเป็นโหมดอัตโนมัติ
5. ค่อยๆ เพิ่มสัญญาณ 4-20mA ค่อยๆ เพิ่มกระแสจาก 4mA เป็น 20mA แล้วกลับมาเพิ่มอีกครั้ง
6. สังเกต: การเคลื่อนที่ของวาล์วควรราบรื่น ไม่ติดขัดหรือกระตุก การตอบสนองตำแหน่งควรติดตามสัญญาณคำสั่งภายใน ±1%
7. ตรวจสอบรอยรั่ว ที่ซีลกันรั่วและขอบตัวเรือน

3.3 การตรวจสอบการสอบเทียบ

อุปกรณ์กำหนดตำแหน่งอัจฉริยะส่วนใหญ่จะปรับเทียบอัตโนมัติ แต่แนะนำให้ตรวจสอบความถูกต้องในภาคสนามอีกครั้ง:

• คำสั่ง 4mA → ตรวจสอบว่าวาล์วอยู่ที่ตำแหน่ง 0% (หรือตำแหน่งปลอดภัย)
• คำสั่ง 12mA → ตรวจสอบว่าวาล์วอยู่ที่ 50%
• คำสั่ง 20mA → ตรวจสอบว่าวาล์วอยู่ที่ 100%
• ตรวจสอบค่าฮิสเทอรีซิส: ความแตกต่างระหว่างค่าที่อ่านได้เมื่อขยายและเมื่อลดขนาดลงที่ 50% ควรน้อยกว่า 1%

4. การใช้งานด้วยตนเอง: ขั้นตอนฉุกเฉินและการบำรุงรักษา

เมื่อระบบควบคุมอัตโนมัติขัดข้องหรือจำเป็นต้องบำรุงรักษา:

1. แยกสัญญาณควบคุม: ตั้งค่าเอาต์พุต DCS เป็นแบบแมนนวลและตรึงค่า หรือถอดสายเคเบิล 4-20mA ออก
2. ตัดการจ่ายอากาศ: ปิดวาล์วควบคุมการระบายอากาศของตัวกรองอากาศ
3. หมุนวงล้อ: หมุนกลไกวงล้อ (ติดตั้งด้านบนหรือด้านข้าง) เพื่อเลื่อนวาล์วด้วยกลไก
4. ดำเนินงาน: หมุนตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกาเพื่อเปิดหรือปิดตามต้องการ
5. วิกฤต: หลังจากดำเนินการด้วยตนเองแล้ว, ปลดคลัตช์ล้อหมุน และกลับสู่ตำแหน่งอัตโนมัติ หากปล่อยให้กลไกปรับตำแหน่งอัตโนมัติทำงานอยู่ จะไม่สามารถขับวาล์วได้

5. รายการตรวจสอบการบำรุงรักษาประจำวัน

6. การแก้ไขปัญหา: 5 ข้อผิดพลาดทั่วไปที่พบได้ในภาคสนาม

6.1 วาล์วไม่ขยับ

6.2 การตอบสนองช้าหรือเฉื่อยชา

6.3 ความคลาดเคลื่อนของตำแหน่ง / การเบี่ยงเบน

6.4 การรั่วซึมของบรรจุภัณฑ์

6.5 การล่าสัตว์/การแกว่งที่มากเกินไป

7. ข้อสรุปสำคัญ

บทความที่เกี่ยวข้อง

• คู่มืออุปกรณ์เสริมสำหรับวาล์วควบคุม: ตัวกำหนดตำแหน่ง ตัวกรอง และตัวปรับแรงดัน และอื่นๆ
• คู่มือการใช้งานอุปกรณ์ปรับตำแหน่งวาล์วฉบับสมบูรณ์: หลักการทำงาน + การแก้ไขปัญหาภาคสนาม
• คู่มือการวินิจฉัยและการซ่อมแซมภาคสนามสำหรับปัญหาการสื่อสาร HART ของ Fisher DVC6200
• คู่มือการแก้ไขปัญหา การซ่อมแซม และชิ้นส่วนอะไหล่สำหรับเครื่องควบคุมแรงดันน้ำหล่อเย็น Fisher 67CFR ฉบับสมบูรณ์
• การเลือกใช้แอคชูเอเตอร์และการกำหนดขนาดวาล์ว: วิธีการคำนวณทางวิศวกรรม

คำถามที่พบบ่อย

วาล์วควบคุมแบบใช้ลมและวาล์วควบคุมแบบใช้ไฟฟ้าแตกต่างกันอย่างไร?

วาล์วแบบนิวแมติกใช้ลมอัด (3-15 psi หรือ 0.02-0.1 MPa) ในการขับเคลื่อนตัวกระตุ้น ทำให้ตอบสนองรวดเร็ว มีระบบป้องกันความผิดพลาดในตัว และป้องกันการระเบิดได้โดยไม่ต้องมีใบรับรองทางไฟฟ้า ส่วนวาล์วไฟฟ้าใช้มอเตอร์และเหมาะสำหรับความเร็วต่ำ ความแม่นยำสูง หรือสถานที่ห่างไกลที่ไม่มีระบบลมสำหรับเครื่องมือวัด.

ทำไมวาล์วของฉันถึงแกว่งไปมาระหว่างสองตำแหน่ง?

อาการแกว่งตัวมักบ่งชี้ถึงค่าเกนของตัวกำหนดตำแหน่งที่มากเกินไปหรือความหลวมทางกลไก ลดการตั้งค่าเกนแบบสัดส่วนในตัวกำหนดตำแหน่ง หรือขันข้อต่อให้แน่นขึ้น หากกระบวนการเองมีการแกว่ง ให้ปรับจูนตัวควบคุม PID — วาล์วเพียงแค่ทำตามคำสั่งที่ไม่ถูกต้อง.

ฉันสามารถแปลงวาล์วแบบเปิดด้วยลมให้เป็นแบบปิดด้วยลมได้หรือไม่?

ไม่ใช่แค่การกลับสัญญาณเท่านั้น สปริงของตัวกระตุ้นจะต้องถูกจัดตำแหน่งใหม่หรือเปลี่ยนใหม่ และการกำหนดค่าตัวกำหนดตำแหน่งจะต้องเปลี่ยนแปลง ในบางกรณี อาจต้องใช้ตัวกระตุ้นที่แตกต่างออกไป โปรดปรึกษาผู้ผลิตก่อนพยายามทำการดัดแปลง.

ควรเปลี่ยนไดอะแฟรมของแอคชูเอเตอร์บ่อยแค่ไหน?

อายุการใช้งานของไดอะแฟรมขึ้นอยู่กับจำนวนรอบการใช้งานและสภาวะการทำงาน ในการใช้งานทั่วไป ควรตรวจสอบปีละครั้งและเปลี่ยนทุก 3-5 ปี ในกรณีที่ใช้งานหนักหรืออยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ควรเปลี่ยนทุก 1-2 ปี การเปลี่ยนเพื่อป้องกันความเสียหายในระหว่างการหยุดทำงานตามแผนนั้นประหยัดกว่าการแก้ไขปัญหาฉุกเฉินมาก.

อะไรเป็นสาเหตุทำให้วาล์วติดค้างที่ตำแหน่งเปิด 10-20%?

การติดขัดที่ตำแหน่งเปิดต่ำมักบ่งชี้ถึงแรงเสียดทานของซีลที่มากเกินไป เบาะรองวาล์วเสียหาย หรือมีสิ่งแปลกปลอมติดอยู่ในชิ้นส่วนภายใน ตรวจสอบความแน่นของซีลก่อน หากไม่ได้ใช้งานวาล์วมาหลายเดือน ให้ลองใช้งานจนสุดระยะการเปิด เพราะตะกอนที่สะสมอาจทำให้เกิดการติดขัดได้.