Клапан с пилотным управлением что это

Для чего нужен пилотный клапан?

Пилотом называют не только летчика, но и устройство, управляющее другим.

Пилотный клапан

Усилие действующие на запорно-регулирующий элемент клапана, обычно пропорционально площади проходного сечения клапана.

В клапанах с большим проходным сечением для перемещения или удержания запорно-регулирующего элемента клапана могут потребоваться значительные усилия.

Устройства с пилотными клапанами целесообразно использовать в системах с большим расходом рабочей среды, при этом используется пилот, который значительно меньше основного клапана. Проходное сечение пилотного клапана значительно меньше проходного сечения основного клапана, для управления запорно-регулирующим элементом пилота потребуется небольшое усилие. Пилот позволяет управлять потоком рабочей среды (воздуха в пневмоприводе, масла в гидроприводе). Поток будет воздействовать на запорно-регулирующий элемент основного клапана и заставлять его перемещаться.

Пилот используется в редукционных и предохранительных клапанах непрямого действия.

Пилотный распределитель

Пилотный распределитель используется в многокаскадных распределителях, сервоклапанах. Как и клапан пилотный распределитель имеет меньшие размеры по сравнению с аппаратами, которыми он управляет. Пилотный распределитель позволяет направлять поток жидкости для управления золотниками распределителей последующих каскадов. Такая схема позволяет управлять большими потоками рабочей среды при малом управляющем воздействии.

В сервоклапанах в качестве пилотного часто применяются специальные распределители со струйной трубкой или сопло-заслонка. Которое обеспечивают регулирование, пропорциональное входному сигналу.

Источник

Регулирующая арматура пилотного принципа действия: решение практических задач управления водоснабжения

Горащенков Д.В., Носырев А.А., инженеры-технологи НПЦ ПромВодОчистка
Публикация в журнале «Наилучшие доступные технологии водоснабжения и водоотведения» №5, 2018

Современный пилотный метод регулирования давления/расхода позволяет реализовать решение множества задач для разнообразных потребителей.

В статье сделан обзор практических задач управления водоснабжением с помощью пилотных регуляторов. Базовые решения, как правило, недороги. Комбинация такой арматуры обеспечивает выполнение самых сложных задач управления водоснабжением.

Одной из важнейших задач водоснабжения является обеспечение необходимого давления и объема воды. Человеку не комфортно, если в квартиру подается высокое магистральное давление воды, сопровождающееся скачками напора. Крупному предприятию для разнообразного оборудования требуется различный объем жидкости под определенным давлением. Наконец, особенности рельефа местности также усложняют водоснабжение и водоотведение на больших площадях. Со всеми перечисленными проблемами позволяет справиться регулирующая арматура, особенности которой рассмотрены в предлагаемой вниманию читателей публикации.

Виды регулирующей арматуры

Для решения задач водоснабжения существует множество вариантов разнообразной арматуры, ниже приведем основные устройства:

Рис. 1. Рычажный регулятор

1. Регуляторы давления/расхода – делятся на несколько типов по принципу регулирования и назначению на регуляторы прямого действия и пилотные регуляторы. Одним из примеров регуляторов прямого действия являются рычажные регуляторы (рис. 1). В этой конструкции проточная часть клапана перекрывается штоком с пробкой. Шток связан с мембраной в мембранной коробке, в которую, в свою очередь, подводится импульсная трубка, а так же с системой противовесов. В случае изменения количества жидкости, проходящей через регулирующее устройство, нарушится равновесие давления жидкости, подающегося через импульсную трубку в мембрану и системы противовесов. Шток поднимается/опускается, изменяя расход через регулятор, вместе с изменением расхода меняется и давление, до тех пор, пока система вновь не уравновесится.
Рис. 2. Пружинный регулятор

Пружинные регуляторы устроены похожим образом (рис. 2), но систему противовесов заменяет одна или несколько мощных пружин.

Из плюсов регуляторов прямого действия можно отметить возможность работы как с жидкой так и с газообразной средой, устойчивость к высоким температурам (вплоть до 300°С). Минусы – высокие потери давления, большие габариты, необходимость монтажа в вертикальном положении, низкая точность регулировки и долгий процесс изменения заданного давления (дополнительные грузы, смена пружин).

2. Пилотные регуляторы – современное изящное решение проблемы регулирования давления (рис 3).

Рис. 3. Пилотный регулятор Рис. 4. Схема одного из вариантов пилота

В пилотных регуляторах (внешний вид одного из вариантов показан на рис. 4) задатчиком величины выходного давления выступает энергия рабочей среды, подающаяся на небольшой управляющий клапан, гидравлически связанный с трубопроводом, называемым пилотом.

Используется несколько вариантов исполнения корпуса основного клапана, отличающиеся способом перекрытия проточной части.

Для крупных сетей с постоянным расходом, небольших трубопроводах с нерегулярным водоразбором и систем полива используются регуляторы с гибкой диафрагмой (см. схему на рис. 5).

Рис. 5. Схема клапана-регулятора с гибкой диафрагмой

Как следует из названия, седло клапана перекрывает резиновая диафрагма (1). При изменении расхода жидкости меняется давление на выходе клапана, в итоге изменяется положение запирающего элемента в пилоте (подробнее описано далее), в результате подается, либо отключается давление в камере управления (2). Камера либо наполняется, либо опустошается, за счет чего изменяется диаметр проточной части клапана, что обеспечивает выполнение требуемой функции.

Данная конструкция имеет ограничения в эксплуатации. Диафрагма, находясь под температурой выше 80°С имеет свойство размягчаться и выгибаться, чем выше перепад давления – тем быстрее происходит этот процесс. Максимальное давление в трубопроводе для таких регуляторов не должно быть более 16 атмосфер. Также данный способ перекрытия на дает полной герметичности, при долговременном отсутствии расхода давление до и после регулятора будет выравниваться. Тем не менее, для систем с постоянным водоразбором, систем полива и систем водоснабжения жилых зданий эти регуляторы прекрасно подходят, так как просты в конструкции и обслуживании, как правило недороги и доступны.

Для магистральных трубопроводов крупного диаметра, систем с повышенной надежностью, где требуется долгое герметичное закрытие существуют Регуляторы с подвижным штоком (см. рис. 6).

Рис. 6. Клапан-регулятор с подвижным штоком

Примеры решения задач на регуляторах с пилотным управлением

Пилотное управление позволяет решить множество задач благодаря разнообразным методам подключения, обвязки и разнообразию пилотов, начиная от снижения/поддержания давления и заканчивая быстрым открытием для защиты трубопровода от гидроудара и управления уровнем жидкости в резервуарах. Приведем основные примеры функций, которое могут быть реализованы благодаря пилотному управлению.

Регулятор давления «после себя»

Как можно понять из названия, эти регуляторы предназначены для регулирования (снижения) давления в трубопроводе после регулятора. Схема приведена на рис. 7.

Рис. 7. Схема регулятора давления «после себя»

При повышении давления в трубопроводе выше заданного уровня давление жидкости преодолевает сопротивление пружины в пилоте, открывается отверстие (порт), связывающее импульсную трубку входа в регулятор и камеру управления клапана, происходит наполнение управляющей камеры, и диафрагма в клапане прикрывает основное проходное сечение, в результате чего давление на выходе из регулятора снижается. При снижении давления в трубопроводе после регулятора, порт в пилоте закрывается, входное давление вытесняет жидкость из камеры управления, и диафрагма в клапане приоткрывается, в результате чего давление увеличивается до заданного уровня. Работа регулятора показана на рис. 8.

Давление на выходе из регулятора соответствует требуемому	Давление на выходе из регулятора возрастает: клапан прикрывается	Давление на выходе из регулятора снижается: клапан открывается

Рис. 8. Работа регулятора давления «после себя»

Задача

Кольцевая система водоснабжения с несколькими группами потребителей. Давление в системе 12 атм.

Для каждой группы потребителей необходимо обеспечить определенные значения давления:

Решение

Регуляторы давления «до себя»

Рис. 9. Схема регулятора давления «до себя»

Давление повысилось, клапан открывается

Давление снижается, клапан прикрывается

Задача

Имеется самотечная система водоснабжения, при которой подача воды с горы осуществляется потребителям, расположенным на различных отметках, методом свободного излива. Естественный перепад в системе 300 метров. Различным участкам сети по уровню высотных отметок необходимо обеспечить давление, не превышающее 9 атм., а отдельным группам потребителей на этих участках обеспечить давление на уровне 2-3 атм.

Решение

Для обеспечения регулируемого подпора столба жидкости на заданных участках трубопровода необходимо установить позициях 4,6 на схеме регуляторы давления «до себя» с настройкой на 9 атм. Таким образом, на каждом участке трубопровода будет поддерживаться давление от 1 атм. в самой высокой точке, до 9 атм. в самой низкой точке.

Для обеспечения у потребителей требуемого давления в 2-3 атм. на каждом отводе к потребителю в позициях 1-3 на схеме устанавливается регулятор давления «после себя».

Регуляторы расхода

Данные регуляторы оснащаются калибровочной шайбой перед регулятором (см. рис. 11), обеспечивающей перепад давления, который используется в пилоте для определения расхода жидкости, проходящей через участок трубопровода. При изменении расхода происходит изменение давления после шайбы, пилот реагирует на это открытием порта на заполнение камеры управления либо порта на ее опустошение.

Таким образом, регулятор осуществляет контроль расхода, автоматически поддерживает давление на выходе на заданном установленном уровне, вне зависимости от колебаний давления и расхода на входе.

Рис. 11. Схема регулятора расхода

Задача

На магистральном трубопроводе с двумя потребителями одному из них (производственная линия) требуется поддерживать постоянный расход, независимо от изменения давления, а для второго (микрорайон) требуется поддерживать расход не выше определенного уровня.

Решение

В обоих случаях применяется регулятор расхода, но с различной обвязкой. В одном случае пилотный клапан будет обеспечивать стабильность расхода, независимо от давления, во втором случае, пилотный регулятор будет принудительно ограничивать максимальный расход, независимо от расхода потребителей.

Пилотные регуляторы уровня

Применяются на емкостях, в которых нет возможности установить поплавок, водонапорных башнях. Для определения уровня жидкости используется высокочувствительный гидростатический пилот, настроенный на давление, соответствующее разности высоты между местом установки пилота и верхним уровнем жидкости. По мере наполнения резервуара возрастает давление, приходящее на диафрагму пилота (см. рис. 12). При требуемом уровне жидкости пилот наполняет камеру управления и перекрывает поток жидкости через регулятор.

Рис. 12 Схема пилотного регулятора уровня

Задача

Поддерживать в емкости максимальный заданный уровень. Температура окружающей среды может опускаться до отрицательных отметок.

Решение

Установка пилотного регулятора уровня. Клапан монтируется в утепленном помещении/затопленном колодце ниже уровня промерзания. Импульсная трубка подключается к трубопроводу сразу за регулятором, пилот настраивается на давление, соответствующее суммарной высоте столба жидкости в емкости и трубопроводе до места монтажа регулятора. Благодаря тому, что импульсные трубки не подводятся к емкости нет риска замерзания жидкости при низких температурах.

Клапан защиты от гидроудара

Такие клапаны существуют в нескольких исполнениях.

Для экстренного сброса жидкости используются предохранительные клапаны с высокой скоростью открытия – сбросные (см. рис. 13).

Рис. 13. Схема сбросного клапана

Устроены такие клапаны аналогично регуляторам давления «до себя», но обвязка клапана и пилот сконструированы таким образом, чтобы в случае резкого повышения давления сразу полностью открывать регулятор, осуществляя сброс лишнего давления. После снижения давления регулятор плавно закрывается.

Для защиты насосов от обратной волны вследствие непредвиденного останова используют специальный двухпилотный регулятор защиты от гидроудара (рис. 14).

Рис. 14. Схема клапана для защиты насосов от обратной волны

Задача

Насос подает воду потребителю, находящемуся на 100 метров выше места установки насоса. Необходимо предотвратить возникновение гидроудара в результате отключения насоса.

Решение

На отводе после насоса устанавливается клапан защиты из гидроудара, который при внезапной остановке насоса произведет сброс обратной волны.

В заключение

Пилотный метод управления позволяет реализовать решение множества задач для разнообразных потребителей, базовые решения как правило недороги. Рассмотренные в статье пилоты можно комбинировать в обвязке друг другом для выполнения самых сложных решений, а дополнение их электронным управлением позволяет получить практически совершенный набор инструментов для решения практически всех задач управления водоснабжением.

Источник

level_meter

Уровнеметрия

Приборы и системы измерения уровня

Клапан пилотный СЕНС состоит из следующих основных узлов и деталей (рис. 4А):

корпуса 1, разделительной трубки 2, по которой происходит перемещение сердечника 3, совмещенного с управляющим запирающим элементом 4; сердечник 3 механически связан с основным запирающим элементом 5; электромагнитного привода 6, возвратной пружины 7; ручного дублера 8.

Седло, выполненное в основном запирающем элементе 5, и торцевая поверхность пилота 4 образуют управляющий затвор (пилот). Седло, выполненное в корпусе 1, и торцевая поверхность основного запирающего элемента образуют основной затвор.

Принцип работы пилотного клапана СЕНС состоит в следующем :

рабочая среда подается в полость «1», герметичность в затворах при этом достигается за счет давления рабочей среды и пружины 7 на запирающие элементы 4, 5. Клапан закрыт (рис. 4Б). При подаче напряжения на привод 6, сердечник 3 с управляющим затвором 4 перемещается вверх, сжимая пружину 7, и открывает разгрузочное отверстие в управляющем затворе (пилоте). При этом происходит резкое понижение давления над основным запирающим элементом 5, который, перемещаясь, открывает проход рабочей среды (рис. 4В). После снятия напряжения сердечник 3 под действием усилия возвратной пружины движется вниз и закрывает разгрузочное отверстие в управляющем затворе (пилоте). При этом происходит обратное перераспределение давлений, вызывающее закрытие клапана. Закрытие происходит за счет усилия возвратной пружины 7.

При отсутствии питающего напряжения клапан можно открыть ручным дублером 8, вращая ручку против часовой стрелки.

Источник

Устройство и принцип действия электромагнитного клапана

Устройство электромагнитного (соленоидного) клапана

Электромагнитный клапан (клапан соленоидный) состоит из следующих основных деталей: корпуса, крышки, мембраны (поршня), пружины, плунжера, штока и электрической катушки (соленоида). Корпуса и крышки клапанов отливают из латуни, нержавеющей стали, чугуна или полимеров: полипропилена, эколона, нейлона и др. Клапаны рассчитаны для использования при различных рабочих средах, давлениях и температурах. Для плунжеров и штоков применяют специальные магнитные материалы. Электрокатушки (соленоиды) для клапанов изготовливают в пылезащищенном или герметичном корпусе. Обмотка катушек выполнена высококачественным эмаль проводом из электротехнической меди. Присоединение к трубопроводу резьбовое или фланцевое. Для подключения к электрической сети используется штекер. Управление осуществляется подачей напряжения (или импульса) на катушку.

Напряжения питания:

Переменный ток, AC: 24В, 110В, 220В; Постоянный ток, DC: 12В, 24В; Допуск по напряжению: ± 10%. Класс защиты: IP65.

Основные рабочие положения:

Клапаны электромагнитные по исполнениям бывают: «НЗ» – нормально закрытые клапаны, «НО» – нормально открытые клапаны и «БС» – бистабильные (импульсные) клапаны, переключающиеся с открытого на закрытое положение по управляющему импульсу.

По принципу действия:

Для различных условий эксплуатации применяют клапаны прямого действия, срабатывающие при нулевом перепаде давлении и пилотные клапаны (непрямого действия) – срабатывающие только при минимальном перепаде давления. Так же электромагнитные клапаны подразделяются на запорные (2/2 ходовые), распределяющие трехходовые (3/2 ходовые), и переключающие клапаны (2/3 ходовые).

Мембраны и уплотнения:

Мембраны клапанов изготовлены из эластичных полимерных материалов специальной конструкции и химического состава – EPDM, NBR, FKM, а уплотнения из PTFE или TEFLON. Так же в конструкции клапанов используются новейшие составы силиконовых резин – VMQ и другие полимеры.

Свойства материалов:

EPDM – Этилен-пропилен-диен-каучук. Недорогой, химически и износостойкий эластичный полимер. Высокая устойчивость к старению и атмосферным воздействиям. Устойчив к кислотам, щелочам, окислителям, соленым растворам, воде, пару низкого давления, нейтральным газам. Неустойчив к бензину, бензолу и углеводородами. Температура применения −40. +140 °С.

NBR – Нитрил-бутадиен-каучук. Распространенный и недорогой эластичный полимер, нейтральный к воздействию бензина, минерального масла, дизельного топлива, растворов щелочей, неорганических кислот, пропана, бутана и воды. Температурный диапазон −30. +100 °С. Разрушается бензолом, окислителями и ультрафиолетом.

FKM – Фторкаучук. Термостойкий и эластичный синтетический полимер. Высокая стойкость к старению, озону и ультрафиолету. Химически устойчивый для кислотных и щелочных сред, нефтепродуктов, для топлива и углеводородов. Применяется для спиртов, воды, воздуха и пара низкого давления при температуре −30. +150 °С. Разрушается эфирами, органическими кислотами.

PTFE – Политетрафторэтилен. Фторполимер, один из самых химически стойких полимерных материалов. Применяется в химической промышленности для кислот и их смесей высокой концентрации, щелочей, растворителей. Устойчив к бензолу, окислителям, маслам и топливам. Используется для агрессивных газов, углеводородов, воздуха, воды и пара. Температурный диапазон −50. +200 °С. Разрушается трифторидом хлора и жидкими щелочными металлами.

TEFLON – Политетрафторэтилен. Запатентованное название фторполимера, на основе PTFE с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Рабочая температура применения в диапазоне −50. +250 °С.

Принцип действия пилотного электромагнитного клапана

В статичном положении напряжение на катушке отсутствует – электро клапан закрыт. Запорный орган (мембрана или поршень, в зависимости от типа клапана) герметично прижат, силой действия пружины и давления рабочей среды к седлу уплотнительной поверхности. Пилотный канал закрыт подпружиненным плунжером. Давление в верхней полости клапана (над мембраной) поддерживается через перепускное отверстие в мембране (или через канал в поршне) и равно давлению на входе в клапан. Клапан электромагнитный находится в закрытом положении, пока катушка не окажется под напряжением.

Для открытия клапана напряжение подается на катушку. Плунжер, под воздействием магнитного поля поднимается и открывает пилотный канал. Так как диаметр пилотного канала больше перепускного, давление в верхней полости клапана (над мембраной) понижается. Под действием разницы давлений, мембрана или поршень поднимается вверх и клапан открывается. Клапан останется в открытом положении, пока катушка находится под напряжением.

Принцип действия нормально открытого клапана наоборот – в статичном положении клапан находится в открытом положении, а при подаче напряжения на катушку клапан закрывается. Для удержания нормально открытого клапана в закрытом состоянии, напряжение необходимо подавать на катушку долговременно.

Для правильной работы любых клапанов пилотного действия необходим минимальный перепад давления, ΔP – разница давлений на входе и на выходе клапана. Пилотные клапаны назвают клапанами непрямого действия, т.к. кроме подачи напряжения, необходимо выполнение условия по перепаду давления. Подходит в большинстве случаев, для эксплуатации в системах водоснабжения, отопления, системах ГВС, системах пневмоуправления и др. – везде, где присутствует давление в трубопроводе.

Принцип действия клапана электромагнитного прямого действия

У электромагнитного клапана прямого действия пилотный канал отсутствуют. Эластичная мембрана в центре имеет жесткое металлическое кольцо и через пружину соединена с плунжером. При открытии клапана, под воздействием магнитного поля катушки, плунжер поднимается вверх и снимает усилие с мембраны, которая моментально поднимается и открывает клапан. При закрытии (отсутствии магнитного поля), подпружиненный плунжер опускается и с усилием прижимает мембрану, через кольцо к уплотнительной поверхности.

Для клапана электромагнитного прямого действия, минимальный перепад давления на клапане не требуется, ΔPmin=0 бар. Клапаны прямого действия, могут работать как в системах с давлением в трубопроводе, так и на сливных емкостях, накопительных ресиверах и в других местах, где давление минимально или отсутствует.

Принцип действия бистабильного клапана

Бистабильный клапан имеет два устойчивых положения: «Открыто» и «Закрыто». Переключение между ними осуществляется последовательно, подачей короткого импульса на катушку клапана. Особенностью управления является необходимость подачи импульсов переменной полярности, поэтому бистабильные клапаны работают только от источников постоянного тока. Для удержания открытого или закрытого положения подавать напряжение на катушку не требуется! Конструктивно, бистабильные импульсные клапаны выполнены как пилотные клапаны, т.е. необходим минимальный перепад давления.

Клапан электромагнитный соленоидный (англ. solenoid valve) – это функциональная и надежная трубопроводная арматура. Ресурс работы специальных электромагнитных катушек составляет до 1 миллиона включений. Время, необходимое для срабатывания мембранного магнитного клапана в среднем составляет от 30 до 500 миллисекунд, в зависимости от диаметра, давления и исполнения. Клапаны электромагнитные можно применять как запорные устройства дистанционного управления, так и для безопасности, в качестве отсечных, переключающих или отключающих электроклапанов.

Источник

• ← Клапан с переливом и без в чем разница
• Клапан сброса давления на водонагреватель для чего нужен →