Che cos'è una valvola di controllo pneumatica?

Abstract: Come importante apparecchiatura di controllo dell'automazione industriale, la valvola di controllo pneumatica è ampiamente utilizzata in molti settori come l'industria chimica, petrolifera, energetica, metallurgica e così via. Utilizza l'aria compressa come fonte di alimentazione, combinata con il posizionatore elettrico della valvola e l'attuatore, per realizzare il controllo preciso dei parametri di processo come il flusso e la pressione del fluido nel condotto. In questo documento, introdurremo in dettaglio la composizione strutturale, il principio di funzionamento, le caratteristiche applicative, lo stato di guasto, la risoluzione dei guasti e la sua importanza nella produzione industriale delle valvole di controllo pneumatiche.

La valvola di controllo pneumatica è composta principalmente dalle seguenti parti:

1. attuatore pneumatico:
   questo è il componente principale della valvola di regolazione pneumatica, responsabile della ricezione dei segnali dal sistema di controllo (come PLC) e della loro conversione in azione meccanica. L'attuatore pneumatico comprende solitamente membrana pneumatica, molla, attuatore e componenti dello stelo della valvola.
2. corpo valvola di regolazione:
   compreso l'otturatore della valvola, la sede della valvola e il corpo valvola stesso. L'otturatore e la sede sono i componenti chiave per realizzare l'effetto di strozzamento, controllano il flusso e la pressione del fluido attraverso la variazione della posizione relativa.
3. posizionatore della valvola:
   utilizzato per migliorare la precisione del controllo della valvola. Il posizionatore, in base al segnale di feedback dello spostamento dello stelo della valvola, per garantire l'accuratezza e la stabilità dell'azione della valvola.
4. accessori:
   come la valvola di riduzione della pressione di filtraggio, l'elettrovalvola, il dispositivo di funzionamento manuale, ecc., utilizzati per assistere il normale funzionamento del sistema.

Il processo di funzionamento della valvola di controllo pneumatica può essere suddiviso nelle seguenti fasi:

1. Ricezione e conversione del segnale:
   la valvola di controllo pneumatica, attraverso il sistema di controllo (come PLC), riceve segnali di corrente o segnali analogici, questi segnali vengono convertiti in segnali pneumatici attraverso il posizionatore elettrico della valvola o il convertitore. Ad esempio, un comune segnale di corrente 4-20mA può essere convertito in un segnale pneumatico 0,02-0,1MPa attraverso il posizionatore della valvola. Questa conversione consente all'attuatore pneumatico di compiere le azioni corrispondenti in base alle variazioni del segnale di ingresso.

2. Azione dell'attuatore

   Quando il segnale pneumatico entra nell'attuatore a membrana pneumatica, l'aria compressa spinge la membrana ad espandersi, che a sua volta spinge l'attuatore e lo stelo della valvola, causando lo spostamento dell'otturatore e la modifica dell'apertura della valvola. Nello specifico:

   • Quando il segnale di pressione dell'aria aumenta, l'asta di spinta si muove verso l'alto, azionando lo stelo della valvola e l'otturatore verso l'alto, e la valvola si apre completamente;
   • Quando il segnale di pressione dell'aria diminuisce, l'asta di spinta si muove verso il basso, azionando lo stelo della valvola e l'otturatore verso il basso, la valvola si chiude parzialmente.
3. Il ruolo del posizionatore della valvola

   Il posizionatore della valvola regola l'azione dell'attuatore pneumatico in tempo reale in base al segnale di feedback dello spostamento dello stelo della valvola per garantire che l'apertura della valvola sia coerente con il segnale di ingresso. Quando il segnale di feedback è in equilibrio con il segnale di ingresso, la valvola smette di muoversi, garantendo così l'accuratezza e la stabilità della regolazione.

   • Posizionatore ad azione diretta: quando il segnale di ingresso aumenta, l'uscita di pressione dell'aria alla testa della membrana aumenta, in modo che l'apertura della valvola aumenti.
   • Posizionatore ad azione inversa: quando il segnale di ingresso aumenta, l'uscita di pressione dell'aria alla testa della membrana diminuisce, in modo che l'apertura della valvola diminuisca.

   La selezione del posizionatore deve essere abbinata in base ai requisiti specifici dell'attuatore e della valvola di regolazione per garantire la stabilità e l'affidabilità del sistema.

4. Regolazione del flusso e della pressione del fluido

   La pressione pre-valvola viene modificata in pressione post-valvola attraverso l'effetto di strozzamento dell'otturatore e della sede della valvola. Il processo di regolazione specifico è il seguente:

   • Regolazione della pressione: P2 viene immesso nella camera della membrana superiore attraverso la tubazione e agisce sul disco superiore, la forza risultante è in equilibrio con la forza di reazione della molla, che determina la posizione relativa dell'otturatore e della sede, controllando così la pressione dopo la valvola. Quando P2 aumenta, la forza sul disco superiore aumenta, supera la forza della molla, chiude l'otturatore, riduce l'area di flusso, aumenta la resistenza al flusso e P2 diminuisce fino a raggiungere il valore impostato.
   • Regolazione del flusso: modificando la posizione relativa dell'otturatore e della sede, viene regolata l'area di flusso del fluido, controllando così il flusso. Quando è necessario aumentare il flusso, la valvola viene aperta; quando è necessario ridurre il flusso, la valvola viene chiusa.
5. Feedback e regolazione.

   Nell'intero processo di regolazione, l'apertura della valvola cambia, la leva di feedback darà al posizionatore un segnale di feedback in tempo reale. Il posizionatore regola in base a questo segnale di feedback per garantire l'accuratezza e la stabilità dell'azione della valvola. Quando il segnale di feedback è in equilibrio con il segnale di ingresso, la valvola smette di muoversi e mantiene il grado di apertura corrente.

6. Forma di azione dell'attuatore pneumatico
   • Azione positiva: quando la pressione dell'aria in ingresso dell'attuatore pneumatico aumenta, l'attuatore si muove verso il basso, che viene definita azione positiva.
   • Azione inversa: quando la pressione dell'aria in ingresso dell'attuatore pneumatico aumenta, l'asta di spinta si muove verso l'alto, che viene definita azione inversa.
7. Caricamento diretto e inverso del meccanismo di regolazione
   • Valvola a caricamento diretto: quando l'otturatore si muove verso il basso, l'area della sezione trasversale del flusso tra l'otturatore e la sede della valvola diminuisce.
   • Valvola a caricamento inverso: quando l'otturatore si muove verso il basso, l'area della sezione trasversale della circolazione aumenta.
8. forma di azione dell'attuatore pneumatico
   • Aria per aprire (Air to Open, A.O.): quando la pressione del segnale aumenta, la valvola si apre gradualmente; quando non c'è segnale, la valvola si chiude.
   • Aria per chiudere, A.C.: quando la pressione del segnale aumenta, la valvola si chiude gradualmente; quando non c'è segnale, la valvola è completamente aperta.

La valvola di controllo pneumatica presenta i seguenti vantaggi significativi, che la rendono ampiamente utilizzata nei sistemi di controllo dell'automazione industriale:.

1. Controllo semplice:
   il funzionamento e la manutenzione delle valvole di controllo pneumatiche sono relativamente semplici, senza la necessità di complessi circuiti elettronici, riducendo il tasso di guasto e i costi di manutenzione.
2. risposta rapida:
   grazie alla rapida velocità di risposta della potenza dell'aria compressa, le valvole di controllo pneumatiche possono essere completate in un breve periodo di tempo dalla ricezione delle istruzioni all'implementazione dell'intero processo di azione, migliorando la velocità di risposta del sistema.
3. Intrinsecamente sicuro:
   le valvole di controllo pneumatiche non si basano sull'azionamento elettrico, per evitare il rischio di scintille elettriche, soprattutto per luoghi infiammabili ed esplosivi.
4. Forte adattabilità:
   la valvola di controllo pneumatica può regolare gas, vapore, liquidi e altri fluidi, adatta a diverse condizioni di lavoro.
5. Lunga durata:
   la struttura della valvola di controllo pneumatica è progettata in modo ragionevole, la selezione dei materiali è eccellente, con elevata durata e affidabilità, e può funzionare stabilmente per lungo tempo.
6. risparmio energetico ed elevata efficienza:
   attraverso il controllo preciso del flusso e della pressione dei fluidi, la valvola di controllo pneumatica può risparmiare efficacemente energia e migliorare l'efficienza produttiva.

Le valvole di regolazione pneumatiche sono ampiamente utilizzate nei seguenti settori e occasioni:

1. industria chimica:
   utilizzata per regolare il flusso e la pressione dei materiali nel reattore chimico, per garantire la stabilità e la sicurezza delle condizioni di reazione.
2. industria petrolifera:
   utilizzata nei pozzi petroliferi, nelle raffinerie di petrolio e in altri luoghi per regolare il flusso e la pressione nel condotto di trasmissione di petrolio e gas, per garantire la sicurezza e la stabilità del processo di produzione.
3. industria energetica:
   utilizzata nel sistema di alimentazione idrica della caldaia e nel sistema di regolazione del vapore della centrale termoelettrica per garantire la stabilità e l'efficienza del funzionamento della caldaia.
4. industria metallurgica:
   utilizzata nel sistema di raffreddamento ad acqua di altoforno, convertitore e altre apparecchiature, sistema di regolazione del gas, ecc., per garantire la sicurezza e la stabilità del processo di produzione.
5. Industria farmaceutica:
   Viene utilizzata per tutti i tipi di trasporto e regolazione dei materiali nel processo di produzione farmaceutica, per garantire l'accuratezza e lo standard igienico del processo di produzione.

In base alla forma di azione, le valvole pneumatiche sono solitamente divise in gas-aperto e gas-chiuso. La selezione aria aperta e aria chiusa si basa sul punto di vista della sicurezza della produzione del processo, cioè, in caso di interruzione della fonte d'aria, la valvola è nella posizione chiusa è più sicura o nella posizione aperta è più sicura.

La valvola di tipo aria aperta (Air to Open) aumenta la pressione dell'aria nella testa della membrana, la valvola per aprire la direzione di azione aumentata, quando la pressione dell'aria in ingresso raggiunge il limite superiore, la valvola è in uno stato completamente aperto. Al contrario, quando la pressione dell'aria diminuisce, la valvola agisce nella direzione di chiusura e, quando non c'è aria in ingresso, la valvola è completamente chiusa. Pertanto, le valvole di tipo aria aperta sono talvolta chiamate fail to close (Fail to Close, FC).

Le valvole Air to Close (Air to Close) funzionano nella direzione opposta rispetto ad Air to Open. La pressione dell'aria aumenta, la valvola per chiudere la direzione di azione; la pressione dell'aria diminuisce o nessun ingresso, la valvola per aprire la direzione o lo stato completamente aperto. Pertanto, a volte viene chiamato tipo di guasto all'apertura (Fail to Open, FO).

Le valvole di controllo possono incontrare vari guasti durante il funzionamento, soprattutto in caso di interruzione della fonte d'aria o del segnale elettrico. Per garantire la sicurezza del sistema, le valvole di controllo sono solitamente progettate con diversi metodi di gestione dei guasti:

1. FC (Fail to Close):
   La valvola si chiude automaticamente quando la fonte di gas o il segnale elettrico vengono persi. Adatto per applicazioni in cui è richiesto l'arresto di sicurezza in caso di guasto, come le valvole di controllo sui condotti del gas combustibile.
2. FO (Fail to Open):
   La valvola si apre automaticamente quando la fonte di gas o il segnale elettrico vengono persi. Adatto per applicazioni in cui è richiesta l'apertura di sicurezza in caso di guasto, ad es. valvole di sfiato di emergenza.
3. FL (Fail to Last Position):
   Quando la fonte d'aria o il segnale elettrico vengono persi, la valvola rimane nella sua posizione corrente. Adatto per applicazioni in cui non è richiesta una risposta immediata a un guasto.
4. FLC (Fail to Last Position with Closing Trend):
   Quando la fonte d'aria o il segnale elettrico vengono persi, la valvola mantiene la posizione ma tende a chiudersi e alla fine si chiude. Adatto per applicazioni che richiedono una chiusura lenta in caso di guasto.
5. FLO (Fail to Last Position with Opening Trend, mantieni la posizione originale e tendi ad aprirsi):
   quando la fonte di gas o il segnale elettrico vengono persi, la valvola mantiene la posizione ma tende ad aprirsi e alla fine si apre. Adatto per scenari applicativi che richiedono un'apertura lenta in caso di guasto.
6. AFL/EFC (Advanced Fail to Close)
   • AFL/EFC-1: Perdita di elettrovalvola di alimentazione dell'aria non diseccitata, la valvola mantiene la posizione.
   • AFL/EFC-2: Indipendentemente dal fatto che la fonte di gas sia persa, l'elettrovalvola è diseccitata, la valvola è nella posizione chiusa.
7. AFL/EFO (Advanced Fail to Open)
   • AFL/EFO-1: Perdita di elettrovalvola di alimentazione dell'aria non diseccitata, la valvola mantiene la posizione.
   • AFL/EFO-2: La valvola è nella posizione aperta indipendentemente dal fatto che la fonte d'aria sia persa, l'elettrovalvola è diseccitata.

1. 1, la valvola pneumatica non può agire

   Fenomeno di guasto: la valvola pneumatica non può aprirsi o chiudersi.

   Analisi della causa

   • A, pressione del gas insufficiente o blocco della linea del gas: il funzionamento della valvola pneumatica dipende da una pressione del gas stabile. Se la pressione della fonte di gas è insufficiente o c'è un blocco nella linea del gas, ciò porterà alla mancata azione normale della valvola.
   • B, guasto dell'elettrovalvola: l'elettrovalvola è una parte importante del sistema di controllo della valvola pneumatica. Se la bobina dell'elettrovalvola si brucia o l'otturatore è bloccato, ciò influenzerà direttamente l'azione della valvola pneumatica.
   • C, guasto dell'attuatore: il pistone o il cilindro all'interno dell'attuatore si inceppano o si verificano fenomeni di perdita interna, porteranno anche alla mancata corretta funzionamento della valvola pneumatica.
   • D, impurità o blocco all'interno del corpo valvola: potrebbero esserci impurità o blocchi nel corpo valvola, che influiscono sul percorso del flusso, il che porta alla mancata apertura o chiusura normale della valvola.

   Metodi di eliminazione

   • A. Verificare se la pressione della fonte di gas e la linea del gas sono normali, in caso di problemi, ripararli in tempo. Assicurarsi che la pressione della fonte d'aria soddisfi i requisiti di progettazione, pulire o sostituire le parti ostruite nel circuito dell'aria.
   • B. Sostituire l'elettrovalvola o pulire l'otturatore. Controllare regolarmente lo stato di funzionamento dell'elettrovalvola, rilevamento e trattamento tempestivi dei guasti.
   • C, controllare l'attuatore, come pistone, cilindro, ecc. per danni o perdite interne, in caso di parti danneggiate, sostituirle in tempo. Lubrificare regolarmente le parti in movimento dell'attuatore per ridurre l'usura.
   • D, pulire l'interno del corpo valvola per garantire che il percorso del flusso sia regolare. Nel processo di installazione e utilizzo, prestare attenzione a mantenere la pulizia del fluido per evitare che le impurità entrino nel corpo valvola.
2. 2, azione lenta della valvola pneumatica

   Fenomeno di guasto: la velocità di apertura o chiusura della valvola pneumatica è lenta.

   Analisi della causa

   • A. Pressione insufficiente della fonte di gas o blocco della linea del gas: una pressione insufficiente della fonte di gas o un blocco della linea del gas porteranno a un'azione lenta della valvola pneumatica.
   • B. Eccessivo attrito all'interno dell'attuatore: un attrito eccessivo tra il pistone e la parete del cilindro all'interno dell'attuatore, o l'invecchiamento delle guarnizioni, può portare a una lenta azione della valvola pneumatica.
   • C. Impurità o intasamento all'interno del corpo valvola: potrebbero esserci impurità o intasamenti all'interno del corpo valvola, che influiscono sul percorso del flusso regolare, il che porta a una lenta azione della valvola pneumatica.

   Metodi di eliminazione

   • A. Verificare se la pressione della fonte d'aria e il circuito dell'aria sono normali, in caso di problemi, ripararli in tempo. Assicurarsi che la pressione della fonte d'aria soddisfi i requisiti di progettazione, pulire o sostituire le parti bloccate nel circuito dell'aria.
   • B. Lubrificare l'attuatore e sostituire le parti molto usurate. Lubrificare regolarmente le parti in movimento dell'attuatore per ridurre l'attrito.
   • C. Pulire l'interno del corpo valvola per garantire che il percorso del flusso sia regolare. Nel processo di installazione e utilizzo, prestare attenzione a mantenere la pulizia del fluido per evitare che le impurità entrino nel corpo valvola.
3. 3, perdita della valvola pneumatica

   Fenomeno di guasto: la valvola pneumatica nello stato chiuso ha ancora perdite di fluido.

   Analisi della causa

   • A, danneggiamento o invecchiamento della guarnizione: il danneggiamento o l'invecchiamento delle guarnizioni (come O-ring, guarnizione) possono portare alla perdita di fluido della valvola pneumatica nello stato chiuso.
   • B, allentamento dei collegamenti del corpo valvola o scarsa tenuta: l'allentamento dei collegamenti del corpo valvola o la scarsa tenuta possono anche portare a perdite di fluido delle valvole pneumatiche nello stato chiuso.
   • C. Perdite all'interno dell'attuatore: le perdite del cilindro o del pistone all'interno dell'attuatore influenzeranno le prestazioni di tenuta della valvola pneumatica.

   Metodi di eliminazione

   • A. Sostituire le guarnizioni danneggiate o invecchiate. Controllare regolarmente lo stato delle guarnizioni, rilevamento e trattamento tempestivi del problema.
   • B. Serrare i collegamenti del corpo valvola per garantire una buona tenuta. Durante l'installazione, seguire rigorosamente le procedure operative per garantire le prestazioni di tenuta dei collegamenti.
   • C, controllare l'interno dell'attuatore, in caso di perdite, riparare o sostituire le parti in tempo. Controllare regolarmente le prestazioni di tenuta dell'attuatore per trovare e affrontare i problemi di perdita in tempo.
4. 4, imprecisione di posizionamento della valvola pneumatica

   Fenomeno di guasto: la valvola pneumatica non può raggiungere la posizione di commutazione preimpostata.

   Analisi della causa

   • A, guasto del posizionatore o regolazione impropria: il posizionatore è una parte importante del sistema di controllo della valvola pneumatica. Se il posizionatore è difettoso o regolato in modo improprio, la valvola pneumatica non raggiungerà la posizione di commutazione preimpostata.
   • B. Corsa dell'attuatore pneumatico insufficiente o regolata in modo improprio: una corsa dell'attuatore pneumatico insufficiente o regolata in modo improprio può anche causare l'impossibilità per la valvola pneumatica di raggiungere la posizione di commutazione preimpostata.

   Metodi di risoluzione dei problemi

   • A. Verificare se il posizionatore è difettoso o regolato in modo improprio e, se necessario, sostituirlo o riregolarlo. Calibrare regolarmente il posizionatore per garantire che sia in buone condizioni di funzionamento.
   • B. Verificare se la corsa dell'attuatore pneumatico è insufficiente o regolata in modo improprio, regolare o sostituire le parti se necessario. Controllare regolarmente la corsa dell'attuatore pneumatico per garantire che soddisfi i requisiti di progettazione.
5. 5, Altri guasti
   1. 5.1 L'azione della valvola inizia a saltare

      Fenomeno di guasto: il fenomeno di salto all'inizio dell'azione della valvola.

      Analisi della causa: il carico potrebbe essere troppo grande, è necessario aumentare le specifiche dell'attuatore.

      Metodo di eliminazione: in base al carico effettivo, selezionare le specifiche appropriate dell'attuatore per garantire che possa soddisfare i requisiti di carico.

   2. 5.2 Salto alla fine dell'azione della valvola

      Fenomeno di guasto: fenomeno di salto alla fine dell'azione della valvola.

      Analisi della causa: l'azione potrebbe essere troppo veloce, l'energia inerziale è troppo grande, è necessario aumentare la valvola di controllo della velocità o il buffer esterno.

      Metodi di eliminazione: nel sistema pneumatico per aumentare la valvola di controllo della velocità o il dispositivo di buffer esterno, ridurre la velocità di azione, ridurre l'impatto dell'energia inerziale.

   3. 5.3 Nessun segnale di ritorno al segnale

      Fenomeno di guasto: nessun segnale di uscita di ritorno al segnale.

      Analisi della causa: la linea di alimentazione del segnale potrebbe essere in cortocircuito, disconnessione, è necessario riparare la linea di alimentazione o sostituire il microinterruttore.

      Rimedio: controllare la linea di alimentazione del segnale, riparare il cortocircuito o il circuito interrotto e sostituire il microinterruttore se necessario.