O supapă de control direct al debitului constă dintr-un orificiu pentru controlul debitului și o suprafață controlată care determină dimensiunea deschiderii prin care poate trece fluxul și determină astfel cantitatea de debit care trece prin supapă.
- Avantaj: o astfel de supapă de control este relativ rapidă, ieftină și utilizează doar puțină putere pentru a controla debitul.
- Dezavantajul aici este că poate suporta doar presiuni și debite limitate.
Să luăm ca exemplu o supapă electromagnetică
Pentru o supapă de control al debitului, forța (F) necesară pentru a depăși pentru deschiderea supapei este determinată de dimensiunea diametrului orificiului (d) și de diferența de presiune (Δp) peste supapă, (F ~ Δp * ¼ d2). Când fie diferența de presiune, fie diametrul orificiului devine mai mare, supapa de control direct nu se va deschide adecvat din cauza acestei forțe de presiune, care poate fi > 15 N pentru o presiune diferențială de 200 bar peste un orificiu de 1 mm, împingând supapa închidere.
O supapă de control electromagnetică poate exercita doar o forță de cca. 5N pe pistonul său. Ar putea fi o posibilitate de a folosi o bobină mai puternică, oferind o forță magnetică mai mare. Cu toate acestea, regulatoarele de flux de masă au adesea o sursă de alimentare limitată, iar cantitatea de căldură care este produsă poate deveni, de asemenea, o problemă. Rezultă un debit maxim limitat, proporțional cu presiunea și cu diametrul pătrat.
În rezumat, majoritatea supapelor de control direct al debitului nu sunt potrivite pentru debite mari sau pentru a gestiona presiuni diferențiale mari sau presiuni absolute din cauza acestor restricții. Supapele de control direct pot fi utilizate pentru debite mici de la 1 mln/min până la aproximativ 50 ln/min.
Ce alternativă avem pentru o supapă de control direct?
- Reproiectează supapa de control direct al debitului pentru presiuni mai mari
- Folosind o supapă cu 2 faze, o supapă de control indirect
- Folosind o supapă cu presiune compensată, pentru a atinge debite mari la presiuni scăzute
Cea mai ușoară soluție pentru a face față presiunilor mai mari este reproiectarea supapei de control direct. Deoarece dimensiunea orificiului este limitată, acesta poate fi utilizat pentru debite relativ mici (până la 20ln/min). Pentru a face față diferențelor de presiune mai mari, până la 200 bari de presiune diferențială (bard), supapa și corpul controlerului debitului de masă trebuie să fie mai robuste. Majoritatea supapelor nu pot suporta o explozie de 200 bard; fie materialul de etanșare se poate rupe, fie piesele mecanice nu pot face față exploziilor bruște de forță care sunt posibile la 200 bard.
Dimensiunile supapei sunt doar puțin mai mari decât pentru o supapă obișnuită și, prin urmare, întregul controler al debitului masic. Pe de altă parte, debitele mici sunt adesea limitate din cauza scurgerilor prin supapă la diferențe mari de presiune.
Supapă de control indirect
Pentru a ajunge la presiuni și mai mari și mai mult debit, până la 200ln/min, trebuie să facem un pas mai mare în schimbarea controlerului nostru de debit de masă. Cu o așa-numită supapă de control indirectă (figura 1) pot fi atinse debite mai mari și presiuni absolute și diferențiale mai mari.
O supapă de control indirectă (sau supapă de control în 2 faze) constă din:
- O supapă pilot controlată direct (A), cu comportamentul descris anterior și fără a necesita putere suplimentară.
- O supapă suplimentară în corp; o parte de compensare a presiunii (B) pentru a menține o diferență de presiune constantă (P1-P2) de doar câțiva bari pe valva pilot (A). Procedând astfel, atât presiunea de intrare, cât și presiunea de ieșire se pot modifica fără a avea niciun impact asupra funcției supapei. Forța de presiune asupra piesei compensate de presiune menține supapa închisă. Doar când se deschide supapa de sus, forța de presiune este readusă la o valoare suficient de mică pentru a deschide supapa și a controla debitul.
Deci, cel supapă de control indirect constă din două supape în serie (A+B), unde atât căderea de presiune, cât și dimensiunea orificiului determină împreună debitul rezultat.
Mai multe variante ale supapei de control indirect cu 2 faze
De fapt, există încă 2 variante ale supapei de control indirect disponibile:
- Prima este adăugarea unei a treia fază la supapa indirectă, în care schimbarea presiunii de la supapa cu 2 faze este folosită pentru a deschide o supapă mai mare pentru a ajunge la debite mai mari, de până la câteva mii de litri pe minut. În acest sistem, supapa pilot este de fapt paralelă cu calea de curgere principală. Dezavantajul este că această valvă devine destul de mare și costisitoare, precum și că este necesară o diferență de presiune minimă pentru a închide pistonul care controlează debitul principal.
- Cealaltă variantă a supapei de control indirect este una în care supapa pilot este din nou paralelă cu calea de curgere principală, dar în care calea paralelă constă doar dintr-o singură supapă și un orificiu fix. Când supapa pilot este închisă, presiunea din supapă crește până la presiunea de intrare, care închide calea de curgere principală printr-o membrană. Prin deschiderea supapei pilot, diferența de presiune pe membrană poate fi redusă și debitul poate fi controlat prin calea mai mare. Pentru o supapă cu membrană, sunt necesare diferențe de presiune mai mici pentru a funcționa, până la doar câteva zeci de milibari. Dezavantajul este că atunci când se folosesc membrane mari, presiunile absolute din sistem sunt limitate, iar atunci când reducem membrana, debitul maxim este restricționat și diferența de presiune necesară închiderii supapei crește din nou.
Dezavantajele acestor supape sunt dimensiunea și costurile relativ mari. În plus, este necesară o diferență de presiune minimă pentru a închide partea de compensare a presiunii a supapei. De asemenea, orificiile sunt încă limitate ca dimensiune, astfel încât pentru a ajunge la 200 ln/min este nevoie de o presiune de intrare minimă > 150 bara. Pentru a obține astfel de debite la presiuni mai mici, este nevoie de un alt tip de supapă, cum ar fi a supapă cu presiune compensată, a supapa de burduf.
Este posibil să se utilizeze orificii mai mari și să se ajungă la debite mai mari cu o supapă de control direct, dar pentru a face acest lucru, forța de presiune din supapă trebuie redusă. Acest lucru se poate face cu a supapă de burduf compensată de presiune, unde orificiul efectiv pentru forța de presiune a fost redus semnificativ (figura 2). Cu a supapa de burduf, se pot atinge debite de câteva sute de litri pe minut cu o diferență de presiune minimă. Cu toate acestea, presiunea absolută este limitată datorită designului, iar supapa este mult mai mare și mai scumpă decât un supapă de control direct.
În funcție de presiunea pe care doriți să o puneți asupra controlerului debitului de masă și de debitul de ieșire necesar, puteți utiliza fie:
- o supapă de control direct de înaltă presiune (până la 200 bara și 20 ln/min) sau
- o supapă compensată de presiune indirectă (până la 700 bara sau 400 bard și 200 ln/min).
Pentru a atinge debite mari la presiuni scăzute, o supapă cu presiune compensată va fi cea mai bună soluție.
Care este cea mai bună supapă de control de utilizat?
Mai jos sunt rezumate opțiunile de supapă discutate și intervalul de debit și presiune pentru care poate fi utilizat.
Tip supapă
Debit (ln/min)
Presiune (abs/delta)
Supapă de control direct
0,0007..50
0..1005 / 0..40
Supapă de înaltă presiune cu control direct
0,0007..20
40..200 / 1..200
Supapă de control în 2 faze
0,010..200
4..700 / 4..400
Supapă de control trifazat
50..5000
2..20 / 1..20
Supapă cu presiune compensată
0.1..200
0..10 / 0..5
Supapă cu membrană
5..2000
0..10 / 0..10
Aruncați o privire la supapele de control pe care le folosim adesea pentru a regla debitul în combinație cu regulatoarele noastre de debit GAS și regulatoarele de debit LIQUID sau regulatoarele noastre electronice de presiune.
