Vodilo pnevmatskega ventila za regulacijo pretoka

Ko se pnevmatski valj premika prehitro ali ima težave z drsenjem, je rešitev običajno v pravilni izbiri in namestitvi ventila za regulacijo pretoka. Pnevmatski ventil za nadzor pretoka uravnava pretok stisnjenega zraka za nadzor hitrosti aktuatorja, zaradi česar je bistvenega pomena za vsak avtomatiziran sistem, ki zahteva natančen čas gibanja. V nasprotju s svojimi hidravličnimi sorodniki morajo ti ventili obvladati dinamiko stisljive tekočine, kjer razmerja tlaka in zvočni pogoji pretoka bistveno spremenijo krmilne značilnosti.

Kako delujejo pnevmatski ventili za regulacijo pretoka

Osnovna funkcija vključuje ustvarjanje spremenljive omejitve v zračni poti. Ko stisnjen zrak prehaja skozi zoženo odprtino, se energija tlaka pretvori v kinetično energijo, kar povzroči padec tlaka, ki zmanjša pretok navzdol. Toda stisnjen zrak se obnaša drugače kot nestisljive tekočine, kar povzroča zapletenosti, ki vplivajo na stabilnost krmiljenja.

Karakteristike stisljivega toka

Ko zrak teče skozi omejitev, razmerje med tlakom navzgor ($P_1$) in tlakom navzdol ($P_2$) določa režim pretoka. Pri zmernih padcih tlaka se pretok poveča sorazmerno z diferenčnim tlakom. Ko pa razmerje tlaka $P_2/P_1$ pade pod kritično vrednost (običajno okoli 0,528 za zrak), hitrost pretoka v grlu doseže lokalno zvočno hitrost. To stanje, imenovano zadušeni tok ali zvočni tok, predstavlja temeljno mejo.

Pri zadušenem toku nadaljnje zmanjšanje tlaka v smeri toka ne poveča več masnega pretoka. Pretok je dejansko "dosegel" največjo hitrost zvoka skozi to velikost odprtine. Ta fizikalni pojav zagotavlja inherentno stabilnost pnevmatskih sistemov.

Standard za oceno pretoka ISO 6358

Tradicionalne hidravlične vrednosti Cv niso primerne za pnevmatske aplikacije, ker temeljijo na toku nestisljive vode. Standard ISO 6358 to obravnava z dvema parametroma:

• Zvočna prevodnost (C):Največja zmogljivost pretoka v pogojih zadušitve, izražena v dm³/(s·bar).
• Razmerje kritičnega tlaka (b):Točka prehoda med podzvočnim in zvočnim tokom (običajno 0,2 do 0,5).

Enačbe toka, ki temeljijo na teh parametrih, so:

Za zadušeni tok, ko $P_2/P_1 \le b$:

$$ Q = C \cdot P_1 \cdot K_t $$

Za podzvočni tok, ko je $P_2/P_1 > b$:

$$ Q = C \cdot P_1 \cdot K_t \cdot \sqrt{1 - \left(\frac{\frac{P_2}{P_1} - b}{1 - b}\desno)^2} $$

Kjer je $K_t$ temperaturni korekcijski faktor.

Notranja konstrukcija in komponente

Tipičen regulator hitrosti združuje dve funkciji v enem kompaktnem ohišju: dušilni in smerni protipovratni ventil.

Materiali telesa ventila:Izbira je odvisna od okolja. Medenina z nikljano prevleko služi splošnim tovarniškim potrebam, medtem ko eloksiran aluminij zmanjša težo. Nerjaveče jeklo (304/316) je bistvenega pomena za prostore za pranje, inženirska plastika (PBT) pa ponuja stroškovno učinkovite lahke rešitve.

Zasnova igelnega ventila:Visokokakovostni modeli uporabljajo navoje z majhnim naklonom (10-15 vrtljajev) za natančen nadzor v območju 10-50 mm/s. Kot zožitve vpliva na značilno krivuljo - linearni zožitve zagotavljajo sorazmerne spremembe, medtem ko enaki odstotki zožitve ponujajo natančnejši nadzor pri nizkih odprtinah.

Konfiguracija povratnega ventila:Vgrajen povratni ventil omogoča prost pretok v obratni smeri. Tipi ustni tesnil so kompaktni, vendar lahko pri nizkem tlaku puščajo; tipi s kroglo ali loputo zagotavljajo tesnejšo zaporo, vendar zahtevajo več prostora.

Meter-In vs Meter-Out strategije nadzora

Položaj namestitve bistveno vpliva na obnašanje sistema. To razlikovanje povzroča več težav na terenu kot kateri koli drug vidik nadzora pnevmatskega pretoka.

Nadzor odmerjanja (omejitev izpušnih plinov)

V tej konfiguraciji povratni ventil omogoča prost pretok v valj, medtem ko igla omejuje izpušni zrak, ki zapušča nasprotno komoro. Načelo delovanja ustvarja tlačno blazino. Ko se bat premika, izpušni zrak ustvari protitlak, izboljša togost in prepreči zdrs.

Nadzor merilnika (omejitev dobave)

Tukaj igla omejuje vstopni zrak, medtem ko izpušni zračniki prosto. To pogosto povzroči nestabilno gibanje ("tresenje"), ker tlak v dovodni komori pade, ko se prostornina poveča, zaradi česar se bat ustavi, dokler se tlak ne vzpostavi.

Primerjava regulacijskih karakteristik

Značilno	Meter-Out (izpuh)	Meter-In (dobava)
Gladkost gibanja	Odlično (preprečuje zdrs)	Slab (nagnjen k trzanju)
Ravnanje z obremenitvijo	Dobro blaženje prevelikih obremenitev	Nevarnost pobega zaradi gravitacijskih obremenitev
Stabilnost hitrosti	Visok (učinek blazine)	Spremenljivo (odvisno od dobave)
Najboljše aplikacije	Dvosmerni cilindri	Enostransko delujoči cilindri

Postopek izbire in dimenzioniranja ventila

Pravilno dimenzioniranje preprečuje premajhne ventile, ki omejujejo silo pogona, in prevelike ventile, ki žrtvujejo ločljivost krmiljenja hitrosti.

Začnite z izračunom potrebnega pretoka na podlagi specifikacij jeklenke:

$$ Q = \frac{A \cdot L \cdot 60}{t} $$

Kjer je $A$ površina bata (cm²), $L$ dolžina giba (cm) in $t$ čas giba (sekunde).

Padec tlaka:Omejite padec tlaka na ventilu na 0,5-1,0 bar pri nazivnem pretoku. Višje kapljice zapravljajo energijo; izjemno nizki padci kažejo na predimenzioniran ventil s slabo ločljivostjo.

Namestitev in odpravljanje težav

Ventil za nadzor pretoka namestite čim bližje odprtini jeklenke. Dolge cevi ustvarjajo stisljivo prostornino, ki deluje kot zračna vzmet, kar poslabša odziv.

Začetna prilagoditev:Začnite z iglo, odprto za 3-4 obrate. Če pride do zdrsa, preverite nadzor odmerjanja. Če je gibanje prehitro, zaprite postopoma v korakih po četrt obrata.

Pogosti scenariji za odpravljanje težav

Simptom	Verjeten vzrok	rešitev
Sunkovito gibanje (stick-slip)	Merilni nadzor na dvodelujočem cilindru	Znova konfigurirajte za meter-out
Hitrost se spremeni med gibom	Nihanje dovodnega tlaka	Namestite namenski regulator
Brez nadzora hitrosti	Kontaminacija ali zlomljena igla	Preglejte filter; zamenjajte ventil
Cilinder po zaustavitvi zanese	Notranje puščanje povratnega ventila	Zamenjajte ventil; preverite kontaminacijo

Vzdrževanje in življenjska doba

Pnevmatski ventili za regulacijo pretoka spadajo med komponente, ki zahtevajo malo vzdrževanja, vendar redni pregledi preprečijo nepričakovane okvare.

Ko se industrijski sistemi razvijajo, se pnevmatski nadzor pretoka prilagaja z vključitvijo senzorjev in omrežne povezljivosti. Medtem ko nastajajoči električni aktuatorji ponujajo natančnost, ostaja pnevmatika boljša za uporabo pri visokih hitrostih s kratkim hodom, eksplozivno atmosfero in okolja izpiranja, kjer je potrebna robustna toleranca preobremenitve.