¿Cómo influye la presión del aire en el tiempo de respuesta de la válvula?
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En los modernos sistemas de control de automatización industrial, las válvulas accionadas por aire dependen del aire comprimido como fuente de energía para controlar la apertura y el cierre de la válvula, regulando así el flujo, la presión o el nivel de medios como el gas, el líquido o el vapor. Uno de los parámetros de rendimiento clave es el "tiempo de respuesta", que es el tiempo que toma de la señal de control (generalmente una válvula solenoide cambiar la ruta de aire) a la válvula que completa toda la apertura o carrera de cierre. Cuanto más rápido sea la respuesta, más oportuno será el ajuste del sistema, lo cual es de gran importancia para mejorar la eficiencia de producción y garantizar la seguridad de la producción. Entre los muchos factores que afectan el tiempo de respuesta, la presión del aire de la fuente de aire conductor es uno de los factores más importantes. Este artículo analizará el impacto de la presión del aire en el rendimiento de respuesta de las válvulas neumáticas para ayudar a los usuarios a establecer la presión de aire correctamente.
El principio de funcionamiento de las válvulas accionadas por aire
Para comprender cómo la presión del aire afecta el tiempo de respuesta, primero debe comprender los conceptos básicos de cómo funciona una válvula neumática accionada. Una válvula típica accionada por aire consta principalmente de dos partes: actuador neumático (actuador) y cuerpo de la válvula (cuerpo de la válvula). Los actuadores neumáticos son componentes que reciben aire comprimido y convierten la energía de la presión del aire en movimiento mecánico (movimiento lineal o rotacional). Los tipos comunes incluyen el tipo de pistón y el tipo de diafragma.
Tomando el actuador de pistón de retorno de primavera de acción única más común como ejemplo, cuando el aire comprimido ingresa al lado del cilindro del actuador a través de la interfaz de control, la presión de aire actúa sobre el pistón para generar empuje. Este empuje debe superar la fuerza de precarga del resorte interno, la fricción del movimiento del válvula de la válvula y la posible fuerza de reacción generada por la presión de los medios dentro de la válvula. Una vez que la fuerza de empuje es lo suficientemente grande, el pistón comienza a moverse, conduciendo el vástago de la válvula para moverse a través de la pieza de conexión, conduciendo así el núcleo de la válvula para moverse desde la posición actual a la posición objetivo.
El actuador de doble acción no tiene un resorte de regreso, y sus acciones de apertura y cierre requieren que se transfiera el aire comprimido a través de diferentes puertos aéreos. Durante todo el proceso, la velocidad del aire que ingresa y sale, así como la capacidad de superar varias resistencias, determine conjuntamente la velocidad de conmutación de la válvula.
La cantidad de presión del aire determina directamente la cantidad de fuerza impulsora ejercida sobre el pistón del actuador o el diafragma. De acuerdo con el principio de física (fuerza=área × área), cuando el área efectiva del actuador (pistón o área de membrana) es constante, cuanto mayor sea la presión de suministro de aire, mayor es la fuerza impulsora generada.
Durante las etapas iniciales de apertura o cierre de la válvula, es necesario superar la fricción estática y la precarga inicial de la primavera (para los actuadores de acción única). Una mayor fuerza de actuación significa que estas resistencias de actuación se pueden superar más rápidamente, lo que permite que la válvula comience a moverse antes, acortando la fase de respuesta del "retraso".
Presión del aire y caudal de aire
Además de proporcionar directamente la fuerza impulsora, la presión del aire también afecta significativamente la "velocidad de flujo" del gas conductor, que es el volumen de aire que ingresa o sale del cilindro del actuador por unidad de tiempo. Cuando se abre una válvula de control (como una válvula solenoide), lo que permite que el aire comprimido fluya hacia el actuador, existe una diferencia de presión entre la presión en la línea de suministro de aire y la presión inicial dentro del cilindro del actuador (generalmente cerca de la presión atmosférica). Esta diferencia de presión es lo que impulsa el flujo de aire.
De acuerdo con el principio de la dinámica de fluidos, bajo ciertas condiciones, como tuberías, juntas y diámetros de válvula de control, cuanto mayor sea la presión de suministro de aire, mayor será la diferencia de presión inicial y la mayor velocidad y velocidad de flujo inicial de aire que fluyen hacia el actuador. Esto significa que el cilindro del actuador se puede llenar con aire comprimido más rápido y el pistón o el diafragma pueden moverse a una posición deseada más rápido. Por lo tanto, la mayor presión del aire de trabajo no solo aumenta la fuerza impulsora, sino que también acelera el proceso de inflación y escape del actuador, lo que acorta significativamente el tiempo de respuesta de la válvula.
Si la presión de aire suministrada a una válvula accionada por aire es menor de lo requerido para el funcionamiento normal (generalmente una presión de operación mínima especificada por el fabricante), se producirá una serie de efectos negativos. La manifestación más directa es que el tiempo de respuesta de la válvula se extiende significativamente. Debido a la fuerza impulsora insuficiente, la válvula puede tener dificultades para superar la resistencia inicial rápidamente, lo que resulta en un comienzo retrasado; Durante el movimiento, la aceleración se reduce y la velocidad de funcionamiento general se vuelve más lenta. En casos más graves, si la presión del aire es tan baja que la fuerza impulsora generada es apenas igual o menor que la suma de varias resistencias (incluida la fuerza de primavera, la fricción, la fuerza de reacción media, etc.), la válvula puede dejar de moverse a mitad de camino y no se puede abrir por completo o completamente cerrado.
Si bien el aumento de la presión del aire generalmente da como resultado tiempos de respuesta más rápidos, eso no significa que la presión de aire más alta sea mejor. También pueden surgir problemas cuando la presión de suministro de aire está muy por encima del límite de diseño del actuador o válvula. En primer lugar, desde una perspectiva de seguridad, la presión excesiva puede hacer que los componentes internos del actuador (como el pistón, el cilindro, los sellos) tengan estrés más allá del rango de diseño, aumentando el riesgo de ruptura o deformación. Al mismo tiempo, la enorme fuerza impulsora puede hacer que la válvula golpee violentamente el asiento de la válvula o limite la parada al final del golpe, causando un fuerte choque y vibración. Este "efecto de impacto" no solo producirá ruido, sino que también acelerará el desgaste del núcleo de la válvula, el asiento de la válvula y la estructura del búfer interno del actuador, acortando la vida útil de la válvula y el actuador.
En segundo lugar, aunque la presión más alta teóricamente proporciona velocidades más rápidas, el efecto no siempre es lineal. Cuando la presión aumenta a un cierto nivel, el acortamiento del tiempo de respuesta ya no puede ser obvio, ya que el cuello de botella en este momento puede cambiar a otros factores, como la capacidad de flujo de la válvula solenoide de control (valor de CV), el diámetro interno de la tubería de conexión de la tubería de conexión, las características de flujo del aire en sí, etc. EXCESIVA PROCESIÓN DE LA PRESIÓN ALTO PRESIÓN ALTO PUEDE aumentar el costo de las pérdidas de aire y los equipos, pero tendrá poco efecto de respuesta.
