Kontrol Vanalarında "Ölü Bant" Analizi

Ölü bantlar, büyük boyutlu işlemlerde sapmaların ana nedenidir. Kontrol valfleri, sürtünme, hava hareketi, makara bükümü, amplifikatörlerde veya sürgülü valflerde ölü bant gibi çeşitli nedenlerle bir enstrümantasyon döngüsünde önemli ölü bant kaynağıdır.

Ölü bant yaygın bir fenomendir ve giriş sinyali yön değiştirdiğinde test edilen proses değişkeninin değişmesine izin vermeyen kontrolör çıkış değerinin aralığını veya genişliğini ifade eder. Bir yük bozulması meydana geldiğinde, süreç değişkeni ayar noktasından sapar. Bu dedaha sonra hata, kontrolör tarafından oluşturulan düzeltici bir eylemle düzeltilir ve sürece geri döndürülür. Bununla birlikte, kontrolör çıkışındaki bir ilk değişiklik, süreç değişkeninde karşılık gelen bir düzeltici değişiklik üretmeyebilir. Karşılık gelen bir işlem değişkeninde bir değişiklik, yalnızca kontrolör çıkışı, ölü banttaki değişikliğin üstesinden gelmek için yeterince büyük bir miktarda değişirse meydana gelir.

Kontrolör çıkışı yön değiştirirse, işlem değişkeninde düzeltici bir değişiklik üretmek için kontrolör sinyali ölü bandın üstesinden gelmelidir. Proseste bir ölü bandın varlığı, kontrolör çıkışının ölü bandın üstesinden gelmek için yeterince büyük bir miktara yükseltilmesi gerektiği anlamına gelir. ve ancak o zaman düzeltici bir eylem gerçekleşecektir.

● Ölü bantların nedenleri

Ölü bantların birçok nedeni vardır, ancak kontrol valflerinde sürtünme ve hava hareketi, döner valflerin milinin bükülmesi ve amplifikatörlerdeki ölü bantlar birkaç yaygın biçimdir. Çoğu modülasyonlu kontrol eylemi küçük sinyal değişikliklerinden (%1 veya daha az) oluştuğundan, büyük ölü bantlı bir kontrol valfi bu kadar çok küçük sinyal değişikliğine hiç tepki vermeyebilir. İyi üretilmiş bir valf, proses sapma derecesini etkili bir şekilde azaltmak için %1 veya daha az sinyallere yanıt verebilmelidir. Bununla birlikte, valflerin ölü bantlarının %5 veya daha fazla olması nadir görülen bir durum değildir. Yakın zamanda yapılan bir tesis denetiminde, vanaların %30'unda %4'ten fazla ölü bant olduğu tespit edildi. Denetlenen kontrol döngülerinin %65'inden fazlası %2'den fazla ölü bantlara sahipti.

● Ölü bantların etkisi

Bu grafik, normal proses koşulları altında üç farklı kontrol vanasının açık döngü testini temsil eder. Bu valfler, %0,5 ila %10 arasında bir dizi adım girişi alır. Akışkan koşulları altında adım testleri gereklidir, çünkü bu koşullar, çoğu standart testte olduğu gibi sadece valf aktüatörü yerine tüm kontrol valfi tertibatının performansının değerlendirilmesine izin verir.

● Performans testleri

Kontrol vanası performansının bazı testleri, giriş sinyalini aktüatör itme çubuğunun strokuyla karşılaştırmakla sınırlıdır. Bu, valfin performansını göz ardı ettiği için yol göstericidir.

Kritik olan, proses değişkenlerindeki değişikliklerin valf aksamına giriş sinyalindeki değişikliklerle karşılaştırılabilmesi için akışkan koşulları altında valfin dinamik performansını ölçmektir. Valf giriş sinyalindeki bir değişikliğe yalnızca valf gövdesi tepki veriyorsa, kontrol değişkeninde karşılık gelen bir değişiklik olmaksızın proses sapmaları için herhangi bir düzeltme olmadığından bu testin pek bir önemi yoktur.

Her üç valf testinde de aktüatör itme çubuğunun hareketi, giriş sinyalindeki değişikliklere iyi yanıt verdi. Öte yandan, valfler, giriş sinyalindeki bir değişikliğe tepki olarak akış hızını değiştirme yetenekleri bakımından önemli ölçüde farklılık göstermiştir.

Valf A, proses değişkeni (akış hızı), %0,5 kadar küçük bir giriş sinyaline iyi yanıt verir.

Valf B, her bir giriş sinyali adımına iyi yanıt vermeye başlamadan önce giriş sinyalinde %5'ten fazla bir değişiklik gerektirir.

Valf C, daha da kötüsü, her giriş sinyali adımına iyi yanıt vermeye başlamadan önce sinyalde %10'dan fazla bir değişiklik gerektirir.

Genel olarak, B veya C valflerinin proses sapmasını iyileştirme yeteneği çok zayıftır.

● Sürtünme

Sürtünme, kontrol valflerindeki ölü bantların başlıca nedenidir. Döner valfler, sızdırmazlık için gereken yüksek yuva yükünün neden olduğu sürtünmeye karşı çok hassastır. Bazı conta türleri için, bir kapatma derecesi elde etmek için yüksek yuva yükleri gereklidir. Yüksek sürtünme kuvvetleri ve düşük tahrik gerilme sertliği nedeniyle, valf şaftı bükülür ve hareketi kontrol elemanına iletemez. Sonuç olarak, kötü tasarlanmış bir döner valf, proses sapma derecesi üzerinde açıkça belirleyici bir etkiye sahip olan büyük bir ölü bant sergileyebilir.

Üreticiler genellikle üretim sürecinde döner valflerin contalarını yağlar, ancak sadece birkaç yüz döngüden sonra yağlama tabakası aşınır. Ek olarak, basınca bağlı yükler de keçe aşınmasına neden olabilir. Sonuç olarak, bazı valf türleri için valf sürtünmesi %400 veya daha fazla artabilir. Bu, tork dengelenmeden önce valfleri değerlendirmek için standart tiplerden gelen verileri kullanarak performans hakkında çıkarılan sonuçların yanıltıcı olduğunu açıkça ortaya koymaktadır. B ve C valfleri, bu yüksek sürtünmeli tork faktörlerinin bir kontrol valfinin performansı üzerinde yıkıcı bir etkisi olabileceğini göstermektedir.

Paket sürtünmesi, dolaylı strok kontrol valflerinin ana kaynağıdır. Bu tip valflerde ölçülen sürtünme, valf formuna ve salmastra konfigürasyonuna bağlı olarak önemli ölçüde değişebilir.

Bu boşluk, cihaz yön değiştirdiğinde harekette kesintilere neden olabilir. Boşluklar genellikle çeşitli dişli tahrik konfigürasyonlarına sahip cihazlarda meydana gelir. Raf ve pinyon aktüatörleri, boşluk nedeniyle özellikle ölü bantlara karşı hassastır. Bazı valf mili bağlantılarında ölü bantlarla ilgili sorunlar da vardır.

İyi bir valf tasarımı ile sürtünme önemli ölçüde azaltılabilse de, tamamen ortadan kaldırılması zor bir problemdir. İyi tasarlanmış ve üretilmiş kontrol valfi, boşluklardan kaynaklanan ölü bantları ortadan kaldırabilmelidir. Proses sapmalarını azaltarak optimum sonuçlar elde etmek için, tüm valf düzeneğinin toplam ölü alanı %1'den az veya buna eşit olmalı ve ideal sonuç %0,25 kadar düşük olmalıdır.