09 января 2026
В динамичном мире управления жидкостями электрические клапаны и насосы являются ключевыми компонентами, координирующими бесшовное движение жидкостей и газов в различных промышленных приложениях. Их симбиотические отношения играют ключевую роль в обеспечении точности, эффективности и надёжности жидкостных систем. Давайте погрузимся в мир электрических управляющих клапанов и насосов, разберёмся с их работой, характеристиками и методами координации конструкции.
I. Характеристики и принципы работы электрических управляющих клапанов
Электрические управляющие клапаны в основном состоят из электрического привода и корпуса клапана. Получая сигналы от систем промышленной автоматизации, они приводят клапан в движение для изменения площади поперечного сечения между сердечником клапана и седлом клапана, управляя расходом, температурой, давлением и другими параметрами процесса в трубопроводной среде для достижения дистанционного автоматического управления. Равномерная характеристика считается оптимальной, обеспечивая стабильность и отличную управляемость.
(1) Структурные особенности:
1. Сервоусилитель использует глубокую динамическую отрицательную обратную связь для повышения точности автоматического управления.
2. Электрический привод бывает различных вариантов, подходящих для сигналов постоянного тока 4-20 мА или 0-10 мА постоянного тока.
3. Большой регулируемый диапазон с внутренним регулируемым коэффициентом 50, с линейными и равномерными процентами расхода.
4. Электронные электрические управляющие клапаны могут управляться напрямую сигналом тока без необходимости использования сервоусилителя.
5. Корпус клапана спроектирован на основе принципов гидромеханики, с низким сопротивлением потокового канала с повышением номинального коэффициента расхода на 30%.
(2) Классификация электрических клапанных конструкций:
Электрические управляющие клапаны обычно делятся на односедочные и двухседочные конструкции. Односедочные электрические управляющие клапаны подходят для приложений с строгими требованиями к утечке, низкими перепадами давления до и после клапана, а также для рабочих условий с определённой вязкостью и волокнистой средой. Двухседочные электрические управляющие клапаны обладают преимуществами низкой несбалансированной силы, что позволяет создавать большие перепады давления и высокую пропускную мощность, что делает их подходящими для применений с менее строгими требованиями к утечке.
(3) Принципы работы электрических клапанов управления:
Электрические управляющие клапаны автоматически управляют открытием клапана на основе сигналов с управляющей позиции, обеспечивая регулирование среднего потока, давления и уровня жидкости. Например, широко используемый сигнал тока 4-20 мА, когда система управления посылает сигнал 4 мА на электрический клапан, клапан находится в полностью закрытом состоянии. Когда подаётся сигнал 20 мА, клапан находится в полностью открытом состоянии. Разные значения сигнала в диапазоне 4-20 мА соответствуют разным степеням открытия клапана, что позволяет системе управления добиваться точной регулировки на основе конкретных параметров процесса.
II. Условия и характеристики электрических насосов и их применения
Электрические насосы, приводимые в движение электричеством, играют ключевую роль в различных отраслях. Они состоят из корпуса насоса, подъёмной трубы, базы насоса, погружного двигателя (включая кабели) и устройства защитного запуска. Корпус насоса — это рабочая часть погружного насоса, состоящая из впускной трубы, направляющей оболочки, обратного клапана, вала насоса и крыльчатого колеса. Крыльчатые механизмы можно закрепить на валу двумя способами.
Импеллер устанавливается внутри корпуса насоса и надёжно крепится к валу насоса. Вал насоса приводится в движение непосредственно мотором. В центре корпуса насоса находится жидкостная всасывающая труба. Жидкость поступает в насос через обратный клапан и всасывающую трубу. Выход жидкостного разряда на корпусе насоса соединён с выпускной трубой.
Перед запуском насоса корпус насоса заполняется жидкостью для транспортировки. После запуска импеллер вращается на высокой скорости валом, а жидкость между лопастями также должна вращаться вместе с крыльцей. Под действием центробежной силы жидкость выбрасывается из центра импеллера на внешний край, набирая энергию и выходя из крыльчатого колеса на высокой скорости, чтобы попасть в корпус спирального насоса. В спиральной оболочке жидкость замедляется из-за постепенного расширения прохода, и часть кинетической энергии преобразуется в энергию статического давления. В конце концов, вода поступает в выпускную трубу с повышенным давлением и направляется в нужное место. Когда жидкость течёт от центра к внешнему краю крыльчатого колеса, в центре крыльчатки образуется определённый вакуум. Из-за давления выше уровня жидкости в резервуаре больше, чем давление на входе насоса, жидкость постоянно вдавливается в крыльчатку. Пока крыльчатое колесо продолжает вращаться, жидкость будет непрерывно втягиваться и разряжаться.
(1) Условия использования:
1. Температура не должна превышать 20°C.
2. Массовая доля твёрдых частиц в жидкости не должна превышать 0,01%.
3. Значение pH жидкости должно быть от 6,5 до 8,5.
4. Содержание хлоридных ионов не должно превышать 400 миллиграммов на литр.
5. Следует избегать частых переключений между состояниями «включено» и «выключено» электрического насоса.
(2) Применения:
В производстве химической и нефтяной промышленности сырье, полуфабрикаты и готовая продукция в основном состоят из жидкости. Производственный процесс превращения сырья в полуфабрикатные и готовые изделия включает сложные процессы. Электрические насосы играют роль в транспортировке жидкостей и обеспечении давления и потока для химических реакций в этих процессах. Кроме того, электрические насосы используются для регулирования температуры во многих установках.
В горнодобывающей и металлургической промышленности электрические насосы также являются наиболее широко используемым оборудованием. Шахтам нужны насосы для дренажа, а насосы используются для подачи воды в таких процессах, как обработка руды, плавка и прокат.
В энергетической отрасли атомные электростанции требуют основных насосов, вторичных, третичных насосов, а тепловые электростанции требуют большое количество насосов для подачи воды для котлов, конденсатных насосов, смешанных насосов для нефти и газа, циркуляционных водяных насосов и насосов для суспензии золы.
В оборонном строительстве насосы необходимы для различных целей, таких как регулировка закрылков и рулей самолётов, вращение башен военных кораблей и танков, а также контроль плавучества подводных лодок. Насосы могут работать с жидкостями высокого давления и радиоактивными веществами, некоторые из которых требуют работы без утечек.
В итоге, будь то самолёты, ракеты, танки, подводные лодки, бурение, добыча полезных ископаемых, поезда, корабли или повседневная жизнь — электрические насосы нужны везде и работают везде. Именно поэтому насосы классифицируются как универсальное оборудование, являясь одной из основных категорий продукции в механической промышленности.
III. Координация проектирования электрических управляющих клапанов и насосов
Присущие характеристики потока управляющих клапанов указывают на то, как эффективная площадь потока клапана меняется с открытием. Различные типы, такие как быстрое открытие, линейное, равномерное и параболическое, обеспечивают различные реакции управления. В инженерии первые три наиболее распространены, и выбор подходящего клапана критически важен для стабильного управления.
(1) Особенности и применения:
1. Функция быстрого открытия: Быстрая реакция на открытие клапана необходима в ситуациях, когда требуется быстрая замена в небольшом диапазоне открытия.
2. Линейные характеристики: постоянное изменение потока с открытием в диапазоне от 0 до 100%, подходящее для управляющих контуров с системным усилением в несколько уровней, например, регулирование уровня жидкости. Предпочтительное относительное открытие при нормальном расходе составляет 50%-60%.
3. Одинаковые процентные характеристики: небольшое увеличение расхода при открытии в небольшом отверстии, но по мере увеличения открывания клапана скорость изменения быстро увеличивается. В основном используется при контроле давления, потока и температуры. Предпочтительное относительное открытие при нормальном расходе составляет 70%–80%.
(2) Роль управляющих клапанов в насосных цепях:
Типичный насосный контур включает главный клапан управления расходом, клапан управления температурой или расхода ветвления, а также клапан управления минимальной обратной линией.
Главный клапан управления расходом регулирует обрабатывающую мощность насоса в зависимости от различных рабочих условий. Расчёты учитывают нормальные условия работы, максимальные условия работы и условия парковки насоса.
Клапан регулирования температуры или потока ветви соответствует требованиям пользователей и потребности процесса, регулируя расход регулирующего клапана, установленного на каждой ветви.
Клапан управления минимальной возвратной линией установлен на минимальной обратной линии насоса и защищает насос или выполняет требования обратного потока, когда расход насоса достигает установленного минимального возвратного расхода.
(3) Расчет процесса управляющих клапанов в насосных цепях:
Все управляющие клапаны в насосной цепи должны сначала соответствовать требованиям главной цепи, рассчитать параметры управляющих клапанов на главном контуре, а затем рассчитать параметры управляющих клапанов на других цепях на основе параметров процесса главного контура в каждом узле. Обычные этапы расчёта следующие:
1. Определить основной контур в соответствии с характеристиками процесса системы. При максимальном расходе насоса, исходя из опыта или требований проекта, учитывая значение падения давления регулирующего клапана на главном контуре, рассчитайте параметры процесса насоса и выберите соответствующую рабочую кривую насоса.
2. На главном контуре, исходя из рабочей кривой выбранного насоса и гидравлического уравнения, рассчитываются параметры регулирующего клапана при нормальных условиях работы и при отключении.
3. На главном контуре насоса установите гидравлическое уравнение подсхемы насоса и рассчитайте параметры процесса каждого регулирующего клапана на подсхеме при различных условиях работы.
4. Установить гидравлическое уравнение минимальной возвратной линии насоса и рассчитать параметры процесса клапана обратного управления при минимальном возвратном потоке на основе рабочей кривой насоса.
(4) Технологические характеристики управляющих клапанов в насосных цепях:
Для управляющих клапанов в насосных цепях они обычно имеют следующие характеристики:
1. Регулирующий клапан на главной дороге требует значительного изменения расхода при открытии и обычно должен выдерживать значительное падение давления. Предпочтительнее быстрооткрывающиеся характерные клапаны.
2. Регулирующий клапан на ветке должен более точно контролировать поток. Для управления радиусом работы регулирующего клапана в небольшом диапазоне открытия предпочитается клапан с равными процентными характеристиками.
3. Регулирующий клапан на минимальной возвратной линии обычно имеет небольшой расход и не требует высоких требований к точному регулированию расхода. Давление и разница давления выше по ветке значительны, что защищает насос от повреждений.
4. Обычно падение давления регулирующего клапана в насосной цепи не достигает состояния, вызывающего блокировку потока. Однако в некоторых случаях низкого давления пара требуется тщательный анализ физических свойств и состояния до и после установки регулирующего клапана, что должно быть отмечено в техническом описании регулирующего клапана.
5. Для клапанов управления в насосной цепи уровень шума, как правило, невысок, и предотвращение шума не требуется.
По сути, координация электрических клапанов управления и насосов имеет решающее значение для достижения оптимальной работы в системах управления жидкостями. Инженерам необходимо тщательно учитывать характеристики системы, рабочие кривые насоса и конкретные требования для обеспечения точного и стабильного управления жидкостью. По мере развития отраслей интеграция этих компонентов остаётся краеугольным камнем достижения операционного совершенства и надёжности в гидродинамике.
