Utilizzo dei calcoli del guadagno installato della valvola di controllo

Un foglio di lavoro che calcola il guadagno installato della valvola di controllo può far parte di qualsiasi processo di selezione della valvola di controllo. Questo articolo è stato originariamente pubblicato nel numero di dicembre 2021 della rivista InTech.

Per molti anni, l'autore ha utilizzato e promosso l'uso dei grafici di flusso e guadagno installati sulla valvola di controllo come parte del processo di selezione della valvola di controllo (riferimenti 1–3). Per tutti questi anni, l'autore ha avuto il vantaggio di essere associato a un produttore di valvole con un'applicazione di dimensionamento delle valvole di controllo disponibile al pubblico che includeva capacità di rappresentare graficamente il flusso installato e il guadagno. Gli utenti che preferivano altre marche di valvole di controllo, e quindi le applicazioni di dimensionamento delle valvole di controllo di quei produttori, erano riluttanti a imparare a utilizzare una nuova applicazione per sfruttare la capacità grafica. Recentemente, l'autore ha pubblicato un articolo che includeva istruzioni dettagliate per la costruzione un foglio di lavoro Microsoft Excel che genera grafici di flusso e guadagno installati insieme ai calcoli di dimensionamento della valvola effettuati con qualsiasi applicazione di dimensionamento della valvola. Ciò rende pratico per chiunque incorporare il grafico del flusso installato e del guadagno nel processo di selezione della valvola (riferimento 4). Questo articolo spiega come utilizzare i calcoli del guadagno installato sulla valvola di controllo.

Guadagni estremamente bassi non sono desiderabili, perché un guadagno basso significa che quando la valvola si muove, il flusso non cambia di molto. Potrebbe non essere così ovvio il motivo per cui guadagni elevati sono indesiderabili. Potrebbe essere desiderabile un amplificatore audio con un guadagno elevato. Ma le valvole di controllo sono dispositivi meccanici e le parti che si muovono mentre sono in contatto tra loro tendono ad attaccarsi quando non si muovono. Se una valvola, poiché tende a bloccarsi quando non si muove, può essere posizionata solo entro il 2% della posizione desiderata e ha un guadagno di 4, il flusso può essere regolato solo entro incrementi dell'8%, il che potrebbe non essere desiderabile. Il motivo per limitare la variazione del guadagno all'interno dell'intervallo di flusso richiesto a 2:1 è che sarà più semplice regolare il controller per una risposta stabile e rapida nell'intero intervallo di flusso richiesto. Per calcolare e rappresentare graficamente il flusso e il guadagno installati utilizzando il riferimento 4 foglio di lavoro, il modello di processo e il foglio di lavoro richiedono le seguenti informazioni sul processo:

I valori di P1 e P2 alla portata minima e massima di progetto devono essere ottenuti mediante un'analisi delle perdite di pressione per attrito e delle variazioni di pressione statica nel sistema a monte e a valle della valvola di controllo (riferimenti 5–6). Il riferimento 4 ha suggerito diversi domande su quali applicazioni sarebbero candidate per il flusso installato e l'analisi dei grafici di guadagno. Di seguito sono riportati alcuni dei più comuni.

La Figura 2 mostra il foglio di lavoro Excel per il dimensionamento della valvola di controllo dell'utente. L'intervallo CV calcolato sembra mostrare che una valvola di controllo a sfera con segmento da 6 pollici funzionerebbe con un'apertura compresa tra il 20% e il 78% circa dal flusso minimo di progetto al flusso massimo di progetto. Un calcolo del flusso e del guadagno installato ha prodotto risultati sorprendenti (Figura 3).

Il grafico del flusso installato mostra il flusso minimo specificato che interseca il grafico del flusso installato al 20% della corsa relativa e il flusso massimo di progetto che interseca il grafico del flusso installato appena sotto l'80% della corsa relativa, il che concorda con il calcolo dell'utente. Ciò che il calcolo dell'utente non ha mostrato è che il 95% del flusso completamente aperto della valvola corrisponde al flusso massimo di progetto, senza lasciare alcun fattore di sicurezza nella fascia alta. A circa il 60% della corsa (corsa relativa di 0,6), il grafico del flusso installato inizia ad arrotondarsi su un pendio molto meno profondo. Questo fatto è identificato nel grafico del guadagno installato dove il guadagno installato scende al di sotto di 0,5, sottolineando il fatto che i cambiamenti nella posizione della valvola avrebbero solo un piccolo effetto sul flusso nel sistema. La variazione di guadagno rispetto al flusso massimo di progetto (Q/Qmax) e al guadagno massimo sul grafico è maggiore di 4:1, rendendo difficile la regolazione del controller per un controllo veloce e stabile. Si è scoperto che il problema risiede nella scelta della pompa da parte dell'utente.

Il riferimento 4 non include la possibilità di rappresentare graficamente ciò che sta accadendo a P1 e P2, e quindi il differenziale di pressione disponibile per la valvola. Tuttavia, il foglio di lavoro di riferimento 4 ha una tabella di P1 e P2, quindi costruire un grafico di P1 e P2 rispetto alla corsa relativa della valvola è stato semplice. Nel grafico del livello di pressione installato, quando la corsa relativa della valvola si avvicina a 0,8 (80% della corsa della valvola), la caduta di pressione disponibile per la valvola diminuisce rapidamente.