제어 밸브

Control valve

컨트롤 밸브는 [1]컨트롤러로부터의 신호에 따라 유로 크기를 변경하여 유체 흐름을 제어하기 위해 사용되는 밸브입니다.이를 통해 유량을 직접 제어하고 압력, 온도 및 액체 수준과 같은 프로세스 양을 결과적으로 제어할 수 있습니다.

자동제어용어로 제어밸브는 "최종제어요소"라고 불린다.

작동

밸브 포지셔너에 통합된 4-20mA "I to P" 변환기가 있는 공기 작동식 제어 밸브.이 예에서는 각 포지셔너가 밸브 스템 이동을 제어 신호와 비교하고 보정을 적용합니다.

자동 컨트롤 밸브의 개폐는 일반적으로 전기, 유압 또는 공압 액추에이터에 의해 이루어집니다.일반적으로 완전 개방과 완전 폐쇄 사이의 임의의 위치로 설정할 수 있는 변조 밸브의 경우 밸브 포지셔너를 사용하여 밸브가 원하는 개방도에 도달하도록 합니다.

공기 작동 밸브는 압축 공기만 공급하면 되기 때문에 단순하기 때문에 일반적으로 사용되는 반면, 전기 작동 밸브는 추가적인 케이블 연결과 스위치 기어를 필요로 하며, 유압 작동 밸브는 유압 오일을 위한 고압 공급 및 리턴 라인을 필요로 합니다.

공압 제어 신호는 전통적으로 3~15psi(0.2~1.0bar)의 압력 범위를 기반으로 하며, 더 일반적으로는 산업의 경우 4-20mA, HVAC 시스템의 경우 0~10V의 전기 신호를 기반으로 합니다.이제 전기 제어에는 밸브 위치의 상태 및 확인이 컨트롤러에 다시 신호로 전달될 수 있도록 4-20mA 제어 전류에 중첩되는 "스마트" 통신 신호가 포함되는 경우가 많습니다.HART, Fieldbus Foundation 및 Profibus가 가장 일반적인 프로토콜입니다.

자동 제어 밸브는 다음과 같은 세 가지 주요 부품으로 구성되어 있으며, 각 부품은 여러 가지 유형과 설계로 존재합니다.

  • 밸브 액추에이터 – 밸브의 변조 요소(예: 볼 또는 나비)를 이동합니다.
  • 밸브 포지셔너 – 밸브가 원하는 개방 정도에 도달했는지 확인합니다.이것은 마찰과 마모의 문제를 극복합니다.
  • 밸브 본체 – 변조 요소(플러그, 글로브, 볼 또는 나비)가 들어 있습니다.

제어 액션

아날로그 컨트롤 루프 신호 전달이 공압 시대에서 전자 시대로 발전했음을 보여줍니다.
송신 감지 및 제어에 사용되는 전류 루프의 예.스마트 밸브 포지셔너의 구체적인 예.
공압 다이어프램 액추에이터가 있는 글로브 컨트롤 밸브 및 "스마트" 포지셔너가 컨트롤러에 실제 밸브 위치를 피드백합니다.

공기 작동식 밸브의 예를 들어, 두 가지 제어 작업이 가능합니다.

  • "열릴 공기 또는 전류" – 제어 신호 값이 증가함에 따라 흐름 제한이 감소합니다.
  • "닫을 공기 또는 전류" – 제어 신호 값이 증가함에 따라 흐름 제한이 증가합니다.

안전 모드에도 장애가 발생할 수 있습니다.

  • "공기 또는 제어 신호 폐쇄 실패" – 액추에이터에 압축 공기가 공급되지 않으면 스프링 압력 또는 예비 전원으로 밸브가 닫힙니다.
  • "공기 또는 제어 신호가 열리지 않음" – 액추에이터에 압축 공기가 공급되지 않으면 스프링 압력 또는 예비 전원으로 밸브가 열립니다.

고장운전 모드는 발전소의 안전 프로세스 제어 규격에 대한 고장 요건이다.냉각수의 경우 페일오픈(fail open)이 될 수 있으며, 화학물질을 공급하는 경우 페일클로즈(fail closed)가 될 수 있습니다.

밸브 포지셔너

포지셔너의 기본 기능은 밸브 스템 또는 샤프트의 위치가 컨트롤 시스템의 설정 지점에 일치하도록 가압된 공기를 밸브 액추에이터에 공급하는 것입니다.포지셔너는 일반적으로 밸브에 스로틀 동작이 필요할 때 사용됩니다.포지셔너는 밸브 스템 또는 샤프트의 위치 피드백이 필요하며 액추에이터에 공압을 공급하여 밸브를 개폐합니다.포지셔너는 제어 밸브 어셈블리 위 또는 근처에 장착해야 합니다.포지셔너에는 제어 신호의 유형, 진단 기능 및 통신 프로토콜에 따라 공압, 아날로그 및 [2]디지털의 세 가지 주요 범주가 있습니다.

조정기를 컨트롤 밸브에 지점을 세웠다 가공 단위 공기식 압력 신호 사용할 수 있다.압력 일반적으로 20.7103kPa(3에서 15psig)사이에 0에서 100%위치 밸브를 이동합니다.흔한 공기 포지셔너에서 밸브 스템이나 위치가 풀무의 공기 구동식 제어 신호와 그 위치와 비교된다.언제 입력 신호하는 풀무가 팽창하고 빔을 이동시킨다.다가서는 왈패 움직이는 입력 축에 대해 빔은 피벗.노즐 압력이 증가한 공압 증폭기 계전기를 통해 작동기에 대한 출력 압력을 증가시킨다.작동기에 증가한 출력 압력 밸브 스템 갑니다.줄기 이동 빔에 캠을 통해 제공된다.피드백 축에 대해 캠이 회전함 빔 피벗 약간은 노즐에서 플래퍼 옮겨 가는 것이다.노즐의 압력 및 작동기에 대한 출력 압력을 감소시킨다.줄기 이동까지 평형에 도달한다는 것은 노즐에서 플래퍼 지원 계속되고 있다.언제 입력 신호 감소는 벨로우즈 계약과 입력 축에 대해 빔 피벗이 노즐에서 플래퍼 이동할(내부 범위 봄에 의해서).노즐 감소 및 릴레이 다이어프램 케이스 압력의 작동기 줄기 위쪽으로 이동시킬 수 있는 분위기로 해제할 수 있다.캠을 통해 줄기 이동 빔에 가까운 노즐에 플래퍼의 위치를에게 제공된다.언제 균형 조건, 움직임이 정지하고는 플래퍼 작동기 압력에서 더 이상의 감소를 막기 위치하고 있는지를 가져옵니다.[2]

포지셔너의 두번째 유형은 아날로그 I/P 포지셔너.대부분의 최신 처리 장치는 4~20mA DC 신호를 사용하여 제어 밸브를 변조합니다.따라서 포지셔너 설계에 전자 장치가 도입되어 포지셔너가 전자 전류 신호를 공압 신호(전류-공압 또는 I/P)로 변환해야 합니다.일반적인 아날로그 I/P 포지셔너에서 컨버터는 DC 입력 신호를 수신하고 노즐/플래퍼 배치를 통해 비례 공압 출력 신호를 제공한다.공압 출력 신호는 공압 포지셔너에 입력 신호를 제공합니다.그렇지 않으면 공압[2] 포지셔너와 설계가 동일합니다.

공압 포지셔너와 아날로그 I/P 포지셔너는 기본적인 밸브 위치 제어를 제공하지만 디지털 밸브 컨트롤러는 포지셔너 기능에 또 다른 차원을 추가합니다.이 유형의 포지셔너는 마이크로프로세서 기반의 기기입니다.마이크로프로세서를 사용하면 진단과 양방향 통신이 가능해져 셋업과 트러블 슈팅이 간단해집니다.

일반적인 디지털 밸브 제어장치에서는 제어신호를 마이크로프로세서로 읽어 디지털 알고리즘에 의해 처리하여 I/P 컨버터에 대한 구동전류신호로 변환한다.마이크로프로세서는 기계적 빔, 캠 및 플래퍼 어셈블리가 아닌 위치 제어 알고리즘을 수행합니다.제어 신호가 증가함에 따라 I/P 컨버터에 대한 구동 신호가 증가하여 I/P 컨버터의 출력 압력이 증가합니다.이 압력은 공압 앰프 릴레이로 라우팅되어 액추에이터에 두 가지 출력 압력을 제공합니다.제어 신호가 증가하면 한 출력 압력은 항상 증가하고 다른 출력 압력은 감소합니다.

복동 액추에이터는 두 출력을 모두 사용하는 반면, 단동 액추에이터는 한 출력만 사용합니다.출력 압력 변화에 따라 액추에이터 스템 또는 샤프트가 움직입니다.밸브 위치는 마이크로프로세서로 피드백됩니다.스템은 올바른 위치에 도달할 때까지 계속 이동합니다.이 때 마이크로프로세서는 평형을 얻을 때까지 I/P 컨버터에 대한 구동신호를 안정화한다.

디지털 밸브 컨트롤러에는 밸브의 위치를 제어하는 기능 외에도 진단 및 양방향 디지털 [2]통신이라는 두 가지 추가 기능이 있습니다.

널리 사용되는 통신 프로토콜에는 HART, FAUNDATION 필드버스 및 PROFIBUS가 포함됩니다.

스마트 포지셔너를 컨트롤 밸브에 설치하는 장점:

1. 포지셔너의 자동 교정 및 구성

2. 실시간 진단

3. 설치 및 교정을 포함한 루프 시운전 비용 절감

4. Diagnostics를 사용하여 루프 퍼포먼스레벨을 유지합니다.

5. 프로세스 제어 정확도가 향상되어 프로세스 변동성이 감소합니다.

제어 밸브의 종류

제어 밸브는 속성 및 특징별로 분류됩니다.

압력 강하 프로파일에 근거

  • 하이 리커버리 밸브:이러한 밸브는 일반적으로 흡입구에서 배출구의 정맥 수축까지 정압 강하의 대부분을 회복합니다.이 경우 회복계수가 낮은 것이 특징입니다.예: 버터플라이 밸브, 볼 밸브, 플러그 밸브, 게이트 밸브
  • 저회수 밸브:이러한 밸브는 일반적으로 흡입구에서 배출구의 정맥 수축까지 정적 압력 강하를 거의 회복하지 못합니다.이 경우 회복계수가 높은 것이 특징입니다.예: 글로브 밸브, 각도 밸브

제어 요소의 이동 프로필을 기반으로 합니다.

  • 슬라이딩 스템:밸브 스템/플러그가 선형 또는 직선 운동으로 이동합니다.예: 글로브 밸브,[3] 각도 밸브, 웨지형 게이트 밸브
  • 회전 밸브:밸브 디스크가 회전합니다.예:버터플라이 밸브, 볼 밸브

기능에 따라

  • 컨트롤 밸브: 중앙 컨트롤 시스템으로부터 수신되는 입력 신호에 비례하여 흐름 매개 변수를 제어합니다.예: 글로브 밸브, 각도 밸브, 볼 밸브
  • 차단/온오프 밸브:이 밸브들은 완전히 열리거나 닫혀 있다.예: 게이트 밸브, 볼 밸브, 글로브 밸브, 각도 밸브, 핀치 밸브, 다이어프램 밸브
  • 체크 밸브: 한 방향으로만 흐를 수 있습니다.
  • 증기 조절 밸브: 흡입 매체의 압력 및 온도를 배출구에 필요한 매개 변수로 조절합니다.예:터빈 바이패스 밸브, 프로세스 증기 방출 스테이션
  • 스프링 장착 안전 밸브: 스프링의 힘에 의해 닫히며, 흡기 압력이 스프링의 힘과 같으면 접혀 열려 있습니다.

작동 매체에 근거함

  • 수동 밸브: 수동 휠에 의해 작동됨
  • 공압 밸브: 스프링 다이어프램, 피스톤 실린더 또는 피스톤 스프링형 액추에이터와 함께 공기, 탄화수소 또는 질소와 같은 압축 가능한 매체를 사용하여 작동됩니다.
  • 유압 밸브: 물이나 기름과 같은 압축 불가능한 매체에 의해 작동됩니다.
  • 전기 밸브: 전기 모터로 작동

밸브 유형 및 제어 작동은 매우 다양합니다.그러나 동작에는 슬라이딩 스템과 로터리라는 두 가지 주요 형태가 있습니다.

가장 흔하고 다용도적인 컨트롤 밸브 유형은 슬라이딩 스템 글로브, V 노치 볼, 나비 및 각도 유형입니다.이러한 인기는 견고한 구조와 다양한 프로세스 [4]애플리케이션에 적합한 다양한 옵션에서 비롯됩니다.제어 밸브 본체는 [2]다음과 같이 분류할 수 있다.

일반적인 컨트롤 밸브 유형 목록

「 」를 참조해 주세요.

  • 체크 밸브 – 유량 제어 장치
  • 제어 엔지니어링 – 제어 시스템을 다루는 엔지니어링 분야
  • 제어 시스템 – 다른 시스템의 동작을 관리하는 시스템
  • 분산 제어 시스템 – 분산된 의사결정을 제공하는 컴퓨터 제어 시스템
  • 필드버스 재단
  • 유량 조절 밸브 – 유체의 유량 또는 압력을 조절하는 밸브
  • HART 프로토콜이라고도 하는 Highway Addressable Remote Transducer Protocol
  • 계측기 – 프로세스를 감시하고 제어하는 계측기
  • PID 컨트롤러 – 컨트롤 루프 피드백 메커니즘
  • 프로세스 제어 – 생산 수준의 일관성을 달성하기 위해 산업 제어를 사용하는 분야
  • Profibus – 통신 프로토콜
  • SCADA(슈퍼바이저 제어 및 데이터 수집 시스템이라고도 함)– 기계 및 프로세스 감시를 위한 제어 시스템 아키텍처

레퍼런스

  1. ^ "피셔 제어 밸브 핸드북" 제4판 1977에 수록된 미국 계기 협회 표준 S561.1, 1976.
  2. ^ a b c d e Emerson Automation Solutions (2017). "Control Valve Handbook" (PDF) (5th ed.). Fischer Controls International LLC. Retrieved 2019-05-04.
  3. ^ "What is Globe Valve? Working Principle & Function Linquip". www.linquip.com. Retrieved 2021-11-25.
  4. ^ Hagen, S. (2003) "제어 밸브 기술" 플랜트 서비스

외부 링크

  • 프로세스 인스트루먼테이션(강연 8): 사우스오스트레일리아 대학 웹사이트의 밸브 관련 기사.
  • 밸브의 Cv를 결정하기 위한 제어 밸브 크기 계산기 제어 밸브 크기 계산기.
  • Goodwin 흐름 제어 Goodwin 액시얼 컨트롤 밸브 웹 사이트.