Lineare und rotatorische Bewegung: Der tiefgreifende Kompromiss zwischen Verstärkung und Totzone

Eine solche Szene kommt häufig bei Besprechungen zur Auswahl von Regelventilen vor:

Der Beschaffungsmanager fragte: „Warum nicht diesen Kugelhahn verwenden? Sein Cv-Wert ist doppelt so hoch wie der des unhandlichen Kugelhahns, er kostet nur die Hälfte und ist viel kompakter und leichter.“ Der Instrumentierungsingenieur runzelte die Stirn und antwortete: „Dieser Regelkreis erfordert eine hochpräzise Steuerung, und ein Kugelhahn reicht nicht aus.“ Dies ist der ewige Kompromiss zwischen Wirtschaftlichkeit und Steuerungsleistung. Drehventile (z. B. Kugelhähne, Absperrklappen) bieten tatsächlich einen überwältigenden Vorteil in Bezug auf Durchflusskapazität und Kosten. Doch als letztes Kontrollelement kann sich das VATTEN-VENTIL nicht nur auf die Durchflussrate konzentrieren; Was wichtiger ist, ist die Präzision ihrer Kontrolle.

Heute wird VATTEN VALVE in den Bereich der Steuerungstheorie eintauchen und die grundlegenden Unterschiede zwischen Linear- und Drehventilen anhand zweier Hardcore-Metriken vergleichen: Verstärkung und Totband.

01.Zwei Hauptkategorien nach Tragwerksplanung

1.Linearbewegungsventile

Der Ventilschaft treibt den Ventilkern an, um ihn linear auf und ab zu bewegen.

Repräsentativ: Durchgangsventile, einschließlich einsitziger, doppelsitziger und käfiggeführter Ausführung.

Merkmale: Extrem robuste Struktur, gewundener Strömungsweg (hohe Energiedissipation) und einfache Realisierung präziser Strömungseigenschaften.

2. Drehbewegungsventile

Die Ventilwelle treibt den Ventilkegel in eine Drehung (typischerweise um 90°).

Vertreter: Kugelhahn (einschließlich Kugelhähne mit V-Anschluss), Absperrklappe und Camflex-Ventil.

Merkmale: Einfacher und gerader Fließweg, extrem hohe Fließkapazität, kompakte Struktur und einfachere Erfüllung der Umweltschutzanforderungen für Packungsdichtungen.

Schlüsselillustration: Strukturvergleich

02 Tiefgreifender Kompromiss 1: Installierter Gewinn

Indem wir die Ableitung (Steigung) der Durchflusskennlinie nehmen, erhalten wir eine kritischere Metrik: Ventilverstärkung. Vereinfacht ausgedrückt ist Verstärkung die Empfindlichkeit eines Ventils.

Idealzustand: Wir gehen davon aus, dass die Ventilverstärkung über den gesamten Hub konstant bleibt. Dies bedeutet, dass ein 1 %-Befehlssignal vom Regler immer zu einer 1 %-Änderung der Durchflussrate führt.

Reale Bedingungen: Die Verstärkung variiert mit der Ventilöffnung.

Die Schwäche von Drehventilen: Übermäßig hohe Verstärkung und Nichtlinearität

Zellenradschleusen (insbesondere Absperrklappen und Standard-Kugelhähne) weisen typischerweise eine extrem hohe Eigenverstärkung auf, insbesondere bei kleinen Öffnungen.

Der „Pop-Open“-Effekt: Wenn ein Kugel- oder Absperrventil gerade aufgerissen wird, steigt die Durchflussrate aufgrund des ungehinderten Strömungswegs augenblicklich an. Dies bedeutet, dass das Ventil bei der Regelung eines niedrigen Durchflusses übermäßig empfindlich ist. Ein geringfügiger Signaleingang führt zu einem plötzlichen Durchflussanstieg, der leicht zu Systemoszillationen führen kann.

Ein starker Abfall der Verstärkung: Die Verstärkung eines Drehventils sinkt und wird extrem träge, sobald die Öffnung 60–70 % überschreitet.

Im Gegensatz dazu können lineare Kugelventile (mit einer ordnungsgemäß ausgelegten Innengarnitur) leichter eine relativ stabile und moderate installierte Verstärkung über den gesamten Hubbereich erzielen, was ein großer Vorteil für die Abstimmung der PID-Parameter ist.

03 Tiefgreifender Kompromiss 2: Mechanische Totzone und Haftreibung

Wenn die Verstärkung ein Problem auf Softwareebene ist, sind Totzone und Haftreibung chronische Krankheiten auf Hardwareebene und bestimmen direkt die Präzision der Steuerung.

Totzone: Nullbetätigung

Wenn Sie die Richtung des Eingangssignals umkehren (z. B. beim Umschalten von Öffnen auf Schließen), muss das Ventil einen Abschnitt des Nullhubs zurücklegen, bevor sich der Ventilkegel tatsächlich in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen beginnt. Diesen Abschnitt des Nullhubs nennen wir Totzone.

Herausforderungen für Drehventile: Um den Schub des Linearzylinders des Stellungsreglers in eine Drehbewegung umzuwandeln, erfordern Drehventile typischerweise komplexe Verbindungsmechanismen oder Zahnstangen-Ritzel-Baugruppen. Das mechanische Spiel in jedem Verbindungsbolzen und Gelenklager summiert sich und bildet ein erhebliches Totband.

Vorteile von Linearventilen: Der pneumatische Membranantrieb treibt den Ventilschaft direkt auf und ab, verfügt über weniger Verbindungsglieder und ein von Natur aus kleineres mechanisches Totband.

Haftreibung: Lähmende statische Reibung

Haftreibung ist ein Phänomen, das dadurch verursacht wird, dass die Haftreibung deutlich größer ist als die Gleitreibung. Ein Ventil bleibt in einer festen Position hängen, bis der Luftdruck ausreichend aufgebaut ist, um die Haftreibung zu überwinden. An diesem Punkt rutscht das Ventil abrupt in eine neue Position. Dadurch weist die Regelgröße die bekannte Sägezahnschwingung auf.

Herausforderungen für Drehventile: Für einen dichten Verschluss übt der Ventilsitz eines Drehventils typischerweise einen enormen seitlichen Druck auf die Kugel oder den Ventilteller aus, was zu einer übermäßig hohen Reibung führt. Um außerdem den Anforderungen einer Umgebung mit geringer Leckage gerecht zu werden, wird die Packung um die rotierende Welle häufig stark komprimiert.

Vorteile von Linearventilen: Der Ventilkegel und der Sitz eines Durchgangsventils stehen hauptsächlich in vertikalem Kontakt, was zu einer geringen seitlichen Reibung während des Regulierungsprozesses führt.

04 Auswahlhilfe: Es gibt nicht das Beste, nur das Passendste.

VATTEN VALVE begleitet Sie durch die Auswahl

Wann sollten Sie sich für Zellenradschleusen entscheiden:

• Hohe Durchflussrate und geringer Druckabfall: Erfordert einen großen Cv-Wert bei niedrigem Systemdruck.
• Verschmutzende Medien und Schlämme: Der gerade Durchflussweg von Kugel- und Absperrklappen verhindert Verstopfungen und ihre Drehbewegung sorgt für Scher- und Selbstreinigungsfunktionen.
• Enge Absperranforderungen: Weichdichtende Kugelhähne ermöglichen eine einfachere Nullleckage.
• Platz- und Budgetbeschränkungen: Eine kompakte, kostengünstige Lösung ist erforderlich.

Wann man bei Linearventilen bleiben sollte:

• Hochpräzise Steuerung: Kritische Regelkreise mit strengen Anforderungen an Totzone und Verzögerung (z. B. < 0,5 %), wie z. B. Temperatur- und Zusammensetzungssteuerung.
• Hoher Druckabfall und erschwerte Betriebsbedingungen: Um Kavitation, Gratbildung und hohem Lärm standzuhalten, ist eine mehrstufige druckreduzierende Innengarnitur erforderlich (siehe Ref. Nr. 001). Dies ist die konkurrenzlose Domäne der Kugelventile.
• Low-Flow-Regulierung: Erfordert einen Mikro-Cv-Wert und ein hohes Turndown-Verhältnis.