제어 밸브란 무엇입니까? 제어 밸브는 어떻게 작동합니까?

제어 밸브는 어떻게 작동합니까?

현대 산업 생산 에서, 생산 효율성 을 보장 하기 위해 유체 흐름 (가스, 증기, 물, 화학 혼합물 등) 과 압력, 온도, 액체 수준 을 정확하게 조절 하는 것 은 매우 중요 하다,제품 품질, 운영 안전 및 환경 보호제어 밸브는 이 복잡하고 정확한 제어 체인에서 중심적인 역할을 합니다.그들은 단순한 켜고 끄는 장치가 아니라 흐름 경로의 크기를 변경하여 제어 장치의 신호에 반응하여 공정 변수들의 직접적이고 정확한 조절을 달성합니다.제어 밸브의 성능은 경제 효율성에 직접적으로 영향을 미칩니다.산업 공정의 안전 및 환경 영향은 단순한 장비 구매보다는 전략적 투자로 전환됩니다.

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제어 밸브 의 기본 구성 요소

제어 밸브는 단일 구성 요소가 아니라 여러 정밀 구성 요소가 함께 작동하는 통합 시스템입니다. 핵심 구성 요소는 밸브 몸, 밸브 내부, 액추에터,그리고 밸브 위치기, 컨버터, 공기 공급 압력 조절기, 수동 조작기, 덤퍼 또는 제한 스위치와 같은 다양한 액세서리와 함께.

밸브 몸: 유체 경로 및 압력 운반 부품

밸브 몸체는 제어 밸브의 주요 구조 구성 요소이며 설계는 밸브 내의 유체의 흐름 경로를 결정합니다. 입구와 출구 포트가있는 압력 용기 역할을합니다.,물체가 밸브 몸 안의 포트와 오프닝 또는 오리피스를 통해 흐르는 곳.밸브 몸의 주요 기능은 유체 압력을 견디고 밸브 내부에 대한 지원 및 밀폐 환경을 제공하는 것입니다또한 밸브 몸 구조는 간접적으로 흐름 조절 특성에 영향을 미칩니다.유체 흐름 저항과 압력 하락 특성이 밸브 몸 안의 내부 통로의 설계와 밀접한 관련이 있기 때문에.

밸브 내부: 액체와 직접 접촉하는 부품, 흐름 조절을 위한 핵심 부품

밸브 내부는 제어 밸브의 직접적으로 제어 유체와 접촉하는 부분이며 흐름 조절을 달성하는 핵심 구성 요소입니다.그들은 일반적으로 밸브 좌석으로 구성됩니다, 밸브 디스크 (또는 밸브 플러그), 그리고 밸브 스탬프. 밸브 내부는 밸브 좌석과 상대적 위치와 공백을 변경하여 통과하는 액체의 양을 정확하게 제어합니다. 예를 들어,밸브 디스크 또는 플러그가 들어올리거나 회전될 때, 흐름 채널 면적은 이에 따라 변화하여 유체 흐름을 조절합니다. 밸브 내부의 기하학적 모양과 재료 선택은 흐름 특성에 결정적인 영향을 미칩니다.마모 저항성부식 저항성, 밀폐 성능

액추에이터: 밸브 작동을 위한 구동력을 제공합니다

액추에이터는 제어 밸브의 근육으로 제어 시스템에서 추상적인 신호를 기계적 힘으로 변환하여 물리적인 움직임을 위해 밸브 내부를 구동합니다.제어 신호가 수신되면, 그것은 완전히 열려, 완전히 닫힌, 또는 중간 위치를 달성하기 위해 그에 따라 밸브를 구동, 따라서 유체 흐름의 정확한 스프로싱 통제를 실현.

액추에이터는 전원 및 모션 모드에 따라 다양한 유형으로 분류 할 수 있습니다.

이동 방식별 분류:

• 선형 동작기:선형 추진-당겨운 움직임을 생성합니다. 밸브 줄기가 위아래로 움직여야 하는 밸브에 적합합니다. 예를 들어, 밸브, 게이트 밸브, 디아프라그마 밸브와 같은 것입니다.
• 로터리 액추어터:밸브 디스크 또는 공이 회전해야 하는 밸브, 예를 들어 볼 밸브, 나비 밸브 및 플러그 밸브에 적합한 회전 움직임을 생성합니다.

피셔 공기 제어 밸브

전원 공급원별로 분류:

• 류메틱 액추에이터:

• 작동 원리:압축 공기 또는 가스를 전력원으로 사용하여 선형 또는 회전 운동을 생성하기 위해 대막 또는 피스톤에 공기 압력을 가합니다.공기 압력은 양방향 움직임을 달성하기 위해 피스톤의 양쪽에 번갈아 작용할 수 있습니다., 또는 반전 힘을 제공하는 스프링으로 한쪽에서만 작동합니다. 회전 운동은 일반적으로 랙 앤 피니온 메커니즘을 통해 달성됩니다.
• 장점:

1. 빠른 반응 속도: 일반적으로 50~500 mm/s를 달성하며, 수압 시스템이나 전기 시스템보다 빠르다.
2. 본질적으로 안전: 전기에 의존하지 않으며 분출을 일으키지 않아 연화성 및 폭발성 위험 환경에 매우 적합합니다.
3. 간단한 구조, 가벼운 무게, 설치 및 유지보수 용이함: 일반적으로 저렴한 비용.
4. 출력 힘과 작동 속도를 쉽게 조정합니다.
5. 높은 신뢰성 및 긴 서비스 수명
6. 에너지를 저장하고 중앙화된 공기 공급을 가능케 하고, 빠른 반응을 얻기 위해 에너지를 빠르게 방출할 수 있습니다.
7. 충격 부하와 과부하에 강한 적응력
8. 고온 환경에서 사용할 수 있습니다.

• 단점:

1. 제한된 출력 힘: 수압 액추에이터와 비교하면 출력 힘은 일반적으로 작습니다.
2. 상대적으로 낮은 정확성: 공기 압축성으로 인해 실린더의 작동 속도는 부하 변화에 의해 쉽게 영향을 받으며 낮은 속도의 안정성은 수압 실린더보다 열등합니다.
3. 압축 공기 공급 시스템이 필요합니다: 압축기와 파이프에 대한 추가 비용이 포함됩니다.
4. 압축기 고장 경우 모든 공기 가동 장치가 고장 될 수 있습니다. 그러나 이 위험은 백업 압축기 시스템으로 완화 될 수 있습니다.
5. 빠르게 자전거를 타면 물 망치 효과를 일으킬 수 있습니다.
6. 성능은 물과 극한 온도에 민감합니다.

• 전형적인 응용 분야: 공정 제어, 화학, 식품 및 음료, 폐수 처리, 전력, 광업,급속한 움직임과 폭발성 성능이 필요한 핵 에너지 산업.

• 전기 액추에터:

• 작동 원리:전기 모터에 의해 구동되는 모터의 회전 운동은 나사, 기어 또는 벨트와 같은 전송 메커니즘을 통해 밸브를 구동하는 선형 또는 회전 운동으로 변환됩니다.스테퍼 모터 또는 세르보 모터는 일반적으로 고 정밀 컨트롤을 달성하는 데 사용됩니다..
• 장점:

1. 고 정밀 및 반복 가능한 위치: 매우 정확하고 반복 가능한 밸브 위치를 제공하여 자동화 작업에 이상적입니다.
2. 프로그래밍 및 통합에 쉽습니다: 디지털 제어 시스템과 원활하게 연결되며 복잡한 움직임 패턴을 달성하도록 프로그래밍 할 수 있습니다.
3. 높은 에너지 효율성: 일반적으로 정적 부하 응용 프로그램에서 수압 또는 공기 주행 장치보다 적은 에너지를 소비합니다.
4. 낮은 유지보수 요구 사항: 더 적은 부품과 유체 시스템이 관여하지 않기 때문에 유지보수 요구 사항은 매우 낮습니다.
5. 조용한 작업
6. 공급 전압과 주파수의 변동에 영향을 받지 않습니다.
7. 조정 가능한 회전 속도

• 단점:

1. 더 높은 비용: 일반적으로 공기 운동 장치보다 더 비싸다.
2. 상대적으로 느린 속도: 특히 높은 추진력을 요구하는 응용 프로그램에서.
3. 전원 공급에 의존합니다: 안전성 확보를 위해 전력 정전 시 백업 전원 또는 스프링 반환 메커니즘이 필요합니다.
4. 폭발성 환경에는 적합하지 않습니다. 폭발성 보호용으로 특별히 설계되지 않은 경우
5. 복잡한 설계, 설치 및 유지 보수에 대한 전문 지식을 필요로 합니다.

• 전형적인 응용 프로그램:전력 생산, 물 처리, 의약품, 로봇 팔, 컨베이어 벨트, 자동 조립 라인, 농업 기계, 환기 및 조명 시스템에서 널리 사용됩니다.그리고 재료 처리 및 청소 장비는 정확한 제어와 높은 수준의 자동화 통합이 필요합니다..

• 수압추동기:

• 작동 원리:압력 유체 (일반적으로 수압유) 를 전력원으로 사용하여 유체 압력을 기계 운동으로 변환합니다.수압 오일의 압축성이 안정적이고 신뢰할 수있는 밸브 위치를 보장, 일반적으로 강력한 추진력을 생성하는 데 사용되는 대막 대신 피스톤으로.
• 장점:

1. 높은 출력 힘/토크: 상당한 기계력을 생성할 수 있으며, 크고 무거운 용량 또는 고압 밸브를 작동시키는 데 적합합니다.펌프 가동기보다 훨씬 더 큰 출력 힘으로.
2. 고 정밀 위치: 수압유의 압축성이 높기 때문에 매우 정확하고 안정적인 밸브 위치가 가능합니다.
3. 빠른 반응 속도: 급속한 조치를 요구하는 비상 종료 (ESD) 및 밸브 애플리케이션에 적합합니다.
4. 내구성과 견고함, 상대적으로 낮은 유지보수 요구 사항과 긴 서비스 수명
5. 결함 보호 메커니즘을 구현할 수 있습니다.

• 단점:

1. 더 높은 비용으로 복잡한 시스템: 전용 수압 펌프 시스템을 필요로하여 설치 및 시스템 설계가 더 복잡합니다.
2. 유체 누출 위험: 수압 오일 누출을 방지하기 위해 정기적인 유지 관리가 필요합니다.
3. 모든 환경에 적합하지 않습니다. 일부 설계에는 한계가 있을 수 있습니다.

• 전형적인 응용 프로그램:주로 석유 및 가스 파이프 라인, 발전소, 석유 및 천연 가스 산업, 덤비 및 수력 발전소에서 사용됩니다.그리고 빠른 반응.

• 전기-하이드라울릭 액추어터:이러한 액추에이터는 전기 모터와 수압 전력 단위의 장점을 결합하여 전기 제어의 정밀성을 달성하면서 수압 시스템의 높은 출력 힘을 제공합니다.그들은 특히 정확한 밸브 위치 제어가 필요한 원격 위치에 적합합니다..

다음 표에서는 다양한 유형의 액추에이터를 비교합니다.

밸브 위치: 정확한 밸브 위치

밸브 포지셔너는 제어 밸브가 높은 정확성, 반응성 및 안정성을 달성 할 수있는 중요한 "뇌"로 작용합니다. 제어 밸브 조립체 내에서 필수적인 역할을합니다.특히 밸브가 스트로틀링 컨트롤을 필요로 할 때.

에머슨 피셔 밸브 포지셔너

밸브 위치 장치 의 기능 과 중요성

밸브 포지셔너의 핵심 기능은 밸브 스탬프 또는 밸브 샤프트의 실제 위치가 제어 시스템에서 발산되는 명령 신호와 정확하게 일치하는지 확인하는 것입니다.밸브의 실제 위치를 지속적으로 모니터링하고 수정, 그것은 효과적으로 밸브 내부의 본질적인 기계적 한계를 극복합니다. 예를 들어 밸브 줄기 포장, 액추에이터 레이그 및 밸브 플러그에 유체가 가하는 불균형 힘의 마찰과 같은 것입니다.

포지셔너는 내부 폐쇄 루프 피드백 제어 메커니즘을 사용하여 액추에터에 가해지는 압력을 지속적으로 조절하여 ∼ 밸브 스탬프에 작용하는 다른 힘에 대응합니다.∙ 밸브가 제대로 작동하고 제어 신호를 따르도록 하는이 정밀 제어 능력은 다음과 같이 제어 시스템의 전반적인 성능을 크게 향상시킵니다.

제어 정확성 향상: 실제 흐름 속도가 제어 신호와 정확하게 일치하는지 확인하는 것은 작은 오차에도 민감한 프로세스에 매우 중요합니다.

• 더 빠른 반응 시간:급속한 로딩과 환기로 밸브 반응 과정의 변경에 필요한 시간이 줄어듭니다.
• 프로세스 안정성 향상:프로세스 조건의 변화 (압 변동 및 흐름 속도 변화와 같은) 를 보상하면 제품 품질과 시스템 안전에 중요한 일관성있는 통제를 유지합니다.
• 폐기물 감소와 안전성 향상:자원의 활용을 최적화하고 정확한 제어로 사고 위험을 줄입니다.
• 밸브 수명 연장 및 유지보수 비용 감소:시간이 지남에 따라 밸브 성능의 변화를 보상하여 마모를 최소화하여 예측 유지보수를 가능하게합니다.
• 신호 증폭:포지셔너는 더 높은 공기 흐름 속도를 처리 할 수 있으며, 더 빠른 밸브 스탬프 속도와 더 짧은 시간 지연을 제공하여 볼륨 부스터로 기능합니다.
• 밀접한 차단을 달성합니다.0% 신호에서 출력을 최소로 포화시킴으로써, 밸브 플러그는 좌석에 단단히 압축되어 신뢰성 있는 누출 없는 폐쇄를 보장합니다.
• 스프링 없는 듀얼 액션 피스톤 액추어터와 내재 위치 감지 기능이 없는 전기 액추어터에 있어 매우 중요합니다.

밸브 포지셔너의 작동 원리: 닫힌 루프 피드백 제어

밸브 포지셔너의 작동의 핵심은 닫힌 루프 피드백 제어 시스템입니다.기계적 또는 전자적 수단으로 밸브 스탠드 또는 밸브 샤프트의 실제 위치를 측정하는 동안 제어 시스템에서 입력 신호 (설정점) 를 수신합니다.위치 장치 안의 컨트롤러는 설정점과 실제 위치 사이의 차이를 비교하고 오류 신호를 계산합니다.이 오류에 기초하여 액추에이터에 전송되는 출력 신호 (보통 공기압) 를 조정합니다., 따라서 오류가 제거 될 때까지 원하는 위치로 이동하도록 밸브를 운전합니다.

• 기압 포지셔너의 세부 작동 원리:
  공기 위치기는 일반적으로 힘 균형의 원칙에 따라 작동합니다. 기기 공기 신호가 증가하면 신호 대막에 작용합니다.신호 대막에 연결 된 밸브 줄기와 연결 된 판을 오른쪽으로 이동하도록 운전이것은 공급 공기 플레이트를 열고, 공급 공기 압력이 액추에이터 대막에 연결된 출력 끝으로 들어갈 수 있도록하지만 배기가스 플레이트는 닫혀 있습니다.액추에이터 내부 압력 증가 아래로 밸브 줄기를 밀어, 포지셔너 레버가 시계 방향으로 회전하여 램프를 통해 범위 스프링을 압축합니다. 밸브 스탠드는 컨트롤러에 의해 지정된 위치에 도달 할 때까지 계속 움직입니다.이 지점에서 범위 스프링의 압축력은 신호 대막에서 생성되는 힘을 균형을 이루고, 공급 및 배기가스 덤퍼 둘 다 닫아, 밸브의 움직임을 중지. 반대로, 제어 신호가 감소하면 신호 대막에 의해 작용하는 힘이 감소합니다.그리고 범위 스프링의 힘은 좌우에 덤퍼에 연결 된 밸브 줄기를 밀어, 배기가스 완충기를 열고, 액추에이터 압력을 줄이고, 새로운 힘 균형이 설정 될 때까지 밸브 스탠드를 위로 움직이게합니다.

• 디지털 포지셔너 작동 원리:
  디지털 포지셔너는 마이크로프로세서를 사용하여 위치 제어 알고리즘을 실행합니다. 기계적 균형 빔, 캠 및 덤퍼 어셈블리 대신. 마이크로프로세서는 제어 신호를 읽고,디지털 알고리즘을 통해 처리합니다., I/P 변환기에 전송되는 드라이브 전류 신호로 변환합니다. I/P 변환기는 전류 신호를 공기 압력 신호로 변환합니다.그 다음으로 공기 증폭기 릴레이를 통해 액추에이터로 전송됩니다.밸브 위치에 대한 피드백 (일반적으로 홀 효과 센서와 같은 비 접촉 센서) 는 마이크로프로세서에 다시 전송됩니다.밸브 줄기는 올바른 위치에 도달 할 때까지 계속 이동, 이 시점에서 마이크로 프로세서는 I / P 변환기에 드라이브 신호를 안정화하여 정확한 균형을 달성합니다.

밸브 포지셔너 분류 및 특성

작동 원리와 수신 신호의 종류에 따라 밸브 포지셔너를 다음 분류로 분류할 수 있습니다.

• 펌마 위치기:

• 작동 원리:Receives pneumatic signals (typically 3-15 psi or 6-30 psi) and provides corresponding air pressure to the pneumatic actuator to ensure that the valve stem or valve shaft position is proportional to the pneumatic input signal.
• 장점:

1. 간단한 디자인과 구조:제조와 유지보수가 쉽죠.
2. 더 낮은 비용:일반적으로 다른 종류보다 더 경제적입니다.
3. 안정적인 작동:신뢰성 높은 성능으로 유명합니다.
4. 본질적으로 안전합니다.전기가 필요없고, 불꽃도 발생하지 않아 폭발성 환경에 적합합니다.
5. 밸브를 닫는 데 높은 추진력을 줄 수 있습니다.

• 단점:

1. 제한된 정확성 및 해상도: 더 고급형과 비교했을 때 낮은 정확성.

• 전형적인 응용 프로그램:제어 신호와 밸브 액추에이터 둘 다 기압이 있는 단순하고 견고한 애플리케이션에 적합하며, 전기 공급이 불가능하거나 폭발 위험이 있는 환경에도 적합합니다.화학 공장이나 정유 공장 등.

• 전기압력 위치기:

• 작동 원리:전기 제어 신호 (일반적으로 4-20 mA 또는 0-10 VDC) 를 공기 출력 신호로 변환하여 밸브 액추에터를 제어합니다.많은 프로세스 제어 장치가 제어 밸브를 조절하기 위해 4-20 mA DC 신호를 사용하기 때문에, 전압 위치기 (I/P 위치기 또는 센서로도 알려져 있습니다) 는 전자 전류 신호를 공기 압력 신호로 변환하는 데 책임이 있습니다.
• 장점:

1. 더 높은 정확도와 해상도: 순수한 공기 위치기보다 더 높은 정확도를 제공합니다.
2. 전기 제어 신호를 처리할 수 있다: 전기 신호를 제어하기 위해 사용하는 시스템에 적합하다.
3. 다재다능성: 전자 제어의 정확성과 공기 작동의 견고성과 안전성을 결합합니다.
4. 제어 정확도와 반응 시간이 향상되었습니다.

• 단점:

1. 더 복잡한 디자인과 구조:공기 위치기보다 더 복잡합니다.
2. 더 높은 비용:공기 위치기보다 더 비싸요

• 전형적인 응용 프로그램:전기 및 공기 인프라와 함께 산업 환경에서 널리 사용되며 더 높은 정확성과 복잡한 제어 전략을 요구하는 프로세스입니다.

• 디지털 위치기:

• 작동 원리:첨단 디지털 기술을 활용하여, 이 장치들은 밸브 액추에이터를 위치시키고 데이터를 모니터링하고 기록하는 마이크로 프로세서를 사용합니다.또는 HART 같은 디지털 통신 프로토콜, 재단 필드버스, 프로피버스 등).
• 장점:

1. 높은 정확도와 해상도:뛰어난 정확성과 제어 능력을 제공합니다.
2. 고급 진단 기능:밸브 이상 및 악화 징후를 감지하고 자기 진단을 수행하고 유지 보수 비용을 줄이기 위해 예측 유지보수를 지원합니다.
3. 자정 및 원격 모니터링 기능:설정 및 운영을 단순화하여 사용자가 언제 어디서나 설정을 조정하고 구성할 수 있습니다.
4. 낮은 공기 소비:아날로그 포지셔너보다 에너지 효율이 높습니다.
5. 기계적 마모가 없고 최소한의 히스테레시스:특히 비접촉 피드백 기술을 사용할 때 기계적 마모, 느슨해짐, 부식 및 진동 손상 등의 문제를 제거하여 신뢰성과 수명을 크게 향상시킵니다.
6. 간단하고 안정적인 구조로 긴 운용 수명
7. 비용 효율성:초기 비용은 더 높지만 장기적으로는 최적화된 운영과 단축된 다운타임으로 상당한 비용을 절감할 수 있습니다.

• 단점:

1. 더 높은 비용:일반적으로 공기 및 전기 액추에터보다 더 비싸습니다.
2. 비접촉 피드백 기술이 사용되지 않으면 기계적 마모 문제가 여전히 존재할 수 있습니다.

• 전형적인 응용 프로그램:고정밀, 고자동화, 복잡하고 중요한 데이터 수집 및 IoT 통합을 필요로 하는 애플리케이션, 예를 들어 석유 및 가스, 정제, 전력, 화학물질, 직물질 및 종이,생명과학, 식품 및 음료 산업, 광산 산업.

다음 표에서는 다양한 유형의 밸브 위치기를 비교합니다.

선택 고려 사항 및 유지보수 점

적절한 밸브 포지셔너를 선택하는 것은 특정 애플리케이션에서 최적의 성능을 보장하기 위해 여러 가지 요소를 종합적으로 고려해야합니다.

1. 분산 제어 지원:일부 포지셔너들은 입력 신호의 특정 범위에 반응할 수 있으며, 단일 컨트롤러가 더 정확한 제어를 위해 두 개 이상의 밸브를 제어 할