Регулирование вакуума в буферном резервуаре низкого давления — применение пропорциональных регулирующих клапанов.

Регулирование вакуума в буферном резервуаре низкого давления

Аннотация: Буферные резервуары низкого давления широко используются в различных вакуумных процессах и оборудовании. В данной статье основное внимание уделяется использованию пропорционального регулирующего клапана для точного контроля степени вакуума в буферном резервуаре в полном диапазоне, а также предлагаются соответствующие решения в зависимости от различных диапазонов степени вакуума и объема буферного резервуара для удовлетворения различных требований к точному контролю вакуумного давления в буферном резервуаре в различных процессах низкого давления.

1. Введение

Резервуар низкого давления — это тип вакуумной емкости, широко используемый в вакуумных системах для предотвращения чрезмерной циркуляции вакуумных насосов путем создания вакуумного «хранилища». Основной принцип его работы заключается в использовании удерживающего объема для обеспечения более плавной работы вакуумной системы. В процессе вакуумирования резервуар низкого давления в основном имеет следующие две конструктивные формы:

(1) Снижение колебаний степени вакуума: буферный резервуар устанавливается между вакуумными установками, чтобы предотвратить распространение колебаний степени вакуума в непрерывном процессе.

(2) Независимая работа: Между блоками устанавливаются буферные резервуары, позволяющие осуществлять независимую работу, например, во время временных остановок и между блоками непрерывного и периодического действия.

При автономной работе буферный резервуар низкого давления, как правило, должен выполнять следующие функции:

(1) Для технологических емкостей малого объема трудно обеспечить высокоточный постоянный вакуум или программный контроль, а колебания и неточность вакуума затрудняют соответствие требованиям процесса. Для этого к технологической емкости последовательно подключается буферный резервуар низкого давления большого объема, и эта проблема может быть полностью решена за счет точного контроля степени вакуума в буферном резервуаре.

(2) Обеспечить функцию разделения газа и жидкости, чтобы предотвратить прямое попадание рабочей жидкости в вакуумный насос.

(3) Обеспечить функцию конденсации, чтобы предотвратить превращение части растворителя в реакционном сосуде в газ и его прямое попадание в вакуумный насос, тем самым снижая частоту отказов вакуумного насоса и увеличивая срок его службы.

Основная цель данной статьи — рассмотрение использования пропорционального регулирующего клапана для точного контроля степени вакуума в буферном резервуаре в полном диапазоне, а также предложение соответствующих решений для удовлетворения различных требований к точному контролю вакуумного давления в буферном резервуаре в различных процессах низкого давления.

2. Решение

В процессе точного регулирования степени вакуума в буферном резервуаре низкого давления основным методом управления является регулировка потока воздуха на входе и выходе из резервуара, а также достижение точного контроля внутреннего давления в резервуаре за счет динамического баланса потока на входе и выходе, что называется методом динамического баланса. Однако в различных вакуумных процессах и оборудовании предъявляются разные требования к диапазону вакуума в буферном резервуаре низкого давления, и соответствующие режимы динамического управления также различаются. Кроме того, для буферных резервуаров низкого давления разных размеров требуются разные регулирующие устройства для достижения быстрого и точного контроля степени вакуума в резервуаре. Для этих различных требований ниже будут предложены соответствующие конкретные решения и подробная информация об устройствах.

2.1 Методы контроля низкого вакуума (высокого давления) и высокого вакуума (низкого давления)

Как правило, под вакуумом (или низким давлением) понимается абсолютное давление ниже одной атмосферы (760 Торр), а весь диапазон вакуума делится на три части: низкий вакуум (10–760 Торр), высокий вакуум (0,01–10 Торр) и сверхвысокий вакуум (<0,01 Торр). В данной статье будет рассмотрен только точный контроль степени вакуума в двух диапазонах: низком и высоком. Для сверхвысокого вакуума не существует эффективных технических средств для точного контроля, и он в основном достигается лишь за счет регулирования порядка величины производительности вакуумного насоса.

При управлении степенью вакуума в буферных резервуарах низкого и высокого вакуума методом динамической балансировки для достижения быстрых и точных результатов управления необходимо использовать два режима управления: перед резервуаром и после него. Переключение режимов позволяет обеспечить точное управление всем диапазоном вакуума.

Общая структура системы управления степенью вакуума в буферном резервуаре низкого давления, работающей по методу динамического равновесия, показана на рисунке 1. Вся система управления степенью вакуума в буферном резервуаре состоит в основном из впускного клапана, выпускного клапана, вакуумного насоса, вакуумного датчика и ПИД-регулятора. Их соответствующие функции следующие:

(1) Роль пропорционального клапана регулирования потока на входе заключается в регулировании потока на входе. В процессе вакуумного регулирования буферного резервуара поток входящего воздуха обычно регулируется в небольшом диапазоне, поэтому впускной клапан обычно представляет собой электрический игольчатый клапан.

(2) Функция пропорционального клапана регулирования расхода выхлопных газов заключается в регулировании потока воздуха. В процессе регулирования степени вакуума в буферном резервуаре поток всасываемого воздуха обычно регулируется в широком диапазоне, поэтому диаметр впускного клапана обычно необходимо настраивать в соответствии с потребностями, что будет подробно описано позже.

(3) Роль вакуумного насоса заключается в обеспечении источника вакуума. В процессе контроля степени вакуума в буферном резервуаре вакуумный насос следует выбирать в соответствии с требуемой степенью вакуума и объемом буферного резервуара.

(4) Функция датчика вакуума заключается в измерении степени вакуума буферного резервуара в реальном времени и передаче измерительного сигнала обратно в ПИД-регулятор. В процессе регулирования степени вакуума буферного резервуара датчики должны выбираться в соответствии с диапазоном степени вакуума и требованиями к точности буферного резервуара. Как правило, в каждом из диапазонов низкого и высокого вакуума должен быть установлен вакуумметр. Для обеспечения точности измерения обычно выбирается емкостной вакуумметр.

(5) Функция ПИД-регулятора заключается в регулировании пропорционального расходомера впускного и выпускного клапанов соответственно на основе полученного сигнала степени вакуума, так что степень вакуума в буферном резервуаре достигает заданного значения или изменяется в соответствии с заданной программой. При регулировании степени вакуума в полном диапазоне, если для охвата всего диапазона требуются два вакуумметра с разными диапазонами, необходим двухканальный ПИД-регулятор с функцией автоматического переключения датчиков, чтобы процесс управления в разных диапазонах мог осуществляться автоматически. Если для достижения высокоточной регулировки вакуума используется емкостной вакуумметр, соответствующий ПИД-регулятор должен иметь 24-битный АЦП и 16-битный ЦАП высокой точности.

В различных диапазонах вакуума буферного резервуара для обеспечения точности управления требуются следующие различные режимы управления.

(1) Режим управления по потоку: Режим управления по потоку также называется режимом регулировки впуска и в основном подходит для точного управления в диапазоне высокого вакуума. В режиме управления по потоку пропорциональный регулирующий клапан отвода практически полностью открыт и выпускает воздух на полной скорости, а точное управление высоким вакуумом в буферном резервуаре достигается путем регулирования потока воздуха на входе.

(2) Режим управления потоком: Режим управления потоком также известен как режим регулировки выхода воздуха, который в основном подходит для точного управления в диапазоне низкого вакуума. В режиме управления потоком пропорциональный регулирующий клапан впуска в основном имеет фиксированное положение открытия, то есть поток на входе фиксирован, а точное управление низким вакуумом в буферном резервуаре достигается путем регулирования потока отработавших газов.

Кроме того, следует отметить, что независимо от выбранного режима управления, точность управления также ограничена точностью вакуумного датчика и ПИД-регулятора. Поэтому, помимо выбора разумных режимов управления на входе и выходе, необходимо также выбирать разумные датчики и контроллеры в соответствии с различными требованиями к точности.

2.2 Вакуумный контроль различных объемов буферных резервуаров

При точном регулировании степени вакуума в буферном резервуаре, помимо выбора вышеупомянутого режима управления, также возникает проблема скорости регулирования, то есть, в зависимости от объема буферного резервуара и диапазона регулирования степени вакуума, определяется разумная степень вакуума и точная скорость регулирования. Этот аспект в основном включает в себя следующие два аспекта и основные принципы:

(1) Для буферного резервуара малого объема можно выбрать пропорциональный клапан регулирования потока на входе, пропорциональный клапан регулирования потока на выходе и вакуумный насос с возможностью регулирования малого расхода.

(2) Для буферного резервуара большего объема могут потребоваться впускной клапан, выпускной клапан и вакуумный насос с большей возможностью регулировки расхода.

Для получения дополнительной информации о пропорциональном регулирующем клапане потока, пожалуйста, посетите:
https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm