Když se pneumatický válec pohybuje příliš rychle nebo má problémy s klouzavým pohybem, řešení obvykle spočívá ve správném výběru a instalaci regulačního ventilu průtoku. Pneumatický ventil pro řízení průtoku reguluje průtok stlačeného vzduchu pro řízení rychlosti pohonu, což je nezbytné pro jakýkoli automatizovaný systém vyžadující přesné načasování pohybu. Na rozdíl od svých hydraulických protějšků musí tyto ventily zvládat dynamiku stlačitelné tekutiny, kde tlakové poměry a podmínky proudění zvuku zásadně mění regulační charakteristiky.
Jak fungují pneumatické ventily pro regulaci průtoku
Základní funkce spočívá ve vytvoření proměnného omezení v cestě vzduchu. Když stlačený vzduch prochází zúženým otvorem, tlaková energie se přeměňuje na kinetickou energii, čímž vzniká tlaková ztráta, která snižuje průtok po proudu. Ale stlačený vzduch se chová jinak než nestlačitelné kapaliny, což přináší složitosti, které ovlivňují stabilitu ovládání.
Když vzduch proudí přes omezení, poměr mezi tlakem proti proudu ($P_1$) a tlakem po proudu ($P_2$) určuje režim proudění. Při mírném poklesu tlaku se průtok zvyšuje úměrně s tlakovým rozdílem. Jakmile však tlakový poměr $P_2/P_1$ klesne pod kritickou hodnotu (typicky kolem 0,528 pro vzduch), rychlost proudění v hrdle dosáhne místní rychlosti zvuku. Tento stav, nazývaný ucpané proudění nebo zvukové proudění, představuje základní limit.
Při ucpaném průtoku další snižování tlaku ve směru proudění již nezvyšuje hmotnostní průtok. Tok se účinně "vyčerpal" rychlostí zvuku přes tuto velikost otvoru. Tento fyzikální jev poskytuje pneumatickým systémům vlastní stabilitu.
ISO 6358 Standard průtokuTradiční hydraulické hodnoty Cv nedosahují pro pneumatické aplikace, protože jsou založeny na nestlačitelném průtoku vody. Norma ISO 6358 to řeší dvěma parametry:
- Zvuková vodivost (C):Maximální průtok při škrcení, vyjádřený v dm³/(s·bar).
- Poměr kritického tlaku (b):Bod přechodu mezi podzvukovým a zvukovým tokem (typicky 0,2 až 0,5).
Průtokové rovnice založené na těchto parametrech jsou:
Pro ucpaný průtok, když $P_2/P_1 \le b$:
$$ Q = C \cdot P_1 \cdot K_t $$Pro podzvukový tok, když $P_2/P_1 > b$:
$$ Q = C \cdot P_1 \cdot K_t \cdot \sqrt{1 - \left(\frac{\frac{P_2}{P_1} - b}{1 - b}\right)^2} $$Kde $K_t$ je teplotní korekční faktor.
Vnitřní konstrukce a komponenty
Typický regulátor rychlosti kombinuje dvě funkce v jednom kompaktním těle: škrticí a směrový zpětný ventil.
Materiál tělesa ventilu:Výběr závisí na prostředí. Mosaz s poniklováním slouží obecným potřebám továrny, zatímco eloxovaný hliník snižuje hmotnost. Nerezová ocel (304/316) je nezbytná pro mycí plochy a technické plasty (PBT) nabízejí cenově výhodná odlehčená řešení.
Konstrukce jehlového ventilu:Vysoce kvalitní konstrukce používají závity s jemným stoupáním (10-15 otáček) pro přesné ovládání v rozsahu 10-50 mm/s. Úhel úkosu ovlivňuje charakteristickou křivku – lineární úkosy poskytují proporcionální změny, zatímco ekviprocentní úkosy nabízejí jemnější kontrolu při nízkých otvorech.
Konfigurace zpětného ventilu:Integrovaný zpětný ventil umožňuje volný průtok v obráceném směru. Typy břitových těsnění jsou kompaktní, ale mohou unikat při nízkém tlaku; kuličkové nebo talířové typy poskytují těsnější uzavření, ale vyžadují více místa.
Strategie řízení měřeného vstupu vs. měř. výstupu
Instalační poloha zásadně ovlivňuje chování systému. Tento rozdíl způsobuje více problémů v terénu než jakýkoli jiný aspekt pneumatického řízení průtoku.
Meter-Out Control (omezení výfuku)V této konfiguraci zpětný ventil umožňuje volné proudění do válce, zatímco jehla omezuje výfukový vzduch opouštějící protější komoru. Princip činnosti vytváří tlakový polštář. Jak se píst pohybuje, výfukový vzduch vytváří protitlak, zlepšuje tuhost a zabraňuje prokluzování.
Kontrola měřiče (omezení dodávky)Zde jehla omezuje nasávaný vzduch, zatímco výfukové otvory volně. To často vede k nestabilnímu pohybu ("trhání"), protože tlak v zásobní komoře klesá, když se objem zvyšuje, což způsobuje zastavení pístu, dokud se tlak neobnoví.
"Pokud máte pochybnosti, odměřte." Dávkovač je výchozí volbou pro dvojčinné válce. Dávkování by mělo být vyhrazeno pouze pro jednočinné válce (vratná pružina) nebo specifické aplikace s měkkým rozběhem.
| Charakteristický | Meter-Out (výfuk) | Meter-In (dodávka) |
|---|---|---|
| Hladkost pohybu | Vynikající (zabraňuje uklouznutí) | Špatný (náchylný k trhání) |
| Manipulace s nákladem | Dobré tlumení pro překročení zatížení | Nebezpečí útěku při gravitační zátěži |
| Rychlost Stabilita | Vysoká (polštářový efekt) | Variabilní (závisí na dodávce) |
| Nejlepší aplikace | Dvojčinné válce | Jednočinné válce |
Proces výběru a dimenzování ventilu
Správné dimenzování zabraňuje poddimenzovaným ventilům, které omezují sílu pohonu, a předimenzovaným ventilům, které obětují rozlišení regulace rychlosti.
Začněte výpočtem požadovaného průtoku na základě specifikací válce:
$$ Q = \frac{A \cdot L \cdot 60}{t} $$Kde $A$ je plocha pístu (cm²), $L$ je délka zdvihu (cm) a $t$ je doba zdvihu (v sekundách).
Pokles tlaku:Omezte pokles tlaku na ventilu na 0,5-1,0 bar při jmenovitém průtoku. Vyšší kapky plýtvají energií; extrémně nízké kapky indikují předimenzovaný ventil se špatným rozlišením.
Instalace a odstraňování problémů
Nainstalujte regulační ventil průtoku co nejblíže k otvoru pro láhev. Dlouhé trubky vytvářejí stlačitelný objem, který působí jako vzduchová pružina, což zhoršuje odezvu.
Počáteční úprava:Začněte s jehlou na 3-4 otáčky otevřenou. Pokud dojde k vyklouznutí, ověřte kontrolu odměřování. Pokud je pohyb příliš rychlý, zavírejte postupně po čtvrtotáčkových krocích.
| Příznak | Pravděpodobná příčina | Řešení |
|---|---|---|
| Trhavý pohyb (klouzavý pohyb) | Dávkovací ovládání na dvojčinném válci | Překonfigurujte na měřidlo |
| Rychlost se mění uprostřed zdvihu | Kolísání napájecího tlaku | Nainstalujte vyhrazený regulátor |
| Žádná regulace rychlosti | Znečištění nebo zlomená jehla | Zkontrolujte filtr; vyměnit ventil |
| Válec po zastavení driftuje | Zkontrolujte vnitřní netěsnost ventilu | Vyměňte ventil; zkontrolovat kontaminaci |
Údržba a životnost
Pneumatické ventily pro regulaci průtoku se kvalifikují jako komponenty nenáročné na údržbu, ale pravidelná kontrola zabraňuje neočekávaným poruchám.
Za normálních průmyslových podmínek se správně filtrovaným vzduchem (minimálně 40 mikronů) poskytují kvalitní ventily5-10 letživotnosti.
Životnost snižující faktory:
- Znečištěný přívod vzduchu (zkracuje životnost těsnění)
- Extrémní teploty přesahující hodnoty těsnění
- Agresivní seřízení způsobující opotřebení závitu
- Chemická expozice (vyžaduje nerezovou ocel/FKM)
Jak se průmyslové systémy vyvíjejí, pneumatické řízení průtoku se přizpůsobuje začleněním senzorů a síťového připojení. Zatímco nově vznikající elektrické pohony nabízejí přesnost, pneumatika zůstává vynikající pro vysokorychlostní aplikace s krátkým zdvihem, výbušné atmosféry a prostředí s oplachem, kde je vyžadována robustní tolerance přetížení.
