如何使调节器流量曲线变平以减少下垂

如何使调节器流量曲线变平以减少下垂

乔恩·凯斯特纳

一致的压力控制对于工业流体系统的安全运行至关重要。使用调节器保持可靠的下游压力有助于最大限度地减少流量变化，尤其是在高流量系统中。但是，为了维持压力控制并最大限度地减少下垂，您的流体系统可能需要添加外部组件。

什么是下垂？

下垂定义为出口压力随着下游流量的增加而降低。上面显示的图表（图 1）是流量曲线的一个示例。流量曲线是一种有用的工具，用于根据各种系统流量确定调节器将维持的出口压力范围。流量曲线是通过产品测试创建的，代表了给定系统参数集的调节器的真实性能。

垂直轴显示出口压力，水平轴显示下游流量。曲线中最平坦或最水平的部分表示调节器将保持一致压力的位置——即使流量发生重大变化。曲线的最右侧表示调节器将完全打开且无法保持一致压力的位置。在这个区域内——在压力开始迅速下降到接近零的位置之间——提升阀达到其行程极限，导致失去控制。在这一点上，调节器的作用不太像压力控制装置，而更像是一个节流孔。

虽然每个减压调节器都会出现一些下降，但您可以采取措施尽量减少这种现象。通过为您的系统选择正确的调节器配置，可以获得更平坦的流量曲线。下面解释了四种不同的减少下垂的选项。

选项 A：一个简单的弹簧加载调节器

最常见的减压调节器类型是弹簧加载调节器。在这种设计中，弹簧在传感元件（隔膜或活塞）上施加力，使提升阀靠近或远离孔口，从而控制下游压力。我们将使用弹簧加载调节器作为我们的基准。

在减少下垂方面，弹簧加载减压调节器可为一般应用提供可接受的性能。在这种配置中，随着系统流量需求的增加，调节器提升阀从阀座上移开以允许额外的流量，这反过来又允许加载弹簧放松，从而降低加载力和调节器设定点。随着流量需求的变化，下垂量取决于加载弹簧刚度，在某些情况下，如果需要高精度，可能需要经常手动调整回所需的设定压力。

改善下垂和平坦流量曲线的更有效选择是圆顶加载减压调节器。这种类型的调节器中的加载力不是由弹簧控制的，而是由容纳在圆顶腔室中的加压气体控制的。气体使隔膜弯曲，使提升阀远离孔口并控制下游压力。下面的其余选项将探讨圆顶负载稳压器在与各种组件和设计修改相结合时如何通过最大限度地减少下降来提供增强的性能。

选项 B：带先导调节器的圆顶加载调节器

选项 B 将圆顶加载减压调节器与先导调节器连接起来。在这种配置中，加载圆顶的调节器通过在圆顶腔中保持恒定压力来响应压力变化。先导调节器用于控制向圆顶加载调节器的圆顶室供应气体。如上图 2 所示，任何多余的圆顶压力都通过出口回路释放。

随着系统流量需求的增加，提升阀将离开阀座以允许额外的流量。然而，与弹簧加载的调节器不同，没有可以放松的加载弹簧。相反，隔膜向下弯曲，扩大圆顶腔，略微降低圆顶压力。先导调节器感应圆顶压力的下降，并通过打开做出响应，以允许额外的气体进入圆顶并保持预期的设定压力。如果下游系统流量需求减少，提升阀将上升靠近阀座，将隔膜向上推入圆顶并略微增加圆顶中的压力。允许该过压通过动态控制出口回路排放到调节器的下游侧。

图 2：选项 B 配置具有带先导调节器的圆顶加载调节器和用于控制圆顶压力的动态控制出口回路。

如果我们返回图 1，此配置表示为标题为“选项 B”的流量曲线。与选项 A 相比，基线弹簧加载调压器曲线、圆顶加载调压器和先导调压器配置提供了更多动态压力控制。虽然仍有一些下降，但流量曲线更平坦——这代表了一种调节器，可以在很宽的流量范围内更准确地保持设定压力。标准圆顶加载调节器可用于许多系统，而无需担心出口压力明显下降。然而，使用下面解释的其他配置可以进一步减少下垂。

选项 C：连接到圆顶负载调节器的外部反馈线

通过向圆顶负载调节器添加外部反馈可以实现额外的精度。通过将一根管子从下游工艺管线连接回圆顶加载调节器的传感区域，外部反馈被发送到调节器。

外部反馈管线将压力从调节器下游系统中的某个点引导到调节器传感区域。这允许调节器对系统中该点的压力变化做出反应，而不是像标准圆顶加载调节器设计那样仅对调节器内的压力变化做出反应。

如果我们回到图 1，选项 C 表示为第三条流量曲线。在达到临界阻塞点之前，工作流量会扩大。虽然这个流量曲线比前两个选项更平坦，但它仍然表现出一些下降。

选项 D：连接到先导调节器的外部反馈线

我们的最后一个选项提供了使流量曲线变平的最佳配置。如上图 4 所示，外部反馈线直接连接到先导调节器，而不是圆顶负载调节器。这使得先导调节器能够根据实际下游压力对圆顶加载调节器腔室中的压力进行高精度调整，从而允许圆顶加载调节器通过改变其出口压力进行补偿。

随着系统流量需求的增加，较低的压力通过增加的反馈管线被引导回先导调节器。指挥器通过增加圆顶加载调节器中的压力来对这种压力变化做出反应，从而产生适当的下游设定压力。在这种配置中，反馈回路可实现连续、自动调整，以稳定系统以优化性能。这在图 1 中显示为具有微弱下垂和宽流量范围的最终流量曲线。

所有监管机构都会表现出一些下降。根据您的系统，下垂可能是可以接受的。但是，当流量变化时保持压力恒定至关重要时，正确的调节器配置会有所帮助。有关如何为您的流体系统选择合适的减压调节器配置的更多信息，请联系您当地的世伟洛克销售和服务中心进行专家评估。