Como um componente chave de controle na automação industrial, as características dinâmicas e a precisão de controle das válvulas de regulação elétrica afetam diretamente a eficiência operacional e a estabilidade do sistema. Este artigo realiza uma pesquisa aprofundada sobre as características dinâmicas da válvula de controle elétrico, analisa seu desempenho em diferentes condições de trabalho e propõe uma estratégia de controle otimizada e um plano de melhoria estrutural para melhorar a velocidade de resposta, precisão de controle e estabilidade da válvula de controle. Esses resultados de pesquisa fornecerão uma base teórica sólida e suporte técnico para a pesquisa, desenvolvimento e fabricação de produtos de válvulas de controle da CHNLGVF丨中國大乾閥門.

Válvula de controle elétrico; características dinâmicas; estratégia de controle; velocidade de resposta; estabilidade

Válvulas de controle elétrico são amplamente utilizadas nos campos de petróleo, indústria química, energia elétrica e outros setores industriais. Como o atuador em sistemas de controle automático, o desempenho da válvula de controle está diretamente relacionado ao controle preciso do fluxo do processo e à operação segura e estável do sistema. Nos últimos anos, com o aumento da complexidade da produção industrial, os requisitos para as válvulas de controle elétrico em termos de alta precisão, alta velocidade de resposta e capacidade anti-interferência estão aumentando. Com base nas necessidades reais do comércio exterior da China, este artigo discute as características dinâmicas e os métodos de controle das válvulas de controle elétrico, com o objetivo de fornecer estratégias de melhoria tecnológica para P&D e fabricação de alta qualidade de válvulas de controle.

A válvula de regulação elétrica recebe sinais do sistema de controle através do atuador elétrico e aciona o atuador da válvula para ajustar o fluxo, pressão ou temperatura do meio. Seus componentes principais incluem atuadores elétricos, corpos de válvula de regulação, dispositivos de feedback e sistemas de controle. As características dinâmicas da válvula de regulação são principalmente refletidas na velocidade de resposta do sistema aos sinais de entrada, precisão e estabilidade sob diferentes condições de trabalho.

A resposta dinâmica da válvula de controle elétrico inclui todo o processo, desde a entrada do sinal de controle até a mudança na abertura da válvula. Neste processo, a velocidade de resposta do atuador, a inércia do motor, a resistência do corpo da válvula e as características não lineares do sistema afetarão o comportamento dinâmico da válvula de regulação. As características dinâmicas comuns incluem:

Tempo de resposta: O tempo decorrido desde que a válvula recebe o comando até atingir a posição definida é um indicador chave do desempenho da válvula de regulação.

Overshoot e oscilação: Durante o processo de ajuste da válvula, uma resposta muito rápida pode causar overshoot ou oscilação, afetando a estabilidade do sistema.

Tempo de estabilização: O tempo necessário para o sistema restaurar a estabilidade. Um tempo de estabilização excessivo afetará a eficiência do sistema de controle.

Tipo de atuador: O desempenho do atuador elétrico afeta diretamente a resposta dinâmica da válvula de regulação. Os atuadores comuns incluem motores de passo, motores servo, etc. Devido ao seu controle preciso e capacidades de resposta em alta velocidade, os motores servo são amplamente utilizados em situações que requerem alto desempenho dinâmico.

O design estrutural da válvula: O design do corpo da válvula, como a forma do núcleo da válvula, a estrutura do assento da válvula e o design do canal de fluxo, afeta diretamente as características de fluxo do meio e o desempenho de resposta dinâmica. Válvulas com diferentes estruturas apresentam diferenças óbvias em suas características dinâmicas ao lidar com meios de alta velocidade ou alta pressão.

Sistema de controle de feedback: O sistema de controle de feedback de alta precisão pode ajustar a abertura da válvula em tempo real para garantir a estabilidade e a velocidade de resposta do sistema. A precisão do controle das válvulas de regulação elétrica depende em grande parte do design do controle de feedback.

Para estudar as características dinâmicas das válvulas de controle elétrico, este artigo projetou um sistema experimental de simulação que pode testar o desempenho de resposta da válvula em diferentes condições de pressão, temperatura e vazão. O conteúdo do teste inclui o tempo de resposta de abertura e fechamento, precisão de ajuste e estabilidade da válvula. A válvula de controle elétrico usada no teste era um produto existente da CHNLGVF | China Dagangyangmao, e o desempenho de diferentes atuadores (motores de passo e motores servo) foi comparado.

Comparação de tempo de resposta: O tempo de resposta da válvula de controle acionada pelo motor servo é significativamente mais curto do que o da válvula de controle acionada pelo motor de passo. Especialmente em operações de comutação de alta frequência, o motor servo mostra desempenho superior.

Overshoot e oscilação: Quando a velocidade de resposta do atuador é muito rápida, é propenso a ocorrer overshoot e oscilação, especialmente durante o processo de ajuste de mídia de alta pressão. Ajustando os parâmetros de controle de feedback, o fenômeno de overshoot pode ser efetivamente suprimido.

Análise de estabilidade: Sob alta pressão e fluidos de alta velocidade, a estabilidade da válvula de regulação é significativamente afetada. A otimização dos parâmetros de controle da estrutura da válvula e do atuador é um meio importante para melhorar a estabilidade.

Através de testes e análises, é proposta uma estratégia de otimização de controle para válvulas de regulação elétrica.

Estratégia de controle em malha fechada: Usar um sistema de controle de feedback em malha fechada de alta precisão para ajustar a ação do atuador em tempo real pode reduzir efetivamente o tempo de resposta do sistema e melhorar a precisão do controle. Ao mesmo tempo, o controle em malha fechada também pode suprimir o overshoot e a oscilação do sistema e melhorar a estabilidade dinâmica.

Algoritmo de controle adaptativo: Em vista das diferenças nas características dinâmicas de diferentes condições de trabalho, é introduzido um algoritmo de controle adaptativo, que pode ajustar os parâmetros de controle de acordo com as condições de trabalho em tempo real para garantir a resposta e o efeito de controle da válvula.

Para estudar ainda mais as características dinâmicas das válvulas de controle elétrico, este artigo utiliza um método de simulação transitória que combina CFD (dinâmica dos fluidos computacional) e FEM (análise de elementos finitos) para simular o processo de resposta dinâmica da válvula sob diferentes taxas de fluxo e condições de pressão.

Este artigo constrói um modelo de simulação tridimensional de uma válvula de controle elétrica, simulando principalmente as características da dinâmica dos fluidos e a deformação estrutural durante o processo de abertura da válvula. As condições de contorno utilizadas na simulação são consistentes com as condições reais de teste, garantindo a precisão dos resultados da simulação.

Características do fluido: Quando o fluido passa pela válvula, ocorrem mudanças complexas no campo de fluxo. A instabilidade do fluxo do fluido em alta velocidade no início da abertura da válvula tem um impacto significativo na precisão do ajuste.

Deformação estrutural: O impacto do fluido de alta pressão pode causar uma leve deformação na estrutura interna da válvula, o que irá afetar ainda mais a resposta dinâmica da válvula. A otimização do material do corpo da válvula e do design estrutural pode reduzir efetivamente a deformação e melhorar a precisão do ajuste.

Através da análise de simulação, este artigo apresenta sugestões para otimizar a estrutura da válvula, incluindo a melhoria do design do núcleo da válvula, a redução da resistência do canal de fluxo e a melhoria da resistência ao impacto do material, para melhorar ainda mais o desempenho dinâmico da válvula de regulação.

Com base na pesquisa e análise acima, este artigo propõe uma estratégia de melhoria tecnológica para os produtos de válvulas reguladoras CHNLGVF丨中國大乾閥門丨China Dagangyangmao para melhorar sua resposta dinâmica e precisão de controle e atender às necessidades de aplicações industriais de alta qualidade.

Alto desempenho do motor servo: A introdução do motor servo de alta precisão melhora ainda mais a velocidade de resposta e a precisão de controle do atuador, reduzindo o consumo de energia durante a operação.

Design modular: Projete atuadores modulares de acordo com diferentes condições de trabalho, para que possam ser configurados de forma flexível de acordo com as aplicações reais e se adaptem a uma variedade de cenários industriais.

Melhore o design do núcleo da válvula e do assento da válvula: Ao otimizar a forma do núcleo da válvula e a estrutura do assento da válvula, a resistência do fluido é reduzida e a velocidade de resposta dinâmica da válvula de regulação é melhorada.

Melhorar o desempenho do material do corpo da válvula: Utilize materiais de alta resistência e resistência à corrosão para aumentar a estabilidade e durabilidade da válvula em ambientes de alta pressão e alta temperatura.

Controle de feedback inteligente: Combinando o sistema de feedback de dados em tempo real com algoritmos de inteligência artificial para ajustar dinamicamente os parâmetros de controle da válvula para melhorar a velocidade de resposta da válvula e a precisão do ajuste.

Algoritmo de controle adaptativo: Para condições de trabalho complexas, é desenvolvido um algoritmo de controle adaptativo, que pode ajustar automaticamente a estratégia de controle de acordo com o status operacional real e alcançar um ajuste preciso para diferentes condições de trabalho.

Com base nos resultados da pesquisa deste artigo, a CHNLGVF丨中國大乾閥門 implementará as seguintes melhorias no processo de P&D e fabricação de válvulas de controle:

A integração do design modular do atuador e do sistema de controle inteligente melhora o desempenho da válvula de controle em aplicações de alta precisão.

Melhoria de materiais e processos de fabricação, utilizando materiais de alta resistência, alta temperatura e resistência à corrosão para aumentar a confiabilidade do produto e a vida útil do serviço.

O controle de precisão durante o processo de fabricação melhora a eficiência de produção, garantindo ao mesmo tempo a consistência do produto e alta qualidade.

Por meio de uma pesquisa aprofundada sobre as características dinâmicas e estratégias de controle das válvulas de controle elétrico, este artigo propõe uma série de estratégias de melhoria tecnológica, com o objetivo de melhorar as capacidades de resposta dinâmica e precisão de controle dos produtos de válvulas de controle da CHNLGVF丨中國大乾閥門. Através do controle de feedback em malha fechada, otimização de algoritmos inteligentes e melhorias no design estrutural da válvula, o desempenho das válvulas de regulação em aplicações industriais foi significativamente melhorado. Este resultado de pesquisa fornecerá suporte técnico e competitividade de mercado para o desenvolvimento de alta qualidade da CHNLGVF丨中國大乾閥門 na pesquisa e desenvolvimento e fabricação de produtos de válvulas de regulação.