Functies van automatische regelkleppen: De juiste servoconfiguratie selecteren

De pilotgestuurde membraan-globe regelafsluiter is de standaard modulerende afsluiter voor waterdistributie- en behandelingstoepassingen. Het huis is passief: het reageert op het drukverschil tussen de membraandekselkamer en de stroomafwaartse pijpleiding. Het stuurcircuit bepaalt hoe dat drukverschil gecreëerd en behouden wordt. Deze architectuur betekent dat dezelfde fysieke behuizing, gebouwd volgens dezelfde drukwaarde en met dezelfde stromingscoëfficiënt, fundamenteel verschillende hydraulische functies kan leveren door simpelweg het pilotcircuit te veranderen. Het begrijpen van de pilot is de sleutel tot het correct specificeren en in bedrijf stellen van deze kleppen.

Hoe het stuurautomaatcircuit werkt

De klepbehuizing heeft drie hydraulische aansluitingen die van belang zijn: inlaat, uitlaat en deksel. De klep is een afgesloten kamer boven het hoofdmembraan. Wanneer de druk van de klep hoger is dan de druk van de inlaat, duwt het membraan de schijf naar de zitting en sluit de klep. Wanneer de druk van de klep onder de inlaatdruk komt, opent de nettokracht de schijf. De normale werking bevindt zich tussen deze uitersten: de schijf moduleert op een positie waar de hydraulische krachten in evenwicht zijn.

Het basisstuurcircuit neemt een detectieleiding stroomafwaarts van de klep, leidt deze door een stuurventiel en verbindt de stuurautomaatuitgang met de klep. Een zeef en een naaldventiel (stroombegrenzer) bevinden zich in de inlaat naar de klep om te voorkomen dat vuil de pilot bereikt en om de drukreactie van de klep te vertragen. Het stuurventiel zelf bepaalt de functie van het ventiel: een veerbelaste drukgevoelige pilot voor drukvermindering, een vlotterbediende pilot voor niveauregeling, een differentiële druk pilot voor debietregeling.

Standaard ventielfuncties

Een reduceerventiel maakt gebruik van een veerbelaste stroomafwaartse drukpilot. De pilot opent om het deksel leeg te laten lopen als de stroomneerwaartse druk onder het instelpunt van de veer komt, en sluit om de druk in het deksel op te laten lopen als deze hoger wordt. Het instelpunt wordt extern aangepast door aan een stelschroef op het waakvlamhuis te draaien. Dit is de meest voorkomende enkelvoudige functie: drukbeheer in het districtmetergebied, bescherming van stroomafwaartse apparatuur en grenswaardecontrole van drukzones.

Een debietregelklep gebruikt een differentiaaldrukstuurventiel dat over een smoorplaat in de pijpleiding is aangesloten. Als het debiet toeneemt, neemt het drukverschil toe, sluit de pilot en stijgt de dekkingsdruk om de klep te smoren. Als het debiet daalt, daalt het drukverschil, de pilot gaat open en de klep gaat open. De klep handhaaft een ingesteld debiet ongeacht de drukvariatie stroomopwaarts of stroomafwaarts: de juiste keuze voor het balanceren van het debiet tussen parallelle filterbedden of voor het handhaven van een ingesteld vuldebiet van een reservoir.

Een modulerende vlotterafsluiter voor niveauregeling gebruikt een kogeldrijver in het reservoir of de tank om de afsluiter te sturen. Als het waterpeil stijgt, gaat de vlotter omhoog en sluit de pilot geleidelijk. Als het niveau daalt, daalt de vlotter en gaat de klep open. De lengte van de vlotterarm en de initiële hoek bepalen het modulerende bereik. Op afstand bediende vlotterconfiguraties worden gebruikt als de vlotter niet direct op de klepbehuizing gemonteerd kan worden, met een stuurleiding die de vlotterkamer met de klep verbindt.

Een pompregelklep maakt gebruik van een tweetraps afsluitende pilot die snel door de eerste 80 tot 90% van de slag van de pomp gaat en daarna langzaam door de laatste sluiting. De langzame sluitsnelheid wordt ingesteld door een verstelbare naald in het pilotcircuit en wordt tijdens de inbedrijfstelling ingesteld om de drukstijging tot een acceptabel niveau te beperken. Bij boosterstations waar de pomp start tegen een stroomafwaartse hoofdleiding onder druk, zorgt dezelfde pilot voor een gecontroleerde openingsvolgorde om opstartpieken te voorkomen.

Functies combineren

Pilootcircuits kunnen gecombineerd worden om twee of meer functies uit één klepbehuizing te halen. Veel voorkomende combinaties zijn drukvermindering plus elektromagnetische aan-uitschakeling (voor getimed vullen van reservoirs waarbij ook een maximale vuldruk moet worden gehandhaafd), niveauregeling plus maximale drukbegrenzing (om een reservoir tegen overdruk te beschermen als de niveauregeling uitvalt) en debietregeling plus drukontlasting.

Elke extra pilot voegt complexiteit en potentieel voor interactie toe. Een magneetstuurventiel in serie met een drukstuurventiel sluit de klep wanneer deze onder stroom staat, ongeacht de stroomneerwaartse druk: eenvoudig. Een drukontlastingspilot in parallel met een niveauregelingspilot vereist zorgvuldige inbedrijfstelling om ervoor te zorgen dat het ontlastingsinstelpunt boven de maximaal verwachte inlaatdruk bij vol reservoir ligt; anders domineert de ontlastingspilot en gaat de niveauregeling verloren.

Wanneer u kleppen met gecombineerde functies specificeert, vermeld dan elke vereiste functie expliciet en vraag de fabrikant om de pilootconfiguratie en inbedrijfstellingsbeperkingen te bevestigen. Ga er niet van uit dat een combinatie zich naar verwachting zal gedragen zonder dit te controleren.

Maat

De op Kv gebaseerde dimensioneringsbenadering die voor PRV's wordt gebruikt, is van toepassing op alle pilotgestuurde klepafsluiters. De snelheid bij volledig open mag niet meer dan 6 m/s bedragen en de klep moet het grootste deel van zijn levensduur tussen 20% en 80% open zijn. Een regelklep die het grootste deel van zijn levensduur dicht bij gesloten doorbrengt, verliest controle en erodeert de zitting; een klep die permanent dicht bij volledig open werkt, heeft geen ruimte om het debiet te verhogen als de vraag toeneemt.

Voor niveauregelende kleppen is het dimensioneringscriterium het vereiste piekdebiet gedeeld door het beschikbare drukverschil bij piekinstroom. Voor debietregelkleppen bepalen het ontwerpdebiet en de differentiële druk over de smoorplaat onder normale bedrijfsomstandigheden de vereiste Kv. Een opmerking over conversie: vermenigvuldig Kv met 1,156 om US Kv te krijgen, of deel Cv door 1,156 om Kv te krijgen.

Inbedrijfstelling en onderhoud

Het afstellen van de insteldruk op een PRV moet altijd gebeuren onder stroomomstandigheden, niet met het stroomafwaartse systeem geblokkeerd. Sluit de stroomafwaartse afsluiter gedeeltelijk om de vraag te simuleren, observeer de stroomneerwaartse manometer en stel de stuurveer af op de vereiste insteldruk. Afstellen onder geblokkeerde omstandigheden levert een instelpunt op dat onder flow verschuift als gevolg van drukherstel in de klepbehuizing.

De meest voorkomende inbedrijfstellingsfout bij niveauregelende kleppen is een onjuiste instelling van de vlotterarm. De hoek van de vlotterarm halverwege de tank bepaalt het modulerende bereik. Als de arm horizontaal op halverwege de tank is ingesteld, moduleert de klep tussen ongeveer een kwart en driekwart van de tankinhoud. Door de armhoek aan te passen, wordt het modulerende bereik naar boven of naar beneden uitgebreid, zodat het overeenkomt met de vereiste bedrijfsband.

Jaarlijks onderhoud moet bestaan uit het reinigen van het stuurfilter, het testen van de werking van de stuurklep onder stroomcondities en het inspecteren van het membraan op vervorming of barsten. Verstopte voorstuurfilters zijn de belangrijkste oorzaak van storingen aan regelkleppen in bedrijf en de eenvoudigste om te voorkomen.