Сервоклапаны (аналоги MOOG)

Сервоклапаны

Сервоклапаны являются ключевыми компонентами в системах автоматизации производства и управлении технологическими процессами. Они способны преобразовывать небольшой входящий электросигнал в большой выходящий гидравлический.

Другими словами, приборы могут исполнять роль гидроусилителей, которые широко применяются во многих современных гидравлических приводах. Они используются в таких отраслях, как энергетика, химическая и нефтегазовая промышленность, а также  при изготовлении станков, самолетов, и космической техники.

Данными устройствами можно управлять  как вручную, так и автоматически с помощью специального программного обеспечения и электроники.

Гидравлические  сервоклапаны состоят из нескольких основных компонентов:

• Корпус. Изготавливается из металла или пластика, служит для защиты внутренних компонентов от воздействия внешней среды.

• Привод. Механизм, который контролирует движение штока, что в свою очередь регулирует поток вещества через клапан.

• Запорный элемент. Может быть выполнен в виде шара, диска или иглы и является основным регулирующим элементом клапана.

• Сенсор положения. Используется для определения текущую позицию штока и передачи этой информации СУ.

• Система управления (СУ). Может быть как автономной, так и подключенной к СУ производственным процессом.

Принцип работы сервоклапана сопло-заслонка

В устройстве с регулирующим элементом сопло-заслонкой, малый электросигнал преобразуется в перемещение “якоря” с заслонкой, расположенной между соплами. Такое перемещение заслонки позволяет значительно изменить гидравлическое сопротивление, что приводит к изменению параметров потока и положения золотника. Данная позиция контролируется при помощи специальных датчиков. При возникновении отклонения одного из заданного параметра, через систему обратной связи вводится специальная корректировка заслонки, которая посредством изменения параметров потока жидкости, способна скорректировать положение золотника.

Электропневматические приборы и их особенности

Электропневматические модели являются наиболее распространенным типом сервоклапанов. Они используются для регулирования потока сжатого воздуха или других газов в различных системах.

Принцип работы сервоклапана такого типа основан на использовании сигнала, который поступает от СУ и изменяет положение штока, а также давление газа в системе. В зависимости от величины давления, газ может проходить через клапан с различной скоростью, что обеспечивает точное управление потоком.

Купить сервоклапан

В современном промышленном производстве выбор качественного оборудования имеет решающее значение для обеспечения эффективной работы. Одним из таких критически важных элементов являются сервоклапаны и пропорциональные клапаны, которые играют основную роль в автоматизации процессов управления потоками жидкостей и газов. Эти устройства обеспечивают высокую точность регулирования давления и расхода, что позволяет оптимизировать производственные процессы.

При покупке сервоклапанов важно обращать внимание на их технические характеристики, такие как диапазон рабочих температур, максимальное рабочее давление и тип подключения. Пропорциональные клапаны, в свою очередь, должны удовлетворять требованиям по быстродействию и надежности.

Не менее важным этапом является техническое обслуживание данных устройств. Регулярная проверка и замена изношенных компонентов способствуют продлению срока службы оборудования и предотвращают аварийные ситуации. Качественное обслуживание включает в себя очистку, смазку и калибровку клапанов, что гарантирует их бесперебойную работу и высокую производительность в течение всего жизненного цикла. Таким образом, грамотный выбор и регулярное обслуживание сервоклапанов и пропорциональных клапанов являются залогом успеха в любой отрасли, где используются системы автоматизации.

Для стандартной программы поставки (не для замены MOOG)

Пример:

Модель клапана: сопло-заслонка двухкаскадный сервоклапан с универсальным интерфейсом
Параметры заказа: номинальный расход 100 л/мин (при dP=70 бар), максимальное давление 250 бар, номинальный ток ±40 мА, уплотнения из NBR

Код заказа = SFL218-100/25/40A

Выбор клапана

При выборе электрогидравлического сервоклапана следует обратить внимание на следующее:

1. Гидравлические характеристики
1.1 Давление подачи
(1) Клапан сервомотора должен обычно работать в диапазоне давления поставки (2〜35) МПа;
(2) За исключением номинального расхода, все эксплуатационные показатели образцов должны испытываться при 21 МПа;
(3) Пороговый и динамический отклик сервоклапанов, кроме клапана прямого привода, становятся хуже при снижении давления питания;
(4) Нулевое смещение изменяется, если сервоклапан не работает при номинальном давлении;
(5) При давлении питания, отличном от номинального, рассчитывается фактический расход сервоклапана по следующей формуле:

где, Q - фактический расход под давлением P подачи;
Qn - номинальный расход;
P - фактическое давление подачи;
Pn - Номинальное давление подачи

1.2 Давление возврата
(1) Возвратное давление может изменяться в пределах определенного диапазона (не более 5 МПа), но его изменение будет вызвать нулевой сдвиг сервоклапана;
(2) Не допускается, чтобы давление возврата превышало давление подачи во избежание обратного потока в каскад гидроусилителя.

1.3 Испытательное давление и давление разрыва
(1) Давление тестовое
Каналы Р,А,В = 1,5Pn
Канал Т = 1.0Pn
(2) Давление разрыва
Каналы Р,А,В = 2,5Pn
Канал Т = 1,5Pn или 35MPa до максимума

1.4 Рабочая жидкость и соответствующий уплотняющий материал
(1) Минеральное гидравлическое масло - NBR/фторкаучук;
(2) Авиационный керосин - NBR/фторкаучук;
(3) Фосфатные эфиры - EPDM.

1.5 Степень загрязнения рабочей жидкости
Степень загрязнения рабочей жидкости должна превосходить NAS1638-6; в противном случае обслуживание срок службы сервоклапана будет снижен.

2 Электрические характеристики
2.1 Сборка разъема
(1) Универсальный электрический штекер (электроразъем) поставляется вместе с клапаном;
(2) Распиновка имеет четыре дополнительных штыря и подключается, как показано ниже при отсутствии у пользователя особых требований.

2.2 Подключение катушки/разъема
Штекер подключается к катушке, как показано ниже:

2.3 ШИМ (Осцилляция)
(1) ШИМ определяется как вибрация, добавляемая к входному сигналу для улучшения характеристики сервоклапана;
(2) Производительность сервоклапана образца измеряется в условиях отсутствия ШИМ;
(3) Добавление ШИМ может улучшить гистерезис и порог сервоклапана, но увеличится
внутренняя утечка;
(4) Частота осцилляции обычно (100〜400) Гц, а амплитуда (10〜20) %In.

2.4 Сервоусилитель
(1) Сервоусилитель определяется как усилитель, который принимает команды и выводит ток на катушку двигателя с крутящим моментом сервоклапана;
(2) Сервоусилитель должен использовать отрицательную обратную связь глубокого тока для устранения усиления изменение и фазовое отставание сервоклапана, вызванное изменением полного сопротивления катушки.

3 Статические характеристики
3.1 Полярность
(1) Положительная полярность входного тока
Одна катушка: 1 (A) +，2 (B) -; 3 (C) +, 4 (D) -
Последовательная катушка: 1 (A) +, 4 (D) -; 2 (B), соединенный с 3 (C)
Параллельная катушка: 1 (A), соединенная с 3 (C), и 2 (B) с 4 (D)
(2) Определение: Для ввода тока положительной полярности направление потока «P-2 (B), 1 (A) 一R (T)» определяется как положительная полярность потока.

3.2 Расходная характеристика без нагрузки
(1) Определение: Измеряется при открытии клапана (без нагрузки);
(2) Номинальный расход, гистерезис, нулевое смещение, нелинейность, несимметрия и другие показатели сервоклапана могут быть получены из кривой расхода без нагрузки;
(3) В областях ± 3% нулевого положения диапазон изменения коэффициента усиления потока нулевого перекрытия (± 2,5%) клапан сервомотора (50〜200) % номинальной коэффициент усиления.

Расходная характеристика без нагрузки

3.3 Характеристики давления
(1) Определение: измеряется в нулевой зоне сервоклапана, когда окно нагрузки закрыто;
(2) Усиление давления и нулевое смещение сервоклапана могут быть получены из характеристики давления кривая;
(3) Усиление давления сервоклапана ухудшается износом рабочей кромки.

Кривая давления

3.4 Характеристики внутренней утечки
(1) Определение: измеряется, когда окно нагрузки закрыто;
(2) Внутренняя утечка, нулевая утечка и постоянная утечка сервоклапана могут быть получены из характеристическую кривую внутренней утечки;
(3) Нулевая утечка сервоклапана увеличивается с износом рабочей кромки.

Утечки в клапане

3.5 Характеристики нагрузки
(1) Определение: Измеряется при заданном давлении питания и различных входных сигналах изменение перепада давления нагрузки;
(2) Рабочая точка сервоклапана может быть определена на основе характеристической кривой нагрузки.

Нагрузочная кривая

3.6 Пороговое значение
(1) Определение: измеряется вблизи нулевого положения (10% In);
(2) Порог сервоклапана ухудшается при снижении давления подачи, износе
рабочая кромка и загрязнение рабочей жидкости.

Кривая порогового значения

3.7 Нулевое смещение
(1) Нулевое смещение измеряется при стандартных условиях испытаний после того, как гистерезис сервоклапана убран;
(2) Нулевое смещение сервоклапана допускается до 6% в течение срока службы.

3.8 Перекрытие
(1) Нулевое перекрытие сервоклапана по умолчанию; фактическое перекрытие в пределах ± 2,5% номинального тока;
(2) Положительное перекрытие сервоклапана: нулевой коэффициент усиления потока и нулевая утечка уменьшаются, и
снижение усиления давления;
(3) Отрицательное перекрытие сервоклапана: нулевой коэффициент усиления потока и нулевая утечка увеличиваются, в то время как
уменьшение усиления давления.

a) Нулевое перекрытие
b) Положительное перекрытие
c) Отрицательное перекрытие

4 Динамические характеристики
4.1 Передаточная функция
(1) Когда полоса пропускания выбранного сервоклапана намного выше рабочей частоты
в системе для расчета динамических характеристик может использоваться следующая формула:

(2) Когда полоса пропускания выбранного сервоклапана равна рабочей частоте системы,
для расчета динамических характеристик может использоваться следующая формула:

где Q - выходной расход (л/мин);
I - входной ток (мА);
K - коэффициент усиления сервоклапана [л/(мин*мА)];
T - постоянная времени сервоклапана (с);
w - внутренняя частота сервоклапана как элемента второго порядка (рад/с);
Е - коэффициент демпфирования сервоклапана как элемента второго порядка.

4.2 Частотная характеристика
(1) Определение: Измеряется при открытой нагрузке (без нагрузки), данном давлении питания и различных входных сигналов;
(2) Амплитудное отношение и фазовое отставание сервоклапана могут быть получены на основе характеристической частотной кривой;
(3) Отношение амплитуд частотной характеристики сервоклапана должно быть не более + 2 дБ

Амплитудо-фазовая-частотная характеристика (АФЧХ) (она же Боде диаграмма)

Выходные испытания клапана

Система контроля рабочих характеристик сервоклапана состоит из трех частей, а именно насоса станция, испытательный стенд и система управления. Силовые сервоклапаны - Методы испытаний, QJ504A-1996 Общие технические требования к электрогидравлическим клапанам. Методы испытаний сервоклапанов управления потоком для  электрогидравлических сервоклапанов. Эта система использует технологию  автоматического управления ПЛК для реализации компьютерных данных измерения, управления и обработки для испытания сервоклапана. Она служит для установки гидравлического нуля, очистки и позволяет проводить статические испытания и динамические испытания различных типов сервоклапанов.

Кривая расхода без нагрузки

Утечки клапана

Кривая давления

Частотные характеристики клапана

1. Для монтажного основания сервоклапана шероховатость поверхности должна быть ниже 1,6, а плоскостность менее 0,01 мм. Высокая плоскостность может вызвать деформацию корпуса сервоклапана и соответствующих прецизионных деталей, увеличить силу трения скользящего клапана и ухудшить работу сервоклапана. Монтажное основание должно быть чистым и свободным от грязи. Следует обратить внимание на предотвращение установки сервоклапана на любых деталях машины, подверженных сильной вибрации или резкому перемещению. Ось сердечника клапана не должна находиться в направлении движения деталей машины, если необходимо установить сервоклапан на деталях машины, подвергающихся резкому перемещению.
2.  Поскольку двигатель с крутящим моментом сконструирован из постоянной магнитной стали, вблизи сервоклапана не должно быть сильного поля электромагнитных помех.
3. Маслобак должен быть герметичным; на входе в сервоклапан должен быть предусмотрен масляный фильтр с абсолютными фильтрующими precisionW10pm; после замены масла следует использовать чистящий блок для циркуляции до соответствия уровня загрязнения рабочей жидкости требованиям для установки сервоклапана;

Помимо уровня загрязнения, гидроисточник должен отвечать следующим требованиям:
4. Амплитуда пульсации давления гидроисточника должна быть как можно ниже, так как большая амплитуда может вызвать вой сервопривода и привести к обрыву пружинной трубки двигателя крутящего момента в неблагоприятных условиях. 
5. Гидравлический источник должен иметь надлежащую систему охлаждения. Во время работы температура масла должна регулироваться в определенном диапазоне. Изменение или чрезмерно высокая температура масла ухудшит рабочие характеристики и срок службы сервоклапана.
6. Если в гидравлическом источнике используется насос с регулируемым давлением, система подачи масла должна быть оборудована аккумулятором масла большой емкости, так как мгновенный поток сервоклапана значительно изменяется во время работы системы, и такой изменяющийся поток может быть дополнен только аккумулятором, но не мгновенно регулируемым насосом с механизмом с изменяемым рабочим объемом медленной реакции.