Como un componente clave de control en la automatización industrial, las características dinámicas y la precisión de control de las válvulas de regulación eléctrica afectan directamente la eficiencia operativa y la estabilidad del sistema. Este artículo realiza una investigación en profundidad sobre las características dinámicas de la válvula de control eléctrica, analiza su rendimiento bajo diferentes condiciones de trabajo y propone una estrategia de control optimizada y un plan de mejora estructural para mejorar la velocidad de respuesta, la precisión de control y la estabilidad de la válvula de control. Estos resultados de investigación proporcionarán una sólida base teórica y soporte técnico para la investigación, desarrollo y fabricación de productos de válvulas de control de CHNLGVF丨中國大乾閥門.

Keywords: válvula de control eléctrico; características dinámicas; estrategia de control; velocidad de respuesta; estabilidad

Las válvulas de control eléctricas son ampliamente utilizadas en campos industriales como el petróleo, la industria química, la energía eléctrica y otros. Como actuador en sistemas de control automático, el rendimiento de la válvula de control está directamente relacionado con el control preciso del flujo del proceso y la operación segura y estable del sistema. En los últimos años, con el aumento en la complejidad de la producción industrial, los requisitos para las válvulas de control eléctricas en términos de alta precisión, alta velocidad de respuesta y capacidad antiinterferencias están aumentando. Basándose en las necesidades reales del comercio exterior de China, este artículo discute las características dinámicas y los métodos de control de las válvulas de control eléctricas, con el objetivo de proporcionar estrategias de mejora tecnológica para el desarrollo y fabricación de alta calidad de las válvulas de control.

La válvula de regulación eléctrica recibe señales del sistema de control a través del actuador eléctrico y acciona el actuador de la válvula para ajustar el flujo, la presión o la temperatura del medio. Sus componentes principales incluyen actuadores eléctricos, cuerpos de válvula de regulación, dispositivos de retroalimentación y sistemas de control. Las características dinámicas de la válvula de regulación se reflejan principalmente en la velocidad de respuesta del sistema a las señales de entrada, la precisión y la estabilidad bajo diferentes condiciones de trabajo.

La respuesta dinámica de la válvula de control eléctrica incluye todo el proceso desde la entrada de la señal de control hasta el cambio de apertura de la válvula. En este proceso, la velocidad de respuesta del actuador, la inercia del motor, la resistencia del cuerpo de la válvula y las características no lineales del sistema afectarán el comportamiento dinámico de la válvula de regulación. Las características dinámicas comunes incluyen:

Tiempo de respuesta: El tiempo desde que la válvula recibe la orden hasta que alcanza la posición establecida es un indicador clave del rendimiento de la válvula de regulación.

Sobrepasar y oscilación: Durante el proceso de ajuste de la válvula, una respuesta demasiado rápida puede causar un sobrepaso o una oscilación, afectando la estabilidad del sistema.

Tiempo de estabilización: El tiempo necesario para que el sistema restaure la estabilidad. Un tiempo de estabilización excesivo afectará la eficiencia del sistema de control.

Tipo de actuador: El rendimiento del actuador eléctrico afecta directamente la respuesta dinámica de la válvula de regulación. Los actuadores comunes incluyen motores paso a paso, motores servo, etc. Debido a su control preciso y capacidades de respuesta de alta velocidad, los motores servo son ampliamente utilizados en situaciones que requieren un alto rendimiento dinámico.

El diseño estructural de la válvula, como la forma del núcleo de la válvula, la estructura del asiento de la válvula y el diseño del canal de flujo, afecta directamente las características de flujo del medio y el rendimiento de respuesta dinámica. Las válvulas con diferentes estructuras presentan diferencias obvias en sus características dinámicas al manejar medios de alta velocidad o alta presión.

Sistema de control de retroalimentación: El sistema de control de retroalimentación de alta precisión puede ajustar la apertura de la válvula en tiempo real para garantizar la estabilidad y la velocidad de respuesta del sistema. La precisión del control de válvulas de regulación eléctrica depende en gran medida del diseño del control de retroalimentación.

Con el fin de estudiar las características dinámicas de las válvulas de control eléctrico, este documento diseñó un sistema experimental de simulación que puede probar el rendimiento de respuesta de la válvula en diferentes condiciones de presión, temperatura y caudal. El contenido de la prueba incluye el tiempo de respuesta de apertura y cierre, la precisión de ajuste y la estabilidad de la válvula. La válvula de control eléctrico utilizada en la prueba era un producto existente de CHNLGVF丨中國大乾閥門丨China Dagangyangmao, y se comparó el rendimiento de diferentes actuadores (motores paso a paso y motores servo).

Comparación de tiempo de respuesta: El tiempo de respuesta de la válvula de control impulsada por el motor servo es significativamente más corto que el de la válvula de control impulsada por el motor paso a paso. Especialmente en operaciones de conmutación de alta frecuencia, el motor servo muestra un rendimiento superior.

Sobrepasar y oscilación: Cuando la velocidad de respuesta del actuador es demasiado rápida, es probable que ocurran sobrepasos y oscilaciones, especialmente durante el proceso de ajuste de medios de alta presión. Ajustando los parámetros de control de retroalimentación, el fenómeno de sobrepaso puede ser suprimido de manera efectiva.

Análisis de estabilidad: Bajo medios fluidos de alta presión y alta velocidad, la estabilidad de la válvula de regulación se ve significativamente afectada. Optimizar los parámetros de control de la estructura de la válvula y el actuador es un medio importante para mejorar la estabilidad.

A través de pruebas y análisis, se propone una estrategia de optimización del control para válvulas de regulación eléctrica.

Estrategia de control en lazo cerrado: Utilizar un sistema de control de retroalimentación en lazo cerrado de alta precisión para ajustar la acción del actuador en tiempo real puede reducir eficazmente el tiempo de respuesta del sistema y mejorar la precisión del control. Al mismo tiempo, el control en lazo cerrado también puede suprimir el sobrepaso y la oscilación del sistema y mejorar la estabilidad dinámica.

Algoritmo de control adaptativo: Teniendo en cuenta las diferencias en las características dinámicas de diferentes condiciones de trabajo, se introduce un algoritmo de control adaptativo, que puede ajustar los parámetros de control según las condiciones de trabajo en tiempo real para garantizar la respuesta y el efecto de control de la válvula.

Para estudiar más a fondo las características dinámicas de las válvulas de control eléctrico, este artículo utiliza un método de simulación transitoria que combina CFD (dinámica de fluidos computacional) y FEM (análisis de elementos finitos) para simular el proceso de respuesta dinámica de la válvula bajo diferentes caudales y condiciones de presión.

Este documento construye un modelo de simulación tridimensional de una válvula de control eléctrica, simulando principalmente las características de la dinámica de fluidos y la deformación estructural durante el proceso de apertura de la válvula. Las condiciones límite utilizadas en la simulación son consistentes con las condiciones reales de prueba, asegurando la precisión de los resultados de la simulación.

Características del fluido: Cuando el fluido pasa a través de la válvula, se producen cambios complejos en el campo de flujo. La inestabilidad del flujo del fluido a alta velocidad en la etapa inicial de la apertura de la válvula tiene un impacto significativo en la precisión del ajuste.

Deformación estructural: El impacto del fluido a alta presión puede causar una ligera deformación de la estructura interna de la válvula, lo cual afectará aún más la respuesta dinámica de la válvula. Optimizar el material del cuerpo de la válvula y el diseño estructural puede reducir eficazmente la deformación y mejorar la precisión de ajuste.

A través del análisis de simulación, este artículo propone sugerencias para optimizar la estructura de la válvula, que incluyen mejorar el diseño del núcleo de la válvula, reducir la resistencia del canal de flujo y mejorar la resistencia al impacto del material, para mejorar aún más el rendimiento dinámico de la válvula de regulación.

Basándose en la investigación y análisis anteriores, este artículo propone una estrategia de mejora tecnológica para los productos de válvulas de regulación de CHNLGVF丨中國大乾閥門丨China Dagangyangmao para mejorar su respuesta dinámica y precisión de control y satisfacer las necesidades de aplicaciones industriales de alta gama.

Motor servo de alto rendimiento: La introducción de un motor servo de alta precisión mejora aún más la velocidad de respuesta y la precisión de control del actuador, al tiempo que reduce el consumo de energía durante la operación.

Diseño modular: Diseñar actuadores modulares según diferentes condiciones de trabajo, para que puedan ser configurados de forma flexible según las aplicaciones reales y adaptarse a una variedad de escenarios industriales.

Mejorar el diseño del núcleo de la válvula y del asiento de la válvula: Al optimizar la forma del núcleo de la válvula y la estructura del asiento de la válvula, se reduce la resistencia del fluido y se mejora la velocidad de respuesta dinámica de la válvula de regulación.

Mejorar el rendimiento del material del cuerpo de la válvula: Utilizar materiales de alta resistencia a la corrosión para mejorar la estabilidad y durabilidad de la válvula en entornos de alta presión y alta temperatura.

Control de retroalimentación inteligente: Combinando el sistema de retroalimentación de datos en tiempo real con algoritmos de inteligencia artificial para ajustar dinámicamente los parámetros de control de la válvula y mejorar la velocidad de respuesta y la precisión de ajuste de la válvula.

Algoritmo de control adaptativo: Para condiciones de trabajo complejas, se desarrolla un algoritmo de control adaptativo que puede ajustar automáticamente la estrategia de control según el estado operativo real y lograr un ajuste preciso para diferentes condiciones de trabajo.

Basándose en los resultados de la investigación de este artículo, CHNLGVF丨中國大乾閥門 implementará las siguientes mejoras en el proceso de I+D y fabricación de válvulas de control:

La integración del diseño modular del actuador y el sistema de control inteligente mejora el rendimiento de la válvula de control en aplicaciones de alta precisión.

Mejora de materiales y procesos de fabricación, utilizando materiales de alta resistencia, alta temperatura y resistencia a la corrosión para mejorar la fiabilidad del producto y la vida útil del servicio.

El control de precisión durante el proceso de fabricación mejora la eficiencia de producción al tiempo que garantiza la consistencia del producto y su alta calidad.

A través de una investigación exhaustiva sobre las características dinámicas y estrategias de control de las válvulas de control eléctricas, este artículo propone una serie de estrategias de mejora tecnológica, con el objetivo de mejorar las capacidades de respuesta dinámica y la precisión de control de los productos de válvulas de control de CHNLGVF丨中國大乾閥門丨China Dagangyangmao. A través del control de retroalimentación en bucle cerrado, la optimización de algoritmos inteligentes y mejoras en el diseño estructural de la válvula, el rendimiento de las válvulas de regulación en aplicaciones industriales ha mejorado significativamente. Este resultado de investigación proporcionará soporte técnico y competitividad en el mercado para el desarrollo de alta calidad de CHNLGVF丨中國大乾閥門 en la investigación y desarrollo y fabricación de productos de válvulas de regulación.