Ganancia de presión: una característica importante de la válvula

La ganancia de presión del puerto es la pendiente de la curva de presión de cabeza muerta frente a la corriente de control aplicada a cada uno de los dos puertos de trabajo de la válvula en un punto de operación particular. La curva de medición de presión se evalúa con el puerto de trabajo en cabeza muerta. En una servoválvula, el área de medición de presión está limitada al centro de aproximadamente el 5 % del recorrido del carrete. Para válvulas superpuestas, la medición de la presión se produce en toda la banda muerta, etc.

Con referencia a la Figura 1, la ganancia de presión se calcula de la siguiente manera:

GRAMOPENSILVANIA= presión parcialDH/diC

donde GPENSILVANIAes la ganancia de presión,
PAGSDHes la presión estática en el puerto de trabajo de la válvula en particular,
yoCes la corriente de control.

Idealmente, los dos instrumentos de medición de presión se pueden reemplazar por un sensor de presión diferencial o un manómetro. Es la ganancia de presión diferencial reportada en catálogos técnicos y literatura:

GRAMOPD= d(PDH,A-PAGSDH,B) / dC

donde GPDes la ganancia de abandono,
PAGSDH,Aes la presión estática en el puerto de trabajo de la válvula A,
PAGSDH,Bes la presión estática en el puerto de trabajo de la válvula B e IC es la corriente de control.

Para una servoválvula con superposición esencialmente nula:

GRAMOPD= 2 gramosPENSILVANIA= 2GP,B.

La declaración de ganancia de presión en el catálogo de servoválvulas es la siguiente:
ganancia de presión— La presión del puerto del cilindro bloqueado cambia rápidamente de un límite a otro a medida que la corriente de entrada mueve el carrete a través de la región cero. Para un comando del 1 % de la corriente nominal, la ganancia de presión cero de la servoválvula es del 30 % sobre la presión de suministro, normalmente entre el 60 % y el 80 %.

La primera oración es solo un comentario de comentario y puede ignorarse con seguridad. El segundo contiene la información necesaria para el cálculo de la ganancia de presión.

Una revisión de las hojas de datos técnicos de las válvulas actuales revela una variedad de expresiones para la ganancia de presión. Incluso dentro de un fabricante, se puede expresar de varias maneras diferentes. Esto solo aumenta la confusión para aquellos que quieren usar estas válvulas y pueden beneficiarse de ellas. ISO 10770-1 guardó silencio al respecto, y sus desarrolladores perdieron una gran oportunidad de ayudar a estandarizar no solo los procedimientos, sino también la forma en que se informan estos parámetros.

El fabricante de la válvula debe proporcionar un rango de ganancia de presión, ya que la ganancia variará de una válvula a otra. La razón es muy práctica: la ganancia de presión es una función de la cantidad de superposición, la holgura entre el carrete y el orificio, la nitidez del ángulo de aterrizaje medido y otros resultados de la variación de fabricación, todo dentro de la tolerancia. Cuando considera las dimensiones de tierra a tierra y el espacio libre entre el carrete y el orificio en millonésimas de pulgada, es fácil ver cómo la ganancia de presión puede variar tanto. De hecho, la presión es un control de calidad importante para los fabricantes.

Dado que la ganancia de presión es muy sensible a las pequeñas diferencias en las dimensiones internas, puede variar de una muestra a otra. Un diseñador sensato siempre probará un rango mínimo, máximo y medio de ganancias de presión al diseñar porque las ganancias de presión afectan el rendimiento de la aplicación.

¿Qué pasa con las válvulas superpuestas?

La Figura 2 muestra una curva de dosificación de presión «típica» para una válvula proporcional con una superposición significativa. En válvulas proporcionales con una superposición significativa, la medición de la presión se produce a lo largo de la banda muerta. La zona muerta no es realmente una zona muerta porque el espacio libre limitado entre el carrete y el orificio puede provocar fugas internas. También tenga en cuenta que tales válvulas no se cierran completamente. También hay alguna medición de flujo de trazas, lo que hace que el actuador se desplace muy lentamente a través de la zona cero. Así, la zona de medida de presión se extiende por toda la zona de solapamiento, incluso hasta cierto punto, hasta la zona de entrada de la plataforma en la zona de flujo.

Una regla general es observar la zona de medición de presión de la válvula superpuesta para cubrir el ancho de la zona muerta, más aproximadamente el 5 % del recorrido del carrete. Por lo tanto, la medición de presión en válvulas proporcionales es posible desde aproximadamente el 10 % del recorrido del carrete hasta aproximadamente el 40 % del recorrido del carrete. Por otro lado, en las servoválvulas nominalmente de superposición cero, el área de medición de presión está limitada a aproximadamente el 5 % del recorrido del carrete en el centro, y puede extenderse a aproximadamente el 10 % del recorrido del carrete en algunas válvulas. No es sorprendente que la ganancia de presión sea proporcional a la presión de suministro, pero inversamente proporcional al ancho de la banda muerta.

Característica cero de la servoválvula

El principal trabajo de fabricación de la servoválvula es fabricar la posición cero. El valor nulo de la válvula se define como la condición en la que la presión de salida de cabeza muerta de la presión diferencial es cero. Dado que la válvula no tiene flujo de salida, todas las fugas se limitan a las cuatro zonas de la válvula.

Ciertos cambios de parámetros del sistema provocan cambios nulos. Los parámetros del sistema que afectan a nulo son:
presión de suministro,
temperatura de la válvula y
Presión del puerto del tanque.

Prueba de sensibilidad nula — Imagine una situación en la que configuramos la válvula a una presión de suministro fija, una temperatura fija y una presión de puerto de tanque fija. La configuración consistirá en ajustar el cero mecánico en la válvula hasta que ambos puertos de trabajo alcancen la misma cabeza estática con corriente de bobina cero. La válvula ahora está puesta a cero.

A continuación, cambiamos uno de los tres parámetros, como la presión de suministro. Si aumentamos la presión de suministro, y la válvula está perfecta, se queda en cero a cualquier presión de suministro. Pero es imperfecto y requiere que ajustemos la corriente de la bobina a un nuevo valor para volver a adquirir el punto cero. Los cambios en la corriente son una medida de sensibilidad cero a (en este caso) los cambios en la presión de suministro. Este valor está publicado para servoválvulas. Se publicaron datos similares para la sensibilidad cero de la presión térmica y del puerto del tanque.

Para diseñar un servosistema, debe considerar todos los factores de sensibilidad de la válvula en el entorno de la aplicación. Esto requiere calcular todas las compensaciones nulas esperadas como amperios de corriente de bobina. Primero comprenda las siguientes definiciones: SPS es la sensibilidad publicada de la posición cero de la válvula a los cambios en la presión de suministro.

S es la sensibilidad publicada de la posición cero de la válvula a los cambios de temperatura.

SBP es la sensibilidad publicada del cero de la válvula a los cambios en la contrapresión del puerto del tanque.

Si el fabricante de la válvula publica un factor de sensibilidad SX dado, entonces el cambio en la corriente debido a un cambio en el parámetro de influencia (XAPP) viene dado por:

ΔIX=SX× yoR×ΔXsolicitud

donde ΔIXes la cantidad por la cual la corriente de la válvula debe cambiar, en amperios, para compensar el desplazamiento cero,
SXes el factor de sensibilidad específico tomado de los datos del catálogo de válvulas,
yoRes la corriente nominal de la válvula en amperios,
ΔXsolicitudes un cambio en uno de los tres parámetros esperados en la aplicación.

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