ความดันอากาศมีผลต่อเวลาตอบสนองของวาล์วอย่างไร?
ฝากข้อความ
ในระบบควบคุมระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมที่ทันสมัยวาล์วที่ทำงานด้วยอากาศนั้นขึ้นอยู่กับอากาศอัดเป็นแหล่งพลังงานเพื่อควบคุมการเปิดและปิดวาล์วซึ่งจะควบคุมการไหลความดันหรือระดับของสื่อเช่นก๊าซของเหลวหรือไอน้ำ หนึ่งในพารามิเตอร์ประสิทธิภาพที่สำคัญคือ "เวลาตอบสนอง" ซึ่งเป็นเวลาที่ใช้จากสัญญาณควบคุม (โดยปกติจะเป็นวาล์วโซลินอยด์เพื่อสลับเส้นทางอากาศ) ไปยังวาล์วที่เสร็จสิ้นการเปิดหรือปิดจังหวะทั้งหมด ยิ่งการตอบสนองเร็วขึ้นเท่าใดการปรับระบบจะมากขึ้นซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและสร้างความมั่นใจในความปลอดภัยในการผลิต ในหลาย ๆ ปัจจัยที่ส่งผลกระทบต่อเวลาตอบสนองความดันอากาศของแหล่งอากาศขับรถเป็นหนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุด บทความนี้จะวิเคราะห์ผลกระทบของความดันอากาศต่อประสิทธิภาพการตอบสนองของวาล์วนิวเมติกเพื่อช่วยให้ผู้ใช้ตั้งค่าความดันอากาศอย่างถูกต้อง
หลักการทำงานของวาล์วที่มีการกระตุ้นทางอากาศ
เพื่อให้เข้าใจว่าแรงดันอากาศมีผลต่อเวลาตอบสนองอย่างไรคุณต้องเข้าใจพื้นฐานของการทำงานของวาล์วที่ทำงานด้วยนิวเมติก วาล์วที่มีการกระตุ้นอากาศทั่วไปส่วนใหญ่ประกอบด้วยสองส่วน: แอคทูเอเตอร์นิวเมติก (แอคทูเอเตอร์) และร่างกายวาล์ว (ร่างกายวาล์ว) แอคทูเอเตอร์นิวเมติกเป็นส่วนประกอบที่ได้รับอากาศอัดและแปลงพลังงานความดันอากาศให้เป็นการเคลื่อนที่เชิงกล (การเคลื่อนที่เชิงเส้นหรือการหมุน) ประเภททั่วไป ได้แก่ ประเภทลูกสูบและประเภทไดอะแฟรม
การใช้แอคทูเอเตอร์ลูกสูบแบบสปริงที่ออกฤทธิ์เดี่ยวที่พบบ่อยที่สุดเป็นตัวอย่างเมื่ออากาศบีบอัดเข้าสู่ด้านกระบอกสูบของแอคทูเอเตอร์ผ่านส่วนต่อประสานการควบคุมความดันอากาศจะทำหน้าที่กับลูกสูบเพื่อสร้างแรงขับ แรงผลักดันนี้จำเป็นต้องเอาชนะแรงโหลดล่วงหน้าของสปริงภายในแรงเสียดทานของการเคลื่อนไหวของก้านวาล์วและแรงปฏิกิริยาที่เป็นไปได้ที่เกิดจากแรงดันของสื่อภายในวาล์ว เมื่อแรงขับมีขนาดใหญ่พอลูกสูบเริ่มเคลื่อนที่ขับก้านวาล์วเพื่อเคลื่อนที่ผ่านชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อดังนั้นจึงขับแกนวาล์วเพื่อย้ายจากตำแหน่งปัจจุบันไปยังตำแหน่งเป้าหมาย
แอคชูเอเตอร์ที่ออกฤทธิ์สองครั้งไม่มีสปริงกลับมาและการเปิดและการปิดการดำเนินการนั้นจำเป็นต้องมีการบีบอัดอากาศที่จะผ่านพอร์ตอากาศที่แตกต่างกันเพื่อให้เสร็จสมบูรณ์ ในระหว่างกระบวนการทั้งหมดความเร็วของอากาศที่เข้าและออกรวมถึงความสามารถในการเอาชนะความต้านทานต่าง ๆ ร่วมกันกำหนดความเร็วในการสลับของวาล์ว
ปริมาณความดันอากาศโดยตรงกำหนดปริมาณแรงผลักดันที่กระทำอยู่บนลูกสูบแอคทูเอเตอร์หรือไดอะแฟรม ตามหลักการของฟิสิกส์ (แรง=พื้นที่ความดัน×พื้นที่) เมื่อพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพของแอคทูเอเตอร์ (พื้นที่ลูกสูบหรือเมมเบรน) จะคงที่ยิ่งแรงดันอากาศสูงขึ้นเท่านั้น
ในช่วงเริ่มต้นของการเปิดหรือปิดวาล์วความเสียดทานคงที่และการโหลดล่วงหน้าเริ่มต้นของฤดูใบไม้ผลิ (สำหรับแอคทูเอเตอร์ที่ออกฤทธิ์เดี่ยว) จะต้องเอาชนะ แรงกระตุ้นที่สูงขึ้นหมายถึงความต้านทานการกระตุ้นเหล่านี้สามารถเอาชนะได้เร็วขึ้นทำให้วาล์วเริ่มการเคลื่อนไหวเร็วขึ้นทำให้สั้นลงระยะ "ล่าช้า" ของการตอบสนอง
ความดันอากาศและอัตราการไหลของอากาศ
นอกเหนือจากการให้แรงผลักดันโดยตรงความดันอากาศยังส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อ "อัตราการไหล" ของก๊าซขับซึ่งเป็นปริมาตรของอากาศที่เข้าหรือออกจากกระบอกสูบแอคชูเอเตอร์ต่อหน่วยเวลา เมื่อวาล์วควบคุม (เช่นวาล์วโซลินอยด์) เปิดขึ้นช่วยให้อากาศบีบอัดไหลเข้าสู่แอคชูเอเตอร์มีความแตกต่างของความดันระหว่างความดันในสายจ่ายอากาศและความดันเริ่มต้นภายในกระบอกสูบแอคชูเอเตอร์ (มักจะใกล้เคียงกับความดันบรรยากาศ) ความแตกต่างของความดันนี้เป็นสิ่งที่ขับเคลื่อนการไหลของอากาศ
ตามหลักการของการเปลี่ยนแปลงของของเหลวภายใต้เงื่อนไขบางประการเช่นท่อ, ข้อต่อและเส้นผ่านศูนย์กลางวาล์วควบคุมยิ่งความดันอากาศที่สูงขึ้นความแตกต่างของความดันเริ่มต้นก็ยิ่งสูงขึ้นและความเร็วเริ่มต้นและอัตราการไหลของอากาศที่ไหลเข้าสู่แอคชูเอเตอร์ ซึ่งหมายความว่ากระบอกสูบแอคทูเอเตอร์สามารถเต็มไปด้วยอากาศอัดได้เร็วขึ้นและลูกสูบหรือไดอะแฟรมสามารถย้ายไปยังตำแหน่งที่ต้องการได้เร็วขึ้น ดังนั้นแรงดันอากาศที่ทำงานที่สูงขึ้นไม่เพียง แต่เพิ่มแรงผลักดัน แต่ยังเพิ่มความเร็วในการเพิ่มอัตราเงินเฟ้อและไอเสียของแอคทูเอเตอร์ซึ่งจะทำให้เวลาตอบสนองของวาล์วสั้นลงอย่างมีนัยสำคัญ
หากความดันอากาศที่จ่ายให้กับวาล์วที่ทำงานของอากาศจะต่ำกว่าที่จำเป็นสำหรับการทำงานปกติ การรวมตัวกันโดยตรงที่สุดคือเวลาตอบสนองของวาล์วจะขยายออกไปอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากแรงผลักดันไม่เพียงพอวาล์วอาจมีปัญหาในการเอาชนะความต้านทานเริ่มต้นได้อย่างรวดเร็วส่งผลให้เริ่มต้นล่าช้า ในระหว่างการเคลื่อนไหวการเร่งความเร็วจะลดลงและความเร็วในการทำงานโดยรวมจะช้าลง ในกรณีที่ร้ายแรงมากขึ้นหากแรงดันอากาศต่ำจนแรงผลักดันที่เกิดขึ้นนั้นแทบจะเท่ากับหรือน้อยกว่าผลรวมของความต้านทานต่าง ๆ (รวมถึงแรงสปริงแรงเสียดทานแรงปฏิกิริยากลาง ฯลฯ ) วาล์วอาจหยุดเคลื่อนที่กลางเวย์และไม่สามารถเปิดหรือปิดสนิทได้อย่างเต็มที่
ในขณะที่การเพิ่มความดันอากาศโดยทั่วไปส่งผลให้เวลาตอบสนองเร็วขึ้นนั่นไม่ได้หมายความว่าแรงดันอากาศที่สูงขึ้นจะดีกว่า ปัญหาอาจเกิดขึ้นได้เมื่อแรงดันอากาศสูงกว่าขีด จำกัด การออกแบบของแอคทูเอเตอร์หรือวาล์ว ก่อนอื่นจากมุมมองด้านความปลอดภัยแรงดันที่มากเกินไปอาจทำให้ส่วนประกอบภายในของแอคทูเอเตอร์ (เช่นลูกสูบ, กระบอกสูบ, ซีล) เพื่อรับความเครียดเกินช่วงการออกแบบเพิ่มความเสี่ยงของการแตกหรือการเสียรูป ในเวลาเดียวกันแรงผลักดันขนาดใหญ่อาจทำให้วาล์วตีที่นั่งวาล์วอย่างรุนแรงหรือหยุด จำกัด ในตอนท้ายของจังหวะทำให้เกิดการสั่นสะเทือนและการสั่นสะเทือนอย่างรุนแรง "เอฟเฟกต์ผลกระทบ" นี้จะไม่เพียง แต่สร้างเสียงรบกวน แต่ยังช่วยเร่งการสึกหรอของแกนวาล์วที่นั่งวาล์วและโครงสร้างบัฟเฟอร์ภายในของแอคทูเอเตอร์ทำให้อายุการใช้งานของวาล์วและแอคทูเอเตอร์สั้นลง
ประการที่สองในขณะที่ความดันที่สูงขึ้นในทางทฤษฎีให้ความเร็วเร็วขึ้นเอฟเฟกต์ไม่ได้เป็นเส้นตรงเสมอไป เมื่อความดันเพิ่มขึ้นในระดับหนึ่งการลดเวลาการตอบสนองอาจไม่ชัดเจนอีกต่อไปเนื่องจากคอขวดในเวลานี้อาจเปลี่ยนไปเป็นปัจจัยอื่น ๆ เช่นความสามารถในการไหลของวาล์วโซลินอยด์ควบคุม (ค่า CV) เส้นผ่านศูนย์กลางภายในของการเชื่อมต่อกัน
