July 1, 2025
Resumo: Como um importante equipamento de controle de automação industrial, a válvula de controle pneumática é amplamente utilizada em muitos campos, como indústria química, petróleo, energia elétrica, metalurgia e assim por diante. Ela utiliza ar comprimido como fonte de energia, combinado com posicionador de válvula elétrica e atuador, para realizar o controle preciso de parâmetros de processo, como vazão e pressão do meio em tubulações. Neste artigo, apresentaremos em detalhes a composição estrutural, princípio de funcionamento, características de aplicação, estados de falha, resolução de falhas e sua importância na produção industrial de válvulas de controle pneumáticas.
I. A estrutura e composição da válvula de controle pneumática
A válvula de controle pneumática é composta principalmente pelas seguintes partes:
1. Atuador pneumático: este é o componente central da válvula de ajuste pneumático, responsável por receber sinais do sistema de controle (como PLC) e convertê-los em ação mecânica. O atuador pneumático geralmente inclui diafragma pneumático, mola, atuador e componentes da haste da válvula.
2. Corpo da válvula de regulagem: incluindo o obturador da válvula, sede da válvula e o próprio corpo da válvula. O obturador e a sede são os componentes-chave para realizar o efeito de estrangulamento, eles controlam o fluxo e a pressão do meio através da mudança de posição relativa.
3. Posicionador de válvula: usado para melhorar a precisão do controle da válvula. O posicionador, de acordo com o sinal de feedback de deslocamento da haste da válvula, garante a precisão e estabilidade da ação da válvula.
4. Acessórios: como válvula redutora de pressão de filtragem, válvula solenóide, dispositivo de operação manual, etc., usados para auxiliar a operação normal do sistema.
II. O princípio de funcionamento da válvula de controle pneumática
O processo de trabalho da válvula de controle pneumática pode ser dividido nas seguintes etapas:
1. Recepção e conversão de sinal: a válvula de controle pneumática, através do sistema de controle (como PLC), recebe sinais de corrente ou sinais analógicos, esses sinais são convertidos em sinais pneumáticos através do posicionador de válvula elétrica ou conversor. Por exemplo, um sinal de corrente comum de 4-20mA pode ser convertido em um sinal pneumático de 0,02-0,1MPa através do posicionador da válvula. Essa conversão permite que o atuador pneumático realize ações correspondentes de acordo com as mudanças no sinal de entrada.
2. Ação do atuador
Quando o sinal pneumático entra no atuador de filme fino pneumático, o ar comprimido empurra a membrana para expandir, o que por sua vez empurra o atuador e a haste da válvula, fazendo com que o obturador seja deslocado e alterando a abertura da válvula. Especificamente:
- Quando o sinal de pressão do ar aumenta, a haste de impulso se move para cima, acionando a haste da válvula e o obturador para cima, e a válvula abre amplamente;
- Quando o sinal de pressão do ar diminui, a haste de impulso se move para baixo, acionando a haste da válvula e o obturador para baixo, a válvula fecha pouco.
3. O papel do posicionador da válvula
O posicionador da válvula ajusta a ação do atuador pneumático em tempo real de acordo com o sinal de feedback de deslocamento da haste da válvula para garantir que a abertura da válvula seja consistente com o sinal de entrada. Quando o sinal de feedback está equilibrado com o sinal de entrada, a válvula para de se mover, garantindo assim a precisão e a estabilidade da regulagem.
Posicionador de ação direta: Quando o sinal de entrada aumenta, a saída de pressão do ar para a cabeça do diafragma aumenta, de modo que a abertura da válvula aumenta.
Posicionador de ação reversa: quando o sinal de entrada aumenta, a saída de pressão do ar para a cabeça do diafragma diminui, de modo que a abertura da válvula diminui.
A seleção do posicionador deve ser combinada de acordo com os requisitos específicos do atuador e da válvula de regulagem para garantir a estabilidade e confiabilidade do sistema.
4. Regulagem do fluxo e pressão do meio
A pressão pré-válvula é alterada para a pressão pós-válvula através do efeito de estrangulamento do obturador e da sede da válvula. O processo de ajuste específico é o seguinte:
- Regulagem de pressão: P2 é inserido na câmara superior da membrana através da tubulação e atua no disco superior, a força resultante é equilibrada com a força de reação da mola, que determina a posição relativa do obturador e da sede, controlando assim a pressão após a válvula. Quando P2 aumenta, a força no disco superior aumenta, supera a força da mola, fecha o obturador, reduz a área de fluxo, aumenta a resistência ao fluxo e P2 diminui até atingir o valor definido.
- Regulagem de fluxo: Ao alterar a posição relativa do obturador e da sede, a área de fluxo do meio é regulada, controlando assim o fluxo. Quando é necessário aumentar o fluxo, a válvula é aberta; quando é necessário reduzir o fluxo, a válvula é fechada.
5. Feedback e regulagem.
Em todo o processo de ajuste, a abertura da válvula muda, a alavanca de feedback dará ao posicionador um sinal de feedback em tempo real. O posicionador ajusta de acordo com este sinal de feedback para garantir a precisão e estabilidade da ação da válvula. Quando o sinal de feedback está equilibrado com o sinal de entrada, a válvula para de se mover e mantém o grau de abertura atual.
6. Forma de ação do atuador pneumático
Ação positiva: Quando a pressão do ar de entrada do atuador pneumático aumenta, o atuador se move para baixo, o que é chamado de ação positiva.
Ação reversa: Quando a pressão do ar de entrada do atuador pneumático aumenta, a haste de impulso se move para cima, o que é chamado de ação reversa.
7. Carregamento positivo e reverso do mecanismo de regulagem
Válvula de carregamento positivo: Quando o obturador se move para baixo, a área da seção transversal do fluxo entre o obturador e a sede da válvula diminui.
Válvula de carregamento reverso: Quando o obturador se move para baixo, a área da seção transversal da circulação aumenta.
8. Forma de ação do atuador pneumático
Ar para Abrir (Air to Open, A.O.): quando a pressão do sinal aumenta, a válvula abre gradualmente; quando não há sinal, a válvula fecha.
Ar para Fechar, A.C.: Quando a pressão do sinal aumenta, a válvula é gradualmente fechada; quando não há sinal, a válvula está totalmente aberta.
III. As características de aplicação da válvula de controle pneumática.
A válvula de controle pneumática tem as seguintes vantagens significativas, tornando-a amplamente utilizada em sistemas de controle de automação industrial:
1. Controle simples: a operação e manutenção das válvulas de controle pneumáticas são relativamente simples, sem a necessidade de circuitos eletrônicos complexos, reduzindo a taxa de falhas e os custos de manutenção.
2. Resposta rápida: devido à rápida velocidade de resposta da energia do ar comprimido, as válvulas de controle pneumáticas podem ser concluídas em um curto período de tempo, desde o recebimento das instruções até a implementação de todo o processo de ação, melhorando a velocidade de resposta do sistema.
3. Intrinsicamente seguro: as válvulas de controle pneumáticas não dependem de acionamento por energia elétrica, para evitar o risco de faíscas elétricas, especialmente para locais inflamáveis e explosivos.
4. Forte adaptabilidade: a válvula de controle pneumática pode regular gás, vapor, líquido e outros meios, adequados para diferentes condições de trabalho.
5. Longa vida útil: a estrutura da válvula de controle pneumática é razoavelmente projetada, a seleção do material é excelente, com alta durabilidade e confiabilidade, e pode operar de forma estável por um longo tempo.
6. Economia de energia e alta eficiência: através do controle preciso do fluxo e da pressão do meio, a válvula de controle pneumática pode efetivamente economizar energia e melhorar a eficiência da produção.
IV. A cena de aplicação típica
As válvulas de ajuste pneumáticas são amplamente utilizadas nas seguintes indústrias e ocasiões:
1. Indústria química: usada para regular o fluxo e a pressão dos materiais no reator químico, para garantir a estabilidade e segurança das condições de reação.
2. Indústria de petróleo: usada em poços de petróleo, refinarias de petróleo e outros locais para regular o fluxo e a pressão na tubulação de transmissão de petróleo e gás, para garantir a segurança e estabilidade do processo de produção.
3. Indústria de energia elétrica: usada no sistema de abastecimento de água da caldeira e no sistema de regulagem de vapor da usina termelétrica para garantir a estabilidade e eficiência da operação da caldeira.
4. Indústria metalúrgica: usada em alto-forno, conversor e outros sistemas de água de resfriamento de equipamentos, sistema de regulagem de gás, etc., para garantir a segurança e estabilidade do processo de produção.
5. Indústria farmacêutica: É usado para todos os tipos de transporte e regulagem de materiais no processo de produção farmacêutica, para garantir a precisão e o padrão de higiene do processo de produção.
V. O estado de falha da válvula de regulagem
De acordo com a forma de ação, as válvulas pneumáticas são geralmente divididas em gás aberto e gás fechado. A seleção de ar aberto e ar fechado com base na segurança do ponto de vista da produção do processo, ou seja, na fonte de ar cortada, a válvula está na posição fechada é mais segura ou a posição aberta é mais segura.
A válvula do tipo ar aberto (Air to Open) na pressão do ar da cabeça do diafragma aumenta, a válvula para abrir a direção da ação aumentada, quando a pressão do ar de entrada atinge o limite superior, a válvula está em um estado totalmente aberto. Por outro lado, quando a pressão do ar diminui, a válvula age na direção de fechamento, e quando não há entrada de ar, a válvula está totalmente fechada. Portanto, as válvulas do tipo ar aberto são às vezes chamadas de falha ao fechar (Fail to Close, FC).
As válvulas de ar para fechar (Air to Close) operam na direção oposta ao Ar para Abrir. A pressão do ar aumenta, a válvula para fechar a direção da ação; a pressão do ar diminui ou não há entrada, a válvula para abrir a direção ou estado totalmente aberto. Portanto, às vezes é chamado de falha para abrir o tipo (Fail to Open, FO).
As válvulas de controle podem encontrar várias falhas durante a operação, especialmente no caso de interrupção da fonte de ar ou sinal elétrico. Para garantir a segurança do sistema, as válvulas de controle são geralmente projetadas com diferentes métodos de tratamento de falhas:
1. FC (Falha ao Fechar): A válvula fecha automaticamente quando a fonte de gás ou o sinal elétrico é perdido. Adequado para aplicações onde o desligamento seguro é necessário em caso de falha, como válvulas de controle em tubulações de gás combustível.
2. FO (Falha ao Abrir): A válvula abre automaticamente quando a fonte de gás ou o sinal elétrico é perdido. Adequado para aplicações onde a abertura segura é necessária em caso de falha, por exemplo, válvulas de ventilação de emergência.
3. FL (Falha para a Última Posição): Quando a fonte de ar ou o sinal elétrico é perdido, a válvula permanece em sua posição atual. Adequado para aplicações onde uma resposta imediata a uma falha não é necessária.
4. FLC (Falha para a Última Posição com Tendência de Fechamento): Quando a fonte de ar ou o sinal elétrico é perdido, a válvula mantém a posição, mas tende a fechar e, eventualmente, fecha. Adequado para aplicações que exigem fechamento lento em caso de falha.
5. FLO (Falha para a Última Posição com Tendência de Abertura, manter a posição original e tender a abrir): quando a fonte de gás ou o sinal elétrico é perdido, a válvula mantém a posição, mas tende a abrir e, eventualmente, abre. Adequado para cenários de aplicação que exigem abertura lenta em caso de falha.
6. AFL/EFC (Falha Avançada para Fechar)
-AFL/EFC-1: Perda da válvula solenóide de alimentação de ar não desenergizada, a válvula mantém a posição.
-AFL/EFC-2: Independentemente de a fonte de gás ser perdida, a válvula solenóide é desenergizada, a válvula está na posição fechada.
7. AFL/EFO (Falha Avançada para Abrir)
-AFL/EFO-1: Perda da válvula solenóide de alimentação de ar não desenergizada, a válvula mantém a posição.
-AFL/EFO-2: A válvula está na posição aberta, independentemente de a fonte de ar ser perdida, o solenóide é desenergizado.
VI. A falha da válvula pneumática e solução de problemas1, a válvula pneumática não pode agir
Fenômeno de falha: a válvula pneumática não pode abrir ou fechar.
Análise da causa
A, falha do posicionador ou ajuste inadequado: o posicionador é uma parte importante do sistema de controle da válvula pneumática. Se o posicionador estiver com defeito ou mal ajustado, a válvula pneumática não atingirá a posição de comutação predefinida.
B, falha da válvula solenóide: a válvula solenóide é uma parte importante do sistema de controle da válvula pneumática. Se a bobina da válvula solenóide queimar ou o obturador ficar preso, isso afetará diretamente a ação da válvula pneumática.
C, falha do atuador: o pistão ou cilindro dentro do atuador emperrado ou fenômeno de vazamento interno, também levará à impossibilidade de a válvula pneumática funcionar corretamente.
D, impurezas ou bloqueio dentro do corpo da válvula: pode haver impurezas ou bloqueios no corpo da válvula, afetando o caminho do fluxo, o que leva à impossibilidade de a válvula ser aberta ou fechada normalmente.
Métodos de eliminação
A. Substitua as vedações danificadas ou envelhecidas. Verifique regularmente o status das vedações, detecção e tratamento oportunos do problema.
B. Substitua a válvula solenóide ou limpe o obturador. Verifique regularmente o status de trabalho da válvula solenóide, detecção e tratamento oportunos de falhas.
C, Verifique o atuador, como pistão, cilindro, etc. quanto a danos ou vazamentos internos, se alguma peça estiver danificada, substitua-a a tempo. Lubrifique regularmente as peças móveis do atuador para reduzir o desgaste.
D, Limpe o interior do corpo da válvula para garantir que o caminho do fluxo esteja livre. No processo de instalação e uso, preste atenção para manter a limpeza do meio para evitar a entrada de impurezas no corpo da válvula.
2, ação lenta da válvula pneumática
Fenômeno de falha: a velocidade de abertura ou fechamento da válvula pneumática é lenta.
Análise da causa
A, falha do posicionador ou ajuste inadequado: o posicionador é uma parte importante do sistema de controle da válvula pneumática. Se o posicionador estiver com defeito ou mal ajustado, a válvula pneumática não atingirá a posição de comutação predefinida.
B. Fricção excessiva dentro do atuador: Fricção excessiva entre o pistão e a parede do cilindro dentro do atuador, ou envelhecimento das vedações, pode levar à ação lenta da válvula pneumática.
C. Impurezas ou entupimento dentro do corpo da válvula: pode haver impurezas ou entupimento dentro do corpo da válvula, afetando o caminho do fluxo suave, o que leva à ação lenta da válvula pneumática.
Métodos de eliminação
A. Substitua as vedações danificadas ou envelhecidas. Verifique regularmente o status das vedações, detecção e tratamento oportunos do problema.
B. Lubrifique o atuador e substitua as peças que estão muito desgastadas. Lubrifique regularmente as peças móveis do atuador para reduzir o atrito.
C. Limpe o interior do corpo da válvula para garantir que o caminho do fluxo esteja livre. No processo de instalação e uso, preste atenção para manter a limpeza do meio para evitar a entrada de impurezas no corpo da válvula.
3, Vazamento da válvula pneumática
Fenômeno de falha: a válvula pneumática no estado fechado ainda tem vazamento de mídia.
Análise da causa
A, falha do posicionador ou ajuste inadequado: o posicionador é uma parte importante do sistema de controle da válvula pneumática. Se o posicionador estiver com defeito ou mal ajustado, a válvula pneumática não atingirá a posição de comutação predefinida.
B, as conexões do corpo da válvula soltas ou vedação deficiente: as conexões do corpo da válvula soltas ou vedação deficiente também podem levar a válvulas pneumáticas no estado fechado ainda ter vazamento de mídia.
C. Vazamento dentro do atuador: vazamento do cilindro ou pistão dentro do atuador afetará o desempenho de vedação da válvula pneumática.
Métodos de eliminação
A. Substitua as vedações danificadas ou envelhecidas. Verifique regularmente o status das vedações, detecção e tratamento oportunos do problema.
B. Aperte as conexões do corpo da válvula para garantir uma boa vedação. Durante a instalação, siga os procedimentos operacionais rigorosamente para garantir o desempenho de vedação das conexões.
C, Verifique o interior do atuador, se houver algum vazamento, repare ou substitua as peças a tempo. Verifique regularmente o desempenho de vedação do atuador para encontrar e lidar com problemas de vazamento a tempo.
4, Imprecisão de posicionamento da válvula pneumática
Fenômeno de falha: a válvula pneumática não pode atingir a posição de comutação predefinida.
Análise da causa
A, falha do posicionador ou ajuste inadequado: o posicionador é uma parte importante do sistema de controle da válvula pneumática. Se o posicionador estiver com defeito ou mal ajustado, a válvula pneumática não atingirá a posição de comutação predefinida.
B. Curso do atuador pneumático insuficiente ou mal ajustado: Curso do atuador pneumático insuficiente ou mal ajustado também pode resultar na falha da válvula pneumática em atingir a posição de comutação predefinida.
Métodos de solução de problemas
A. Verifique se o posicionador está com defeito ou mal ajustado e substitua-o ou reajuste-o, se necessário. Calibre o posicionador regularmente para garantir que ele esteja em boas condições de funcionamento.
B. Verifique se o curso do atuador pneumático é insuficiente ou mal ajustado, ajuste ou substitua as peças, se necessário. Verifique regularmente o curso do atuador pneumático para garantir que ele atenda aos requisitos de projeto.
5, Outras falhas
5.1 Ação da válvula inicia saltando
Fenômeno de falha: o início do fenômeno de salto da ação da válvula.
Análise da causa: a carga pode ser muito grande, precisa aumentar as especificações do atuador.
Método de eliminação: de acordo com a carga real, selecione as especificações apropriadas do atuador para garantir que ele possa atender aos requisitos de carga.
5.2 Saltando no final da ação da válvula
Fenômeno de falha: fenômeno de salto no final da ação da válvula.
Análise da causa: a ação pode ser muito rápida, a energia de inércia é muito grande, a necessidade de aumentar a válvula de controle de velocidade ou buffer externo.
Métodos de eliminação: no sistema pneumático para aumentar a válvula de controle de velocidade ou dispositivo de buffer externo, reduzir a velocidade de ação, reduzir o impacto da energia inercial.
5.3 Nenhum sinal de volta ao sinal
Fenômeno de falha: nenhuma saída de sinal de volta ao sinal.
Análise da causa: a linha de alimentação do sinal pode estar em curto-circuito, desconexão, a necessidade de reparar a linha de alimentação ou substituir o microinterruptor.
Remédio: Verifique a linha de alimentação do sinal, repare o curto-circuito ou circuito quebrado e substitua o microinterruptor, se necessário.