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Verfahrenstechnik 5/2016

Verfahrenstechnik 5/2016

TOP-THEMA I MESS- UND

TOP-THEMA I MESS- UND ANALYSENTECHNIK Drum prüfe … Hochtemperatur-Gassteuerung in einer Prüfkammer Rainer Windeisen Prüfkammern werden eingesetzt, um Bewertungsdaten für die Leistung von Komponenten unter verschiedenen Last- und Betriebsbedingungen zu sammeln. Diese Tests, z. B. für Brennstoffverbrauch und Emissionen, sind für die Einhaltung der euro päischen Emissionsvorschriften unerlässlich. Autor: Rainer Windeisen, Produkt Manager – Regelventile, Badger Meter Europa GmbH, Neuffen Prüfkammern findet man überall in der Forschung und Entwicklung, z. B. werden Prüfkammern bei der Charakterisierung und bei Tests von neuen Motoren verwendet. Mit der Testapparatur kann der Betrieb unter verschiedenen Leistungskriterien simuliert und eine ganze Reihe Messungen durchgeführt werden. Der Bedarf an Testlösungen für Forschung, Entwicklung, Lebensdauertests, Automatisierung und Prüfeinrichtungen steigt stetig. Dabei kann es sich um einzelne, autonome Prüfstände oder komplette Prüfeinrichtungen handeln. Ein automatisierter Prüfstand besteht üblicherweise aus verschiedenen Sensoren oder Signalgebern, Datenerfassungsgeräten und Aktuatoren, die den Komponentenstatus steuern. Die Sensoren messen wichtige, physikalische Variablen, so z. B. n Temperaturen und Gasdrücke an verschiedenen Stellen des Gehäuses n atmosphärische Bedingungen wie Temperatur, Druck und Feuchte n verschiedene Konfigurierungen für Koh- lenwasserstoffe und Stickoxide, Schwefeldioxide und Feinstaub Die Erfahrung hat gezeigt, dass für Messaufgaben in einer Prüfkammer beste Messinstrumente eingesetzt werden müssen. Ein Prüfmittelhersteller, der eine Prüfvorrichtung für einen OEM baute, suchte nach einer auf hohe Temperaturen (450 °C) abgestimmten Lösung. Der Messprozess erforderte eine präzise Gegendrucküberwachung, einschließlich Regelventil, das so angepasst ist, dass ein Eingangsdruck von 20 bar/g (bei atmosphärischem Ausgangsdruck) aufrechterhalten wird. Für die gewünschte Durchflussmenge bei P1 und P2 musste der Kv-Faktor 18 betragen. Bei dieser Anwendung gab es drei wesentliche Herausforderungen: n die Fluidtemperatur überstieg die Möglichkeiten eines gewöhnlichen Ventils n der Abschaltdruck des Systems war sehr hoch n eine präzise und verlässliche Druckregelung war für eine erfolgreiche Anwendung gefordert 40 VERFAHRENSTECHNIK 5/2016

Der Prüfmittelhersteller bat um Hilfe bei der Auswahl eines geeigneten Regelventils für das gewünschte Einsatzgebiet. Das Ventil mit geschraubtem Oberteil und geführtem Innenteil wurde für die Regelung von Flüssigkeiten und Dämpfen konzipiert Kompakt und robust Das Prozessventil Typ OR900 wurde für die Prüfkammer ausgewählt. Bei dem OR900 handelt es sich um ein Ansi Class-300-Ventil mit geschraubtem Ventiloberteil und geführtem Ventilinnenteil. Es wurde für die Regelung von Flüssigkeiten und Dämpfen konzipiert, bei denen eine kompakte Bauweise mit der Möglichkeit, hohen Temperaturen und Drücken standzuhalten, wichtig ist. Die unterschiedlichen Größen und die Antrieb-Nenn-Signalbereiche zeigen, dass OR900 für die Anforderungen des Kunden hervorragend geeignet ist. Die optionale Graphitdichtung und das verlängerte Oberteil sind wichtige Faktoren, die Graphitdichtung schmilzt auch bei extremen Temperaturen nicht. Bei dem verwendeten Ventil handelt es sich um ein 2"-Gehäuse im Wafer Design aus 316 Edelstahl, das mit einem Stellantrieb Größe 35 (der mit Sicherheitsstellung schließt) ausgestattet wurde. Das Ventil wird in Flow-to-open-Direction eingebaut. Das Ventil hat einen Kv-Faktor 18 mit linearem Kennlinienverlauf. Die vorgeformte Membran des Ventilstellantriebs und die Federn garantieren eine äußerst geradlinige Stellbewegung gegenüber dem Eingangssignal. Der O-Ring sowie seine Nylatron-Führungsbuchse sorgen für geringste Hysterese. Der Anwender kann die Federvorspannung so einstellen, dass sie der jeweiligen, gewünschten Schließkraft entspricht. Der Stell antrieb besitzt einstellbare Anschläge. Die pulverbeschichtete Stahlkonstruktion bietet zusätzlichen Schutz gegen Abnutzung und Korrosion. Das Regelventil wurde auf einen elektropneumatischen Stellungsregler angepasst, mittels dem das Ventil, basierend auf einem 4–20-mA-Regelsignal positioniert wird. Der Stellungsregler bestimmt vollautomatisch Regelparameter und Anpassung an das Stellglied. Projektergebnisse Der Prüfmittelhersteller arbeitete eng mit dem Kunden zusammen, um die geeignete Gasmessung und Steuerungslösung für die Prüfkammer zu ermitteln. Das Projekt war erfolgreich, folgende Schlüsselkriterien wurden erfüllt: 1. Die hohe Prozesstemperatur führte dazu, dass ein 316 SS Ventilgehäusematerial sowie ein spezielles, um 250 mm verlängertes Gehäuseoberteil und eine Graphitdichtung gewählt wurden. 2. Durch den hohen Abschaltdruck wurde ein 0,4 bis 2,0 bar/g Nenn-Signalbereich mit 0,8 bar/g Vorspannung benötigt. Der 20 bar/g Prozesseingangsdruck multipliziert mit dem großen Kv-Faktor m bewirkt einen deutlichen Schub in Öffnungsrichtung, wodurch eine unbeabsichtigte Öffnung des Ventilkegels durch die Vorspannung auf 0,8 bar/g verhindert wird. 3. Wird ein hochpräziser elektropneumatischer Stellungsregler verwendet, geht das Ventil vom geschlossenen in den voll geöffneten Zustand, sobald das Regelsignal von 4 auf 20 mA geht. Die Ventilgraphitdichtung, die aufgrund der hohen Prozesstemperaturen nötig ist, erhöht zwar die Hysterese, der Stellungsregler kann dies aber problemlos ausregeln. www.badgermeter.de Die digitale Drehflügelserie MBA800 mba-instruments.de

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