Előszó:
A szabályozószelepek számos iparág legelterjedtebb beavatkozói, mégis sokak számára kissé ismeretlenek. Működésük megismeréséhez szükség van gépész- és irányítástecnikai szakismeretre. A velük való foglalatosság "műszeres" szakember számára olykor zsenáns, mert a 42-es csillagkulcs, vagy a daru nem minősül "műszerész" szerszámnak. Jelen cikksorozat célja, hogy a szabályozószelepekkel kapcsolatos alapismereteket széles körben, magyarul tegye elérhetővé. A cikksorozat illusztrálásához felhasznált rajzokat, képeket az Invensys Hungary Kft. bocsájtotta rendelkezésünkre.


A feladat:
A szabályozószelepek alapvető feladata, hogy egy csővezetékbe beépítve az áramlás útjába fokozatmentesen állítható ellenállást fejtsenek ki. Beállítjuk, hány százalékig legyen nyitva, a szelep pedig kinyit, éppen annyira. Éles eszűek azonnal rájönnek, hogy a szelep nem szabályoz, csak beavatkozik. A "szabályozószelep" megnevezés emiatt csalós. Vannak ugyanis pl. a hidraulikában szelepek, melyek önmagukban szabályozók. Az egy más kategória. A szabályozószelepet mi azért hívjuk így, mert legtöbbször egy szabályozó kör eleme.


Szeleptipusok:
A szabszelepek három fő csoportba sorolhatóak:
Csúszószárasak, melyeknél egy tengelyirányban mozgó szár végére rögzített dugóval nyitunk-zárunk egy lyukat.
Forgószárasak, melyeknél egy tengely körül forgó elem (pl. átfúrt golyó) nyitja-zárja az áramlás útját.
Speciálisak, amelyeket szintén nem fogunk kihagyni.


Felépítés:
A szabszelepek 3 fő részből állnak, mint az a jobboldali ábrán mutatott csúszószáras szelepen látható. A három részelem szerves egységet alkot, csak jól összehangolva fognak tisztességesen együttműködni. Ezért is furcsa számomra, hogy bizonyos iparágakban a gépészekre tartozik a szeleptest, a villanyszerelőkre, ill. pneumatikásokra a hajtás, és a műszeresekre a pozícionáló. Ez épp olyan furcsa, mintha a kórházban más szakemberre tartozna a fül-orr-gége és másra a szem... Tessék mondani: A közös problémák kire tartoznak?
A három részelem egy hatásláncot alkot. A hatáslánc bemenő jele legtöbbször a pozícionálóra adott 4...20 mA-es vezérlőjel, a kimenő jel pedig a hajtás által mozgatott testben megváltoztatott térfogatáram. Hogy a kettő között milyen összefüggés van, alapvető jellemző, úgy hívjuk: karakterisztika.


Karakterisztikák:
A gyakorlatban három karakterisztika terjedt el, melyek a jobboldali ábrán láthatóak. A kérdés az, mikor melyik a célszerű?

A lineáris:
Ha a szelepet 30%-ra állítom, a térfogatáram is a maximum 30%-a lesz. Ha 50-re, az áramlás is 50%-ra adódik. Azt mondhatjuk, hogy a szelep átviteli tényezője (erősítése) állandó. Ez hasznos olyan alkalmazásokban, ahol a körerősítés (lásd szabályozástechnikai sorozatunkat) állandósága lényeges, mert a szabályozónk úgy van beállítva, hogy a lehető leggyorsabb beállást és a legkisebb maradó hibát eredményezze. Ha egy ilyen körben a szelep erősítése munkapontfüggő lenne, a körerősítés néha úgy megnövekedhetne, hogy a kör belengéséhez vezethetne. E karakterisztika jellemző alkalmazásai pl. a tartályszint, vagy folyadék áramlás szabályozás.

Az egyenszázalékos:
Ha a szelepnek széles munkapont tartományban kell dolgoznia, fontos, hogy kis áramlásoknál finoman avatkozzon be, nagyoknál pedig erősebben. Ez olyan karakterisztikát követel, ahol a görbe meredeksége egyenletesen növekszik a nyitás függvényében. Ilyen alkalmazás a legtöbb nyomásszabályozás. Akkor is erre van szükség, ha egy túlméretezésből adódóan a szelep állandóan a kis nyitások tartományában dolgozik. Ne feledjük, hogy az ilyen szelep erősítése (dQv/dI) nagyobb nyitásnál többszöröse az alsó tartományban mérhetőnek. Ha tehát 80%-os nyitásban dolgozó szelepnél stabil a kör, valószinűleg kis nyitásoknál se lesz gond. Fordítva ez nem igaz!

A gyors nyitású:
A szelep 40%-os nyitásban már a térfogatáram 70%-át engedi át. Efölött egy telítődési jelleget láthatunk. Olyan helyen lehet erre szükség, ahol egy nagy gép (pl. turbina) indítása, leállítása a feladat. A gépre nem engedhetjük rá egy ugrásban a közeget, a mechanikai sérülések megelőzése miatt, de a karakterisztika sem igazán érdekel bennünket. Ugyanez a helyzet a biztonsági szelep-szerű (nyomás leeresztő) alkalmazásoknál.


A nyomásesés:
Mivel a szelep ellenállást fejt ki az áramló közeggel szemben, világos, hogy mögötte mindig kisebb a nyomás mint előtte. Az, hogy mennyivel lehet kisebb, nagyon fontos paraméter, főleg a két végállásban:
Nyitott végállásban az lenne a jó, ha semennyi nem esne a szelepen. Másszor meg azt szeretnénk, ha a szelep előtt lehetne 100 bar, mögötte pedig 2 bar, és a szelep szépen működne. Sajnos ezek egyetlen szeleppel nem teljesíthetőek, később látni fogjuk hogy miért. Fontossági sorrendbe kell állítani az igényeket, és annak megfelelően választani szeleptipust.
Ráadásul a nyomás nem egyenletesen csökken a szelepben, hanem ahogyan a jobboldali ábrán látható, a szelepen belül van egy pont (kb. ahol a legkisebb az átáramási keresztmetszet), ahol a legkisebb a nyomás. Eme jelenségnek Bernoulli címszó alatt lelhetjük meg a magyarázatát, azaz minél nagyobb az áramlási sebesség, annál kisebb a nyomás. Ez folyadékok áramlásánál sok gond forrása lesz, de ezt majd később fejtjük ki.


A jövő héten belekukkantunk egy szeleptestbe, megnézzük mi minden tud benne tönkremenni. A viszontlátásra!