สัมประสิทธิ์การไหลของวาล์ว (Cv) มีความสำคัญเมื่อวาล์วจำกัดปริมาณลมที่ต้องใช้เพื่อให้การเคลื่อนที่เสร็จตามเวลาที่กำหนด แต่กระบอกสูบที่เคลื่อนที่ช้าไม่ได้ยืนยันว่าวาล์วมีขนาดเล็กเกินไป ก่อนเปลี่ยนวาล์ว ให้คำนวณความต้องการของแอคชูเอเตอร์ ตรวจสอบทั้งทางจ่ายและทางระบาย และวัดแรงดันขณะที่กระบอกสูบกำลังเคลื่อนที่
คู่มือนี้มุ่งเน้นการวินิจฉัยในระบบที่ติดตั้งจริง สำหรับนิยาม Cv การแปลง Cv เป็น Kv และการเปรียบเทียบพิกัด โปรดเริ่มจาก คู่มือฉบับสมบูรณ์สำหรับการเลือกขนาดวาล์วนิวเมติกด้วยค่า Cv
ประเด็นสำคัญ
- ขนาดพอร์ตไม่ได้บอกความสามารถในการไหลของวาล์ว ต้องเปรียบเทียบค่า Cv หรือข้อมูลการไหลนิวเมติกของทางไหลจริง
- Parker คำนวณได้ Cv 1.06 สำหรับกระบอกสูบขนาดกระบอก 3.25 นิ้ว ที่เคลื่อนที่ระยะ 12 นิ้วภายใน 1 วินาที ด้วยแรงดัน 80 psi
- ยืนยันตำแหน่งคอขวดด้วยการอ่านแรงดันแบบไดนามิก แทนการทดลองเปลี่ยนชิ้นส่วนไปเรื่อย ๆ
วาล์วที่แสดงด้านบนเป็นตัวอย่างของอุปกรณ์ควบคุมทิศทางที่ต้องตรวจสอบทั้งเกลียวพอร์ต ทางไหลภายใน และความสามารถในการไหลที่ผู้ผลิตประกาศ ดูรายละเอียดผลิตภัณฑ์ได้ที่ โซลินอยด์วาล์วอเนกประสงค์ ซีรีส์ XC22/23
เหตุใดพอร์ตขนาดถูกต้องจึงยังทำเวลารอบไม่ถึงเป้าหมาย?
วาล์วอาจใช้เกลียวตามข้อกำหนดแต่ยังทำให้แรงดันสูญเสียมากเกินไประหว่างการเคลื่อนที่ได้ พอร์ตเป็นเพียงจุดเชื่อมต่อเท่านั้น ช่องทางในสปูล การเลี้ยวภายใน ช่องทางในแมนิโฟลด์ ข้อต่อ ท่อ วาล์วควบคุมความเร็ว และตัวเก็บเสียงทางระบาย ล้วนกำหนดความสามารถของทางไหลที่ติดตั้งจริงทั้งชุด
ดังนั้น Cv จึงเป็นค่าที่ใช้เปรียบเทียบ ไม่ใช่ผลวินิจฉัยในตัวเอง วาล์วขนาด 1/4 นิ้วสองตัวอาจมีค่า Cv ต่างกัน และทางจากทางเข้าไปยังพอร์ตทำงานอาจต่างจากทางจากพอร์ตทำงานไปยังทางระบาย กระบอกสูบที่ยืดได้ตามปกติแต่หดช้าอาจมีข้อจำกัดทางระบาย ไม่ใช่ทางจ่ายมีขนาดเล็กเกินไป
ใช้ข้อสังเกตต่อไปนี้เพื่อจำกัดขอบเขตของปัญหา:
| อาการ | ค่าที่ควรวัดก่อน | บริเวณที่ควรตรวจสอบ |
|---|---|---|
| ช้าทั้งสองทิศทาง | แรงดันทางเข้าวาล์วขณะเคลื่อนที่ | ชุด FRL ทางจ่ายร่วมของแมนิโฟลด์ ข้อต่อทางเข้า |
| ช้าทิศทางเดียว | แรงดันที่พอร์ตกระบอกสูบทั้งสอง | ทางไหลด้านหนึ่งของวาล์ว วาล์วควบคุมความเร็ว ตัวเก็บเสียง |
| รอบแรกผ่าน แต่รอบต่อเนื่องช้าลง | แรงดันจ่ายแบบไดนามิกต่ำสุด | กำลังของคอมเพรสเซอร์ ถังพักลม ท่อแยก |
| เริ่มเคลื่อนที่เร็วและกระแทกแรงช่วงท้าย | กราฟเวลาจังหวะและระบบกันกระแทก | ความสามารถของวาล์ว การตั้งวาล์วควบคุมทางระบาย ระบบกันกระแทก |
| ขัดข้องเฉพาะสถานะหนึ่งของเครื่อง | เวลาอ้างอิงของคำสั่งและแรงดัน | ความต้องการลมพร้อมกันของแอคชูเอเตอร์ ความล่าช้าของระบบควบคุม |
แอคชูเอเตอร์ต้องการอัตราการไหลเท่าใดเพื่อให้ได้เวลาจังหวะตามเป้าหมาย?
เริ่มจากขนาดกระบอก ระยะชัก แรงดันทำงาน และเวลาจังหวะที่ยอมรับได้ ตัวอย่างนิวเมติกที่ Parker เผยแพร่ใช้ขนาดกระบอก 3.25 นิ้ว พื้นที่ลูกสูบ 8.30 ตารางนิ้ว ระยะชัก 12 นิ้ว เวลาเคลื่อนที่ 1 วินาที แรงดันจ่าย 80 psi ตัวประกอบการอัด 6.4 และค่าคงที่ 0.048 เพื่อคำนวณได้ Cv 1.06 (ข้อมูลวิศวกรรมนิวเมติกของ Parker)
ตัวอย่างนี้มีประโยชน์เพราะเริ่มจากการเคลื่อนที่ที่ต้องการ ไม่ใช่ขนาดพอร์ต ใช้วิธีเลือกขนาดนิวเมติกของผู้ผลิตสำหรับวาล์วที่พิจารณา และคงหน่วยกับเงื่อนไขการทดสอบที่ระบุไว้ อย่าคำนวณปริมาตรห้องเป็นลูกบาศก์ฟุตต่อนาทีแล้วเรียกว่า SCFM หากยังไม่ได้แปลงปริมาตรอัดให้เป็นเงื่อนไขมาตรฐานที่ประกาศ
บันทึกสองทิศทางแยกกัน ก้านสูบทำให้พื้นที่ใช้งานด้านหดของกระบอกสูบสองทางแบบทั่วไปลดลง ขณะที่ความยาวท่อและอุปกรณ์ทางระบายของแต่ละทิศทางอาจต่างกัน สำหรับกระบอกสูบไร้ก้าน ให้ใช้ข้อมูลห้องลมของผู้ผลิตเมื่อมี แทนการสมมติว่าต้องบวกเปอร์เซ็นต์คงที่ให้ Cv
ควรใช้ค่า Cv กับลมอัดอย่างไร?
นิยาม Cv ที่ใช้กันทั่วไปอ้างอิงน้ำ คือจำนวนแกลลอนสหรัฐต่อนาทีที่อุณหภูมิ 60°F ไหลผ่านวาล์วที่เปิดเต็ม โดยมีแรงดันตกคร่อม 1 psi (ISA พื้นฐานการควบคุมกระบวนการ บทที่ 5) จึงใช้ Cv เปรียบเทียบความสามารถได้ แต่สมการพื้นฐานสำหรับของเหลวไม่ใช่สมการเลือกขนาดระบบลมอัดที่สมบูรณ์
สำหรับของเหลว ความสัมพันธ์คือ:
Q = Cv × sqrt(DeltaP / SG)
โดย Q มีหน่วยเป็น US gpm, DeltaP มีหน่วยเป็น psi และ SG คือความถ่วงจำเพาะเทียบกับน้ำ การเลือกขนาดสำหรับลมต้องพิจารณาเพิ่มเติมทั้งแรงดันสัมบูรณ์ต้นทาง แรงดันปลายทาง อุณหภูมิ การอัดตัว และความเป็นไปได้ที่จะเกิดการไหลวิกฤต
ISO 6358-1 กำหนดการทดสอบสภาวะคงตัวสำหรับลักษณะอัตราการไหลของอุปกรณ์นิวเมติกที่ใช้ของไหลอัดตัวได้ (ISO 6358-1:2013) เมื่อเอกสารข้อมูลระบุค่าการนำเสียง อัตราส่วนแรงดันวิกฤต หรืออัตราการไหลของลมที่เงื่อนไขทางเข้าและทางออกชัดเจน ให้ใช้ข้อมูลนิวเมติกนั้นแทนการสร้างสูตรแปลง Cv แบบสากลขึ้นเอง
ตรวจสอบรายการต่อไปนี้ในแค็ตตาล็อกให้ครบ:
- พิกัดนั้นใช้กับทางไหลทางเดียวหรือทั้งวาล์ว
- แรงดันทางเข้าและปลายทางที่ใช้ระบุค่า SCFM, NL/min หรือ L/min
- อุณหภูมิและแรงดันอ้างอิงของอัตราการไหล “มาตรฐาน”
- พิกัดทางจ่ายและทางระบายสำหรับแต่ละสถานะของสปูล
- การลดพิกัดของแมนิโฟลด์หรือข้อจำกัดเมื่อทำงานพร้อมกัน
NIST ระบุว่าหน่วยอัตราการไหลมาตรฐานของก๊าซต้องแจ้งเงื่อนไขอ้างอิง และให้ค่าแปลงหน่วย 1 cfm = 28.31685 L/min (การแปลงหน่วยแรงดันและอัตราการไหลของก๊าซจาก NIST) ตัวเลขอัตราการไหลที่ไม่มีเงื่อนไขอ้างอิงถือเป็นข้อมูลจัดซื้อที่ไม่ครบถ้วน
ข้อจำกัดใดนอกเหนือจากค่า Cv ของวาล์วที่มีผลต่อระบบ?
วาล์วเป็นเพียงหนึ่งในองค์ประกอบที่ทำให้สูญเสียแรงดันในวงจรอนุกรม CAGI อธิบายว่าระบบลมอัดที่ออกแบบดีควรมี แรงดันตกลดจากทางออกคอมเพรสเซอร์ถึงจุดใช้งานไม่เกิน 10% และระบุว่าท่อ ข้อต่อ ไส้กรอง เครื่องทำลมแห้ง เครื่องแยก และสายลม ล้วนเป็นแหล่งข้อจำกัด (เอกสารทางเทคนิคเรื่องแรงดันตกของ CAGI)
ตัวเลข 10% เป็นเกณฑ์สำหรับทั้งระบบ ไม่ใช่สิทธิให้วาล์วควบคุมทิศทางใช้แรงดันสูญเสีย 10% ทั้งหมด ควรจัดสรรแรงดันสูญเสียแบบไดนามิกที่ยอมรับได้ให้แต่ละช่วงตามแรงและเวลาที่แอคชูเอเตอร์ต้องการ
จะทดสอบได้อย่างไรว่า Cv เป็นคอขวดจริง?
ทดสอบเหตุการณ์ของเครื่องจักรที่ทำซ้ำได้หนึ่งเหตุการณ์ และซิงโครไนซ์คำสั่งไฟฟ้า สัญญาณตำแหน่งปลายทาง และแรงดันแบบไดนามิก เป้าหมายคือหาว่าแรงดันสูญเสียที่ใดในช่วงจังหวะที่ขัดข้อง ไม่ใช่เพียงยืนยันว่าแรงดันจ่ายสถิตดูปกติก่อนเริ่มเคลื่อนที่
- ตรึงเงื่อนไขการทดสอบ ใช้โหลด การตั้งแรงดันจ่าย ตำแหน่งวาล์วควบคุมความเร็ว น้ำหนักบรรทุก และลำดับรอบเหมือนเดิม
- บันทึกเวลาอ้างอิงของคำสั่งและเซนเซอร์ แยกความล่าช้าของ PLC เวลาสับเปลี่ยนวาล์ว เวลาเติมลม และเวลาเคลื่อนที่เชิงกล
- วัด P1 ที่ทางเข้าวาล์ว หากตกมากที่จุดนี้ ปัญหาอยู่ต้นทางของทางไหลผ่านวาล์วที่วัด
- วัด P2 ใกล้พอร์ตกระบอกสูบ เปรียบเทียบ P1 กับ P2 ขณะอัตราการไหลสูงสุด ไม่ใช่หลังลูกสูบหยุด
- ตรวจสอบแรงดันย้อนกลับทางระบาย ทดสอบซ้ำในทิศตรงข้าม และทดลองใช้ตัวเก็บเสียงที่ยืนยันแล้วว่าสะอาดชั่วคราวเมื่อข้อกำหนดความปลอดภัยหน้างานอนุญาต
- เปลี่ยนข้อจำกัดครั้งละหนึ่งจุด ใช้วาล์วที่ยืนยันแล้วว่ามีความสามารถสูงกว่าแทน หรือทำให้ท่อช่วงหนึ่งสั้นลงโดยไม่เปลี่ยนส่วนอื่นของวงจร
- ทดสอบซ้ำหลายรอบพอให้เห็นความแปรผัน รายงานเวลาจังหวะค่ามัธยฐานและกรณีเลวร้ายที่สุด ค่า P1 ต่ำสุด และผลต่าง P1 ถึง P2 สูงสุด
หากวาล์วทดแทนที่มี Cv สูงกว่าช่วยลดเวลาจังหวะโดยแรงดันต้นทางยังคงเสถียร นั่นเป็นหลักฐานที่ชัดเจนว่าทางไหลผ่านวาล์วเดิมเป็นข้อจำกัด หาก P1 ลดฮวบกับวาล์วทั้งสองตัว การเพิ่ม Cv ของวาล์วจะไม่แก้ปัญหาแหล่งจ่ายต้นทาง
วาล์วที่มีขนาดใหญ่เกินไปทำให้เกิดอะไรขึ้น?
วาล์วควบคุมทิศทางแบบเปิด/ปิดที่ใหญ่เกินไปอาจเพิ่มความเร่งช่วงเริ่มต้น ทำให้ปรับระบบกันกระแทกยากขึ้น เพิ่มเสียงระบาย และใช้พื้นที่บนแมนิโฟลด์หรือแผงมากขึ้น แต่ ไม่ได้ทำให้ปริมาณลมที่ต้องใช้เติมห้องกระบอกสูบเดิมจนถึงแรงดันสุดท้ายเท่าเดิมในแต่ละรอบสมบูรณ์เพิ่มขึ้นโดยอัตโนมัติ ปริมาณลมที่ใช้กับอัตราการไหลชั่วขณะเกี่ยวข้องกัน แต่เป็นคนละปริมาณ
อย่านำคำเตือนทุกข้อเกี่ยวกับวาล์วควบคุมกระบวนการแบบมอดูเลตที่ใหญ่เกินไปมาใช้กับวาล์วควบคุมทิศทางนิวเมติกโดยตรง วาล์วควบคุมกระบวนการอาจควบคุมได้ไม่ดีเมื่อทำงานใกล้ตำแหน่งปิด ส่วนวาล์วควบคุมทิศทางโดยทั่วไปสับเปลี่ยนระหว่างสถานะที่กำหนด สำหรับวงจรนิวเมติก ให้ตรวจสอบประเด็นจริง ได้แก่ แรงกระแทก ความสามารถในการควบคุม เสียงระบาย ความเร็วเสถียรต่ำสุด ต้นทุน และพื้นที่
เลือกวาล์วที่เล็กที่สุดซึ่งผ่านการทดสอบตรวจรับพร้อมส่วนเผื่อสมเหตุสมผลที่แรงดันจ่ายต่ำสุดและโหลดสูงสุดที่คาดไว้ หลีกเลี่ยงตัวคูณคงที่ เช่น “บวก Cv 25% เสมอ” เว้นแต่ข้อกำหนดของเครื่องจักรหรือผู้ผลิตอุปกรณ์จะระบุเงื่อนไขของส่วนเผื่อนั้น
แบบบันทึกตรวจรับอัตราการไหลของวาล์ว
ใช้แบบบันทึกหนึ่งชุดต่อการเคลื่อนที่สำคัญหนึ่งรายการ เพื่อเปลี่ยนคำว่า “กระบอกสูบดูเหมือนช้า” ให้เป็นข้อมูลจัดซื้อและทดสอบเดินเครื่องที่เปรียบเทียบกันได้
| หัวข้อ | ข้อมูลที่ต้องบันทึก |
|---|---|
| แอคชูเอเตอร์ | ชนิด ขนาดกระบอก/พื้นที่ใช้งาน ระยะชัก และขนาดก้านสูบถ้ามี |
| ข้อกำหนดการเคลื่อนที่ | เวลาเป้าหมายขณะยืดและหด ความแปรผันที่ยอมรับได้ |
| สภาวะโหลด | แรง มวล แนวติดตั้ง แรงเสียดทาน และการตั้งระบบกันกระแทก |
| สภาวะลม | แรงดันจ่ายแบบไดนามิกต่ำสุด อุณหภูมิแวดล้อม |
| ข้อมูลวาล์ว | รุ่น หน้าที่ของสปูล ค่า Cv หรือข้อมูล ISO 6358 ของแต่ละทางไหล |
| เส้นทางที่ติดตั้ง | เส้นผ่านศูนย์กลางใน/ความยาวท่อ ข้อต่อ แมนิโฟลด์ วาล์วควบคุมความเร็ว ตัวเก็บเสียง |
| ผลการวัด | ความล่าช้าจากคำสั่งถึงการเคลื่อนที่ เวลาจังหวะ ค่า P1 ต่ำสุด และกราฟ P2 |
| เกณฑ์ตรวจรับ | ขีดจำกัดผ่าน/ไม่ผ่าน ณ สภาวะการทำงานเลวร้ายที่สุดที่คาดไว้ |
สำหรับงานเปลี่ยนทดแทน ให้ส่งแบบบันทึกนี้พร้อมเอกสารข้อมูลของวาล์วเดิมและภาพจุดเชื่อมต่อแมนิโฟลด์ แรงดันไฟฟ้า เกลียวพอร์ต และหน้าที่ของสปูลยังต้องตรงกัน แม้ว่าวาล์วที่เสนอจะมีความสามารถในการไหลเพียงพอ
คำถามที่พบบ่อย
ค่า Cv ที่สูงขึ้นทำให้กระบอกสูบนิวเมติกเคลื่อนที่เร็วขึ้นเสมอหรือไม่?
ไม่เสมอไป ความสามารถในการไหลของวาล์วที่สูงขึ้นจะช่วยได้เฉพาะเมื่อทางไหลผ่านวาล์วนั้นเป็นข้อจำกัดสำคัญ ความเร็วอาจถูกกำหนดโดยโหลดของกระบอกสูบ แรงดันต้นทาง ท่อ ข้อต่อ วาล์วควบคุมความเร็วทางระบาย ระบบกันกระแทก หรืออุปกรณ์ระบายลม
เลือกวาล์วโดยเทียบเฉพาะขนาดพอร์ตได้หรือไม่?
ไม่ได้ ต้องเทียบพิกัดแรงดัน หน้าที่ของสปูล แรงดันไฟฟ้า รูปแบบการติดตั้ง และข้อมูลการไหล พอร์ตที่ใช้เกลียวขนาดเดียวกันอาจมีพื้นที่ทางไหลภายในต่างกันและรองรับอัตราการไหลไม่เท่ากัน
สมการ Cv สำหรับของเหลวใช้กับลมอัดได้หรือไม่?
ใช้เป็นวิธีเลือกขนาดระบบก๊าซแบบสมบูรณ์ไม่ได้ ควรใช้สมการนิวเมติกของผู้ผลิตหรือข้อมูล ISO 6358 ที่รวมแรงดันต้นทาง แรงดันปลายทาง อุณหภูมิ และพฤติกรรมการไหลของไหลอัดตัวได้
ควรวัดแรงดันที่จุดใดระหว่างการทดสอบ Cv?
วัดใกล้ทางเข้าวาล์วและใกล้พอร์ตกระบอกสูบที่กำลังทำงาน แล้วตรวจสอบแรงดันย้อนกลับทางระบาย ใช้เซนเซอร์ที่เร็วพอจะจับแรงดันตกช่วงสั้นระหว่างจังหวะ แทนการอาศัยเกจแรงดันสถิตเพียงอย่างเดียว
ควรบวกตัวคูณความปลอดภัยคงที่ให้ค่า Cv ที่คำนวณได้หรือไม่?
ควรกำหนดส่วนเผื่อตามแรงดันจ่ายต่ำสุด ความแปรผันของโหลด ความไม่แน่นอนในการวัด และช่วงการทำงานในอนาคต ตัวคูณสากลไม่มีเหตุผลรองรับหากไม่ระบุเงื่อนไขและคำแนะนำจากผู้ผลิต