- Áp suất cần có ựể duy trì dòng chảy ổn ựịnh theo chiều ngang:
3.3.1. Hiện tượng Stiction của van ựiều khiển
3.3.1.1 . Giới thiệu chung
Hiện tượng phi tuyến trong van là một trong những nguồn chắnh cho sự xuống cấp trong quá trình ựiều khiển và kết quả phi tuyến này là do:
Sụt áp trên van
Hệ số khuếch ựại thay ựổi
Do cơ cấu truyền ựộng van
Tắnh phi tuyến do cơ cấu biểu hiện qua một số hiện tượng phổ biến như Stiction, Deadband, Deadzone, Hysteresis Ờ chúng ựều có bản chất từ hiện tượng ma sát. Giữa những hiện tượng gây phi thuyến trên thì Stiction là vấn ựề phổ biến nhất trong van kiểu màng- lò xo
Hình 3-17. Cấu trúc van ựiều khiển
mà ựược sử dụng rộng rãi trong các quá trình công nghiệp Nó ngăn cản chất lượng của quá trình ựiều khiển cũng như chất lượng của van ựiều khiển. Rất nhiều nghiên cứu và những cuộc thảo luận về ma sát tĩnh và Stiction ựã diễn ra (Armstrong-H'elouvry và cộng sự, 1994; Aubrun và cộng sự, 1995;. McMillan, năm 1995; Taha và cộng sự, 1996; Wall'en năm 1997; Horch và Isaksson, năm 1998; Sharif và Grosvenor, năm 1998; Horch và cộng sự, 2000; Horch, 2000; Ruel năm 2000; Gerry và Ruel năm 2001) nhưng vẫn chưa ựưa ra ựược một ựịnh nghĩa chắnh thức dành cho Stiction trước ựó. Nghiên cứu này tập trung vào sự hiểu biết, từ dữ liệu thực tế, các cơ chế gây Stiction và ựề xuất một mô hình dữ liệu mới của Stiction, có thể ựược trực tiếp liên quan ựến van thực tế. Nó cũng xác nhận các kết quả mô phỏng ựược tạo ra bằng cách sử dụng mô hình ựề xuất với ựiều ựó từ một mô hình vật lý của van.
Chúng ta cần tìm hiểu thêm về hiện tượng Stiction:
- Backlash (khe hở, ựộ dơ) Quá trình ựo cho thấy Backlash là chuyển ựộng tương ựối giữa các phần tử cơ học, kết quả là sự trùng xuống khi các chuyển ựộng bị ựảo chiều.
- Hysteresis (độ trễ): Sự khác nhau trong ựáp ứng ra với cùng thay ựổi ựầu vào theo hai chiều khác nhau. độ trễ ựược xác ựịnh bằng sai lệch lớn nhất giữa 2 giá trị ựầu ra với cùng giá trị ựầu vào (loại trừ có dải chết)
- Deadband (Dải chết): là khoảng giá trị ựầu vào mà không có sự thay ựổi giá trị ựầu ra theo hai chiều thuận ngược. Tuy nhiên giá trị của ựầu ra là khác nhau trong hai khoảng ựó. Dải chết gây ra sự trễ pha giữa ựầu vào và ựầu ra.
- Deadzone(Vùng chết): là vùng mà ựầu ra không thay ựổi giá trị mặc dù có sự thay ựổi của ựầu vào theo hai chiều thuận ngược.
* Deadband (dải chết): biến thiên nhỏ nhất của giá trị ựo theo chiều ngược lai mà thiết bị ựo có thể ựáp ứng với tắn hiệu ựầu ra thay ựổi
* Deadzone(vùng chết): đó là phạm vi ựược xác ựịnh trước của ựầu vào mà thông qua nó ựáp ứng ra không ựổi, không phụ thuộc vào hướng của tắn hiệu vào. Deadzone không có ựộ trễ giữa ựầu vào và ựầu ra.
Các ựịnh nghĩa trên cho thấy rằng thuật ngữ Ộ backlashỢ ựặc biệt áp dụng cho các khe hở hoặc trùng xuống của các phần cơ học khi thay ựổi hướng chuyển ựộng của nó. Do ựó van ựiều khiển chỉ có thể thêm các hiệu ứng dãy chết nếu có là một số khe hở trong cơ cấu truyền ựộng loại thanh răng và bánh răng hoặc mất kết nối trong trục van quay. định nghĩa và mô hình ở hình bên cho thấy trễ và dãy chết là những tác ựộng khác biệt. Dãy chết là ựịnh lượng về dải tắn hiệu ựầu vào (tức là, trên trục x) trong khi trễ ựề cập ựến một sự tách biệt trong phản ứng (ựầu ra) ựo (tức là, trên trục y).
Một số cá nhân và tổ chức ựã từng ựưa ra những khái niệm khác nhau về Stiction, vắ dụ như:
- Theo ISA, 1979 (Instrument Society of America): ỘStiction là sự cản trở khi bắt ựầu một chuyển ựộng, ựo ựược bằng sự chênh lệch giá trị của truyền ựộng lên và xuống khi khắc phục ma sát tĩnhỢ.
- Theo Entech, 1998: ỘStiction có xu hướng trượt- bám do ma sát tĩnh lớn. Hiện tượng này gây hạn chế giải pháp chuyển ựộng của van ựiều khiển. Van ựiều khiển có xu hướng bám vào trụ ựỡ và trượt ựi khi có lực tác dụng vàoỢ
- Theo Horch, 2000: Ộ Các van ựiều khiển bị mắc kẹt ở một vị trắ nhất ựịnh do lực ma sát tĩnh lớn. Bộ ựiều khiển (tắch hợp) sau ựó sẽ tăng ựiểm thiết lập ựến van cho ựến khi ma sát tình có thể ựược khắc phục. Sau ựó, van thoát khỏi vị trắ kẹt và di chuyển ựến một vị trắ mới (giai ựoạn trượt) mà nó dắnh lại. Các vị trắ mới thường ở phắa bên kia của ựiểm ựặt mong muốn và như vậy quá trình ựó bắt ựầu theo hướng ngược lại một lần nữaỢ.
- Trong một bài báo gần ựây (Ruel, 2000) báo cáo: "Stiction như là một sự kết hợp của thanh từ và ma sát, tạo ra ựể nhấn mạnh sự khác biệt giữa ma sát tĩnh và ma sát ựộng. Stiction tồn tại khi ma sát tĩnh trội hơn ma sát ựộng bên trong van. Ma sát của một ựối tượng di chuyển ắt hơn khi nó ựứng yên.
Stiction có thể giữ cần van di chuyển khi có những thay ựổi nhỏ của ựầu vào ựiều khiển và sau ựó di chuyển cần van khi có ựủ ựiều kiện giải phóng nó. Kết quả của Stiction, là ựiều có ựủ lực theo yêu cầu ựể di chuyển cần van nhiều hơn một lần ựể có ựược giá trị mong muốn. Khi có sự hiện diện của Stiction. quá trình này tăng vọtỢ
Theo ựịnh nghĩa này Stiction ựược ựo trực tuyến bởi con người trong quá trình công nghiệp Ờ ựặt vòng ựiều khiển bằng tay và sau ựó tăng ựầu vào van từng bước nhỏ cho ựến khi có sự thay ựổi ựáng chú ý của ựại lượng cần ựiều khiển
- Theo Olsson (1996): ỘStiction ựược ựịnh nghĩa là viết tắt của Static Friction (Ma sát tĩnh), trái ngược với ma sát ựộng. Ma sát tĩnh chống lại xu hướng chuyển ựộng của vật khi có lực bên ngoài tác ựộngỢ.
Những ựịnh nghĩa trên ựều ựồng ý rằng Stiction là ma sát tĩnh, giữ ựối tượng lại khi có lực tác ựộng vào ựối tượng, ựối tượng chỉ bắt ựầu chuyển ựộng khi mà lực
tác ựộng lớn hơn ma sát tĩnh, nhưng lại chưa thống nhất ựược cách ựo ựạc và mô hình hóa chúng như thế nào. Ngoài ra còn thiếu những mô tả rõ ràng về thời ựiểm mà van khắc phục ựược ma sát tĩnh.
Vì vậy mà một ựịnh nghĩa chắnh xác về Stiction cần ựược ựưa ra là cần thiết.
3.3.1.2. đề suất ựịnh nghĩa mới về Stiction
định nghĩa mới của Stiction là ựề xuất của các tác giả dựa trên những dữ liệu ựiều tra cẩn thận từ quá trình thực. Quan sát quan hệ giữa ựầu vào và ra van ựiều khiển cho thấy hiện tượng Stiction ựược mô tả giống như hình vẽ dưới ựây.
Stiction bao gồm bốn thành phần: dãy chết (Deadband), dải giữ (stickband), trượt nhảy (Slip jump) và giai ựoạn chuyển ựộng (moving phase). Dãy chết và dải giữ ựại diện cho hành vi của van khi nó không di chuyển mặc dù ựầu vào van tiếp tục thay ựổi.
Khi van di chuyển và thay ựổi hướng tại ựiểm A. Do hiện tượng dải chết, van sẽ dắnh vào trụ ựỡ. Sau khi tắn hiệu ựiều khiển vào van khắc phục ựược dải chết (AB), dải giữ (BC) của van, van nhảy ựến một vị trắ mới D và tiếp tục di chuyển. Do vận tốc rất thấp hoặc bằng không, van có thể trượt bám từ ựiểm D ựến E như trong hình.
Trượt nhảy (Slip jump) là do sự giải phóng thế năng ựược dự trữ trong khoảng ma sát tĩnh còn lớn giữ van không di chuyển gây ra sự thay ựổi ựột ngột giá trị ựầu ra van.
Tại ựiểm E, do ảnh hưởng của dải chết van lại bị dắnh chặt một lần nữa. Ở giai ựoạn này, ma sát ựộng thấp hơn rất nhiều so với ma sát tĩnh.
Trong công nghiệp, trường hợp deadband = 0 và chỉ có stickband thì sẽ không xuất hiện van giữ ở giữa D và E vì van thường giữ di chuyển khi ựầu vào ựang thay ựổi. Sự di chuyển của van dừng lại khi ựầu vào thay ựổi hay ựảo phương chuyển ựộng.
định nghĩa: Sự xuất hiện của Stiction giảm sự di chuyển chắnh xác của van, vắ dụ: cần van có thể không ựáp ứng tắn hiệu ựầu ra từ bộ ựiều khiển hoặc bộ ựịnh vị van. Sự di chuyển trơn của van trong ựáp ứng với ựầu vào biến thiên từ bộ ựiều khiển hoặc bộ ựịnh vị van bị ựược ựứng trước bởi dải giữ và sự nhảy ựột ựược nêu lên như sự trượt-nhảy. Nguồn gốc của nó trong hệ thống cơ khắ là ma sát tĩnh, nó vượt thành ma sát ựộng trong suốt quá trình di chuyển trơn của van.