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Conversor eletro-hidráulico I/H e válvula direcional WSR,<br />
tecnologia de atuadores para posicionar cilindros em turbocompressores<br />
Tecnologia consolidada<br />
O conversor eletro-hidráulico I/H e<br />
as válvulas direcionais WSR são<br />
a solução econômica ideal para controlar<br />
cilindros de posicionamento hidráulico.<br />
Isto permite à válvula regular<br />
o débito de massa (por ex. vapor)<br />
de forma precisa e extremamente dinâmica.<br />
Um sinal de entrada de corrente<br />
(0/4 – 20 mA) nos conversores I/H<br />
ou nas válvulas direcionais WSR<br />
é convertido proporcionalmente numa<br />
pressão de saída ou num fluxo<br />
de óleo.<br />
Elevada confiabilidade<br />
A concepção do conversor eletrohidráulico<br />
I/H e da válvula direcional<br />
WSR é extremamente simples:<br />
n Ímã de comando com sistema eletrônico<br />
integrado<br />
n Componente hidráulico<br />
Esta concepção simples e compacta<br />
assegura uma elevada confiabilidade<br />
operacional, associada à disponibilidade<br />
dos componentes e do sistema.<br />
O mundo é o nosso lar<br />
Nós somos um parceiro de confiança<br />
para fabricantes e operadores de<br />
turbocompressores em todos os<br />
mercados internacionais.<br />
A tecnologia de atuadores <strong>Voith</strong><br />
<strong>Turbo</strong> foi já comprovada mais de<br />
10 000 instalações em centrais elétricas<br />
de todo em mundo, assegurando<br />
um funcionamento econômico<br />
de turbinas e compressores.
2<br />
Conversores I/H<br />
Concepção<br />
4 1 5 3 2 6 7<br />
Um conversor I/H <strong>Voith</strong> é uma válvula<br />
reguladora de pressão de comando<br />
elétrico, constituída por um<br />
solenóide comandado por força e<br />
por um componente hidráulico.<br />
Os conversores I/H <strong>Voith</strong> <strong>Turbo</strong> convertem rapidamente<br />
e com precisão um sinal de entrada de corrente de<br />
0/4 – 20 mA em pressão de saída proporcional.<br />
T A P<br />
A Terminal do consumidor (saída)<br />
T Conexão do tanque<br />
P Terminal de admissão de óleo<br />
(entrada)<br />
1 Caixa do ímã de comando<br />
2 Tucho<br />
3 Potenciômetro<br />
4 Ajuste manual<br />
5 Conexão elétrica<br />
6 Componente hidráulico<br />
7 Pistão de comando
Concepção simples e princípio operacional consolidado<br />
Engenharia de controle de processos<br />
w<br />
Funcionamento<br />
Princípio de aplicação 1:<br />
Atuação direta de um<br />
cilindro hidráulico<br />
X0 X1<br />
s<br />
Válvula<br />
de vapor<br />
Vapor<br />
vivo<br />
O controle de força do solenóide<br />
gera uma força magnética de FMag num solenóide de 24V DC. Esta força<br />
magnética é proporcional ao sinal<br />
de entrada de 0/4 – 20 mA (w),<br />
sendo os limites configurados através<br />
dos parâmetros X0 e X1. O controle<br />
eletrônico, a medição do fluxo<br />
magnético, a concepção técnica do<br />
ímã e o controle hidráulico pré-operado<br />
formam, em conjunto, uma<br />
unidade dinâmica funcional, praticamente<br />
livre de histerese.<br />
+<br />
-<br />
U HALL<br />
+24V<br />
U<br />
F<br />
F Mag<br />
Princípio de aplicação 2:<br />
Operação de uma válvula pré-operada<br />
com sistema mecânico de reposicionamento<br />
Válvula<br />
préoperada<br />
Sistema mecânico<br />
de reposicionamento<br />
s<br />
T P<br />
Vapor<br />
vivo<br />
Válvula<br />
pré-operada<br />
T P<br />
A<br />
T P<br />
Ímã de comando Controle hidráulico pré-operado<br />
O ímã de comando aplica a força<br />
F ao pistão de comando. Esse,<br />
Mag<br />
por sua vez, contrapõe a força hidráulica<br />
F gerada pela pressão<br />
Hydr<br />
na saída A ao longo da seção transversal<br />
do pistão de comando (regulador<br />
de pressão).<br />
A<br />
F Hydr<br />
Princípio de aplicação 3:<br />
Operação de uma válvula pré-operada<br />
com sistema eletrônico de reposicionamento<br />
Sistema eletrônico<br />
de reposiciona-<br />
Sensor de<br />
mento<br />
posição s<br />
i<br />
Para s<br />
engenharia<br />
de controle de<br />
processos<br />
A<br />
Vapor<br />
vivo<br />
A Terminal do consumidor<br />
(saída)<br />
T Conexão do tanque<br />
P Terminal de admissão<br />
de óleo (entrada)<br />
X0, X1 Parâmetros para gama<br />
de pressões de saída<br />
(potenciômetro)<br />
F Força magnética<br />
Mag<br />
F Força hidráulica<br />
Hydr<br />
U Tensão Hall<br />
Hall<br />
U Tensão<br />
s Deslocamento<br />
i Sensor de posição do<br />
sinal de corrente<br />
w Valor nominal para a<br />
pressão de saída<br />
Como resultado dessa regulação,<br />
a linha de saída do atuador recebe<br />
sempre a pressão e a quantidade<br />
de óleo exatas necessárias para<br />
posicionar o vapor ou as válvulas<br />
de combustível.<br />
3
4<br />
Aplicação versátil graças à concepção<br />
robusta e à elevada precisão<br />
Dados técnicos e características<br />
n Tensão de alimentação<br />
de 24 V DC<br />
n Consumo de corrente 1,0 A<br />
n Sinal de entrada 0/4 – 20 mA<br />
n Tipo de proteção IP 65<br />
n Pressão de entrada até 70 bar<br />
n Temperatura ambiente - 20 a<br />
+ 80 °C para o modelo standard<br />
n Modelo à prova de explosão<br />
EEx d IIC T4 disponível<br />
Tipo Pressão de<br />
entrada máxima<br />
[bar]<br />
Tabela de seleção<br />
Os dados específicos do sistema<br />
têm de ser considerados quando<br />
da escolha de um conversor I/H<br />
adequado. Ao escolher um conversor<br />
I/H, tire partido de nossos vastos<br />
conhecimentos. O nosso pessoal<br />
do departamento de vendas<br />
encontra-se à sua inteira disposição.<br />
Faixa de comando<br />
para a pressão<br />
de saída<br />
[bar]<br />
Vazão [l/min]<br />
a p = 1 bar<br />
P ➞ A A ➞ T<br />
DSG-B03XXX 40 0 – 3 30 30<br />
DSG-B05XXX 40 0 – 5 30 30<br />
DSG-B05X48 20 0 – 5 100 140<br />
DSG-B07XXX 40 1 – 7 30 30<br />
DSG-B10XXX 40 0 – 10 30 30<br />
DSG-B30XXX 70 0 – 30 30 30<br />
DSG-B35XXX 70 10 – 35 30 30<br />
Conversores I/H <strong>Voith</strong> <strong>Turbo</strong> acoplados a uma turbina<br />
a vapor de 300 MW
Vantagens para o cliente<br />
Elevada confiabilidade<br />
e disponibilidade<br />
n Princípio operacional consolidado<br />
n Resistente à sujeira e com concepção<br />
robusta<br />
Conversores I/H <strong>Voith</strong> <strong>Turbo</strong> para<br />
uma turbina a vapor de 3,4 MW<br />
(Foto: AG KK&K – www.agkkk.de)<br />
Posicionamento dinâmico<br />
e preciso da pressão de saída<br />
n Reprodutibilidade < 0,1 %<br />
n Baixa histerese<br />
n Compensação térmica<br />
n Sem deriva<br />
n A pressão de entrada tem de ser,<br />
no mínimo, 0,5 bar superior<br />
à pressão de saída máxima<br />
n Tempo de resposta rápido<br />
Modelo à prova de explosão (esquerda) e modelo standard<br />
Instalação e comissionamento<br />
simples<br />
n Aparelho inspecionado e configurado<br />
de fábrica (plug & play)<br />
n As pressões de saída mínima e máxima<br />
podem ser alteradas de forma<br />
simples, utilizando os parâmetros X0<br />
e X1 (potenciômetros)<br />
n O óleo de lubrificação da turbina<br />
pode ser freqüentemente utilizado<br />
como fluido de trabalho<br />
n Dependendo do modelo em questão,<br />
existem ainda placas de adaptação,<br />
placas de descarga e cabos<br />
de conexão<br />
5
6<br />
Válvula direcional WSR<br />
Concepção<br />
4 3 1 3 5 2 6 7 8<br />
A válvula direcional <strong>Voith</strong> <strong>Turbo</strong><br />
WSR (posicionador do débito<br />
de combustível) é uma válvula direcional<br />
de comando elétrico, composta<br />
por solenóides comandados<br />
por força e por uma unidade hidráulica<br />
com válvula direcional WSR 3/3<br />
para cilindros de ação simples ou<br />
uma unidade hidráulica com válvula<br />
direcional WSR 4/3 para cilindros<br />
de dupla ação.<br />
As válvulas direcionais <strong>Voith</strong> <strong>Turbo</strong> WSR com posicionador integrado<br />
convertem rapidamente e de forma precisa um sinal de entrada<br />
de corrente de 4 – 20 mA num deslocamento proporcional.<br />
As válvulas direcionais WSR 3/3 ou 4/3 podem ser utilizadas para<br />
posicionar cilindros hidráulicos de forma dinâmica.<br />
T A P<br />
Válvula direcional WSR 3/3<br />
A Terminal do consumidor (saída)<br />
T Conexão do tanque<br />
P Terminal de admissão de óleo (entrada)<br />
1 Caixa do ímã de comando<br />
2 Tucho<br />
3 Potenciômetro<br />
4 Ajuste manual<br />
5 Conexão elétrica<br />
6 Componente hidráulico<br />
7 Pistão de comando<br />
8 Mola de comando
Sistema eletrônico de comando integrado para alterações<br />
dinâmicas e de elevada precisão da vazão<br />
Engenharia de controle de processos<br />
Válvula direcional WSR 3/3 para cilindros<br />
hidráulicos de ação simples<br />
x<br />
w<br />
+<br />
KPU<br />
KPD<br />
X1<br />
Sensor de<br />
posição<br />
-<br />
+ X0<br />
Funcionamento<br />
-<br />
i<br />
s<br />
U Mag<br />
U Hall<br />
Ímã de comando<br />
Cilindro<br />
hidráulico<br />
+24V<br />
U F<br />
F Mag<br />
O desvio específico do sistema (valor<br />
nominal w - valor real x) e o ganho<br />
de controle definido KPU<br />
ou KPD, resulta numa variável de referência<br />
U para o controle de for-<br />
Mag<br />
ça do solenóide. A força magnética<br />
F gerada no sistema de magneto<br />
Mag<br />
é monitorada indiretamente através<br />
da medição do fluxo magnético por<br />
meio do U e enviado de volta para<br />
Hall<br />
o controlador. A F atua através do<br />
Mag<br />
tucho no pistão de comando do<br />
controle hidráulico pré-operado.<br />
Este é defletido contra a mola de co-<br />
s<br />
A<br />
T P<br />
Controle hidráulico<br />
pré-operado<br />
Válvula de<br />
comando<br />
do vapor<br />
Vapor vivo<br />
FF<br />
Engenharia de controle de processos<br />
mando até a força de mola específica<br />
do curso F contrabalançar a for-<br />
F<br />
ça F . Isto resulta num fluxo<br />
Mag<br />
volumétrico, cuja direção e volume<br />
podem ser alterados e que pode<br />
ajustar o deslocamento s de um cilindro<br />
hidráulico montado externamente.<br />
A posição atual é monitorada<br />
através de um sensor de posição<br />
e enviada para o posicionador integrado<br />
na válvula direcional WSR. O<br />
ajuste do cilindro hidráulico é efetuado<br />
com controle da posição.<br />
Válvula direcional WSR 4/3 para cilindros<br />
hidráulicos de dupla ação<br />
x<br />
X1<br />
-<br />
w<br />
+<br />
KPU<br />
KPD<br />
Sensor de<br />
posição<br />
i<br />
-<br />
+ X0<br />
s<br />
+24V<br />
T<br />
s Válvula<br />
de<br />
comando<br />
do vapor<br />
A<br />
Vapor vivo<br />
UMag FMag FF U Hall<br />
Ímã de comando<br />
Cilindro<br />
hidráulico<br />
U F<br />
B<br />
P T<br />
Controle hidráulico<br />
pré-operado<br />
A, B Terminais do consumidor<br />
(saídas)<br />
T Conexão do tanque<br />
P Terminal de admissão de óleo<br />
(entrada)<br />
X0, X1 Parâmetros para ajuste do<br />
deslocamento (potenciômetros)<br />
KPU, KPD Ganhos de controle<br />
(potenciômetros)<br />
w Valor nominal da posição<br />
(4 – 20 mA)<br />
x Valor real da posição (4 – 20 mA)<br />
F Força magnética<br />
Mag<br />
F Força para a mola de comando<br />
F<br />
U Tensão Hall<br />
Hall<br />
U Variável de referência para<br />
Mag<br />
a força do solenóide FMag U Tensão<br />
s Deslocamento<br />
i Sensor de posição do sinal<br />
de corrente<br />
7
8<br />
Grandes Volumes e máxima precisão<br />
permitem uma aplicação versátil<br />
Dados técnicos e características<br />
n Tensão de alimentação 24 V DC<br />
n Consumo de corrente 1,0 A<br />
n Sinal de entrada 4 – 20 mA<br />
n Display remoto 4 – 20 mA<br />
n Tipo de proteção IP 65<br />
n Pressão de entrada até 160 bar<br />
n Temperatura ambiente - 20 a<br />
+ 80 °C para o modelo standard<br />
n Modelo à prova de explosão<br />
EEx d IIC T4 disponível<br />
Tipo Pressão de<br />
entrada máxima<br />
[bar]<br />
Tabela de seleção para válvula direcional WSR 3/3<br />
Os dados específicos do sistema<br />
têm de ser considerados quando da<br />
escolha de uma válvula direcional<br />
WSR adequada. Ao escolher uma<br />
válvula direcional WSR, tire partido<br />
de nossos vastos conhecimentos.<br />
O nosso pessoal do departamento<br />
de vendas encontra-se à sua inteira<br />
disposição.<br />
Vazão [l/min]<br />
a p = 1 bar<br />
P ➞ A A ➞ T<br />
WSR-C25XXX 200 17 62<br />
WSR-C45XXX até 40 22 75<br />
WSR-C60XXX até 40 35 150<br />
WSR-E60XXX até 40 30 350<br />
WSR-E80XXX até 40 50 600<br />
WSR-K120XXX 25 600 600<br />
Tipo Pressão de<br />
entrada máxima<br />
[bar]<br />
Tabela de seleção para a válvula direcional WSR 4/3<br />
Vazão [l/min]<br />
a p = 2 bar<br />
P ➞ A/B A/B ➞ T<br />
WSR-D16XXX até 160 14 14<br />
WSR-D24XXX 40 40 40<br />
WSR-D45XXX até 40 80 80<br />
WSR-D60XXX 40 130 130<br />
WSR-D80XXX 40 180 180<br />
WSR-K120XXX 25 600 600
Vantagens para o cliente<br />
Elevada confiabilidade<br />
e disponibilidade<br />
n Princípio operacional consolidado<br />
n Resistente à sujeira e com concepção<br />
robusta<br />
Válvulas direcionais <strong>Voith</strong> <strong>Turbo</strong> WSR para uma<br />
turbina a vapor de 40 MW (Foto: MAN <strong>Turbo</strong>)<br />
Controle dinâmico e de alta<br />
precisão<br />
n Resolução < 10 µm<br />
n Baixa histerese<br />
n Compensação térmica<br />
n Corte de carga < 300 ms realizável<br />
Instalação e comissionamento<br />
simples<br />
n Aparelho inspecionado e configurado<br />
de fábrica (plug & play)<br />
n A faixa de deslocamento e a resposta<br />
de controle do cilindro<br />
de trabalho podem ser facilmente<br />
alteradas e otimizadas com os potenciômetros<br />
(X0, X1, KPU, KPD)<br />
n O óleo de lubrificação da turbina<br />
pode ser freqüentemente utilizado<br />
como fluido de trabalho<br />
Versão standard, versão opcional à prova de explosão<br />
9
10<br />
Tecnologia de atuadores redundantes – máxima disponibilidade<br />
Módulo de conversores I/H = 2 conversores I/H<br />
+ seleção máxima<br />
Engenharia de controle de processos<br />
Funcionamento<br />
x 1<br />
x 2<br />
x 3<br />
Conversão de duplo canal dos sinais<br />
de atuação elétricos numa<br />
pressão hidráulica com uma seleção<br />
máxima: os dois sinais do atuador<br />
elétrico w e w (4 – 20 mA) pro-<br />
1 2<br />
venientes de um controlador de turbina<br />
redundante são convertidos<br />
separadamente por um conversor<br />
I/H <strong>Voith</strong> consolidado numa pressão<br />
hidráulica proporcional p e A1<br />
p . As duas pressões atuam numa<br />
A2<br />
seleção hidráulica máxima. A pressão<br />
maior é ativada (A). A função<br />
w 1<br />
w 2<br />
X0<br />
X0<br />
X1<br />
X1<br />
+<br />
+<br />
-<br />
U Hall<br />
-<br />
U Hall<br />
+24V<br />
U<br />
+24V<br />
U<br />
F<br />
F<br />
i s<br />
i s<br />
i s<br />
Para engenharia<br />
de controle de<br />
processos<br />
2 ímãs de comando Controle hidráulico pré-operado<br />
hidráulica pode ser monitorada<br />
continuamente com a ajuda de sensores<br />
de pressão integrados adicionalmente,<br />
em condições de funcionamento<br />
normais, através de uma<br />
diminuição em rampa do valor nominal<br />
do controlador da turbina.<br />
Esta variação de pressão permite<br />
efetuar um diagnóstico a cada um<br />
dos subsistemas durante a operação.Cada<br />
um dos conversores I/H é<br />
equipado com um circuito de monitoramento<br />
eletrônico utilizado para<br />
x 1<br />
x 2<br />
x 3<br />
F Mag<br />
F Mag<br />
Sensor de<br />
posição<br />
p A1<br />
p A2<br />
Cilindro hidráulico<br />
F Hydr<br />
F Hydr<br />
A<br />
Seleção<br />
máxima<br />
s<br />
T P<br />
Válvula de<br />
comando<br />
do vapor<br />
Vapor vivo<br />
assegurar que, na eventualidade de<br />
surgir uma falha, o conversor I/H regula<br />
para a pressão de saída mínima.<br />
A pressão de saída de um conversor<br />
I/H funcionando corretamente<br />
é ativada. O processo continua<br />
depois suavemente. Um aparelho<br />
defeituoso pode ser substituído durante<br />
a operação.
Válvula direcional WSR tandem = 2 ímãs de comando<br />
+ componente hidráulico<br />
Engenharia de controle de processos<br />
x 2out<br />
x 1out<br />
w 1<br />
w 2<br />
-<br />
+<br />
X1<br />
-<br />
+ X0<br />
Funcionamento<br />
KPU KPD<br />
U Hall<br />
Ímã de comando 1<br />
Aos dois ímãs de comando é atribuído<br />
um valor nominal distinto (w e 1<br />
w ) e um sensor de posição separa-<br />
2<br />
do (x e x ) é ligado a cada um dos<br />
1in 2in<br />
ímãs de comando. A armadura do<br />
ímã de comando 1 movimenta o pistão<br />
de comando do controle hidráulico<br />
pré-operado por meio da armadura<br />
do ímã de comando 2. Quando<br />
o ímã de comando 1 está ativo, o<br />
ímã de comando 2 está inativo, embora<br />
ligado. Na eventualidade de<br />
surgir uma falha, o ímã de comando<br />
1 é desligado e o ímã de coman-<br />
U F<br />
+24V<br />
F Mag<br />
-<br />
+<br />
X1<br />
KPU KPD<br />
U Hall<br />
x 1in<br />
x 2in<br />
i s<br />
i s<br />
-<br />
+<br />
X0<br />
Ímã de comando 2<br />
Sensor de<br />
posição<br />
U<br />
F<br />
+24V<br />
do 2 é ativado através do valor nominal<br />
(w ) utilizando um tempo de<br />
2<br />
trânsito específico (“redundância a<br />
quente”). O sistema lógico de conexão<br />
está localizado no exterior, na<br />
parte de engenharia de controle,<br />
monitorando os ímãs de comando (o<br />
sensor de posição indica x e x ).<br />
1out 2out<br />
Também tem como função gerar os<br />
sinais de comutação. As válvulas direcionais<br />
WSR tandem também se<br />
encontram disponíveis nas versões<br />
3/3 e 4/3.<br />
F Mag<br />
Cilindro hidráulico<br />
T<br />
A<br />
s<br />
Controle hidráulico<br />
pré-operado<br />
A Terminal do consumidor (saída)<br />
T Conexão do tanque<br />
P Terminal de admissão de óleo<br />
(entrada)<br />
p , p Pressão de saída para<br />
A1 A2<br />
conversores I/H<br />
X0, X1 Parâmetros para ajuste do<br />
deslocamento ou da pressão<br />
(potenciômetros)<br />
KPU, KPD Ganhos de controle<br />
(Potenciômetros)<br />
w Valor nominal do deslocamento<br />
ou da pressão (4 – 20 mA)<br />
x Valor real da posição (4 – 20 mA)<br />
F Força magnética<br />
Mag<br />
F Força hidráulica<br />
Hydr<br />
F Força para a mola de comando<br />
F<br />
U Tensão Hall<br />
Hall<br />
U Tensão<br />
s Deslocamento<br />
i Sensor de posição do sinal<br />
de corrente<br />
P<br />
F F<br />
Válvula<br />
de<br />
comando<br />
do vapor<br />
Vapor vivo<br />
11
<strong>Voith</strong> <strong>Turbo</strong> GmbH & Co. KG<br />
Electronic Drive Systems<br />
<strong>Voith</strong>str. 1<br />
74564 Crailsheim, Germany<br />
Tel. +49 7951 32-470<br />
Fax +49 7951 32-605<br />
turcon@voith.com<br />
www.voithturbo.com/actuation-control-turbomachinery<br />
cr304pt, 07.2010, 1000, aik-S&F/SVG. As dimensões e as figuras podem não corresponder à realidade. Sujeito a alterações.