Пневматичний привід трубопровідної арматури
Механізація, автоматизація, а сьогодні вже і роботизація виробничих процесів ─ магістральний напрям науково-технічного прогресу. Повною мірою воно стосується трубопровідної арматури. Використання механізованих приводів дозволяє вирішувати широкий комплекс завдань.
З'являється можливість на порядок збільшити продуктивність трубопровідних систем і технологічного обладнання, частиною якого вони є. Знижуються експлуатаційні витрати. Забезпечується висока ефективність управління трубопровідними системами, навіть якщо вони представляють собою складні розгалужені комунікації, а що входять до їх складу технічні пристрої розосереджені на значних площах і значній відстані від пультів управління.
Визначаючи, яким приводу віддати перевагу, щоб відшукати технічно обгрунтоване і економічно доцільне конструктивно-технологічне рішення, до уваги беруть такі чинники:
- призначення і склад трубопровідної системи;
- режим її роботи і, перш за все, інтенсивність експлуатації;
- розташування в трубопровідній системі одиниці арматури, керованої даними приводом;
- досяжність і зручність обслуговування приводу;
- наявність в трубопровідній системі інших приводів;
- можливості енергозабезпечення: доступність джерел енергії та її собівартість;
- економічна доцільність використання конкретного приводу з урахуванням інтересів усіх впливають на це чинників.
Дуже часто, зваживши всі «за» і «проти», проектувальники зупиняють свій вибір на пневматичному приводі.
Використовують в більшості випадків стиснене повітря і рідше інші гази, пневматичні приводи для трубопровідної арматури з успіхом застосовуються для управління всіма її типами. Як неполноповоротние (кран, дисковий затвор), так і прямоходовій ─ пневматичний привід клапанів і засувок.
пристрій пневмопривода
Пневматичні приводи для трубопровідної арматури комплектуються різними пристроями, розміщеними як безпосередньо на конструкції пневмопривода, так і в спеціальній шафі, що має штуцери для підведення-відведення керуючої середовища. Ручний дублер, призначений для управління арматурою в разі виходу пневмопривода з ладу або втрати повітряної енергії, встановлюють:
- в пневмоприводами поршневого типу ─ на верхній кришці;
- в мембранних приводах зворотної дії ─ збоку на стійці;
- в мембранних приводах прямої дії ─ на верхній чашці.
У ряді випадків (наприклад, якщо це кульовий кран з пневмоприводом, для якого дуже важливо гарантовано точне положення кулі в положенні «відкрито» або «закрито») обов'язковою опцією пневмопривода є регульована зупинка при відкритті-закритті, що забезпечується дорожніми вимикачами. Тому пневмоприводи комплектуються дорожніми і кінцевими перемикачами, що змінюють своє комутаційне положення при відповідно заданих і крайніх положеннях рухомих частин арматури.
Пневмоприводи комплектуються вбудованими фільтрами для очищення керуючої середовища від механічних домішок, а пневмоприводи обертального (неполноповоротние) дії зі струменевим двигуном, керованим транспортуються газом, ─ фільтрами-осушувачами.
Схема пневматичного приводу може передбачати установку акумуляторів для накопичення повітря, здатних забезпечити одноразове або багаторазове спрацьовування, якщо застосування пружин небажано або неприпустимо.
Класифікація. типи пневмоприводов
Згідно з першим документом в залежності від конструктивного виконання пневмоприводи бувають: поршневі; мембранні; сильфонні; струменеві; лопатеві
Залежно від принципу дії вони поділяються на:
а в залежності від руху вихідної ланки ─ на приводи:
- поступального руху;
- поворотного руху.
Другий нормативний документ по типу конструкції ділить пневмоприводи на три великі групи:
- поршневого типу;
- мембранного типу;
- обертального типу.
Згідно з ним в залежності від призначення (умов експлуатації) пневмоприводи можуть виготовлятися в трьох виконаннях:
- нормального (загальнопромислового) призначення;
- у вибухозахищеному виконанні;
- підвищеної безпеки для АС (атомних станцій).
Пневмоприводи поршневого типу
- двостороннього (зворотно-поступального) дії ─ коли робочий хід здійснюється під впливом стиснутого повітря;
- односторонньої дії ─ коли робочий хід здійснюється під впливом стиснутого повітря, а холостий ─ за допомогою пружин.
Пневмоприводи поршневого типу односторонньої дії розпадаються на пружинні прямого і зворотного дії. У перших при підвищенні тиску робочого середовища над поршнем він віддаляється від верхньої кришки, у других ─ навпаки, наближається до неї.
Пневмоприводи поршневого типу, що складаються з циліндра і поршня, ущільненого еластомірними кільцями, забезпечують лінійне переміщення штока виконавчого механізму на велику відстань. Привід поршневий пневматичний має чимало переваг: невелика кількість деталей, а, значить, простота конструкції, можливість отримання великих зусиль при прямолінійній ході штока, швидкодія. Підвищення точності і поліпшення динамічних параметрів забезпечується використанням позиционеров.
Пневмоприводи мембранного типу
- безпружинні;
- пружинні прямої дії;
- пружинні зворотної дії.
У пружинних пневмоприводов прямої дії при збільшенні тиску керуючої середовища в робочій порожнині механізму приєднувальний елемент вихідної ланки віддаляється від площини закладення мембрани; у пружинних зворотної дії, навпаки, наближається до неї.
Мембранний пневмопривід є герметичною камеру, розділену мембраною на дві порожнини. Ведене ланка отримує імпульс руху від рідини або газу за допомогою еластичної (пружною) мембрани, виготовленої з металу і неметалічних матеріалів: гуми або полімерів (поліетилен, фторопласт і ін.).
Пневмоприводи обертального типу
Серед пневмоприводов обертального типу виділяють три види обертальних приводів неполноповоротние дії:
з рейково-зубчастим зачепленням; лопатеві; із струменевим двигуном.
Окремий вид складають обертальні пневмоприводи багатооборотна дії.
Для збільшення терміну служби рейкове зачеплення по всій довжині покривають нікелевим покриттям.
У приводах лопатевого типу подається на привід повітря діє на лопать, з'єднану зі штоком арматури, створюючи необхідний для повороту крутний момент.
Переваги струменевих двигунів: простота конструкції і технології виготовлення, невеликі габарити, широкий діапазон застосування по температурі і тиску газу, високий ККД, мала схильність до забруднення.
Сильфонні пневматичні приводи
Робота пневматичного приводу сильфонного типу заснована на здатності сильфонов змінювати свою довжину під впливом тиску середовища. Сильфонні приводи ─ приводи однобічної дії. Можлива установка додаткової пружини повернення. Область їх застосування ─ трубопровідна арматура невеликого розміру. Для управління великою арматурою сил сильфонного пневматичного приводу буде недостатньо. Поряд з невеликим зусиллям властивостями сильфонних приводів є обмежений ресурс і невисока ремонтопридатність.
Як прямолінійний рух перетворити в обертальний
Для того, щоб управляти неполноповоротние арматурою, пневмоприводи повинні вміти перетворювати поступальний рух в обертальний. Існує кілька типів механізмів, що дозволяють це зробити.
У кулісні-поршневому пневмоприводе два поршня з'єднані штоком і кулісою. Дискові затвори і кульові крани з пневмоприводом часто оснащені саме кулісні-поршневим механізмом. У рейково-поршневому приводі один або два поршня (якщо два, вдається отримати більший крутний момент) з'єднані рейкою, що входить в зачеплення із зубчастим колесом, що знаходиться на одній осі з валом, що забезпечує постійний крутний момент протягом усього ходу. Ідеально підходять для повороту вала на 90 і навіть 180 градусів.
Важеля поворотний привід, який представляє вісь, з'єднану з циліндром через важіль, чинним на шток арматури, за своїми параметрами близький до кулісні-поршневому приводу. Але наявність рухомих деталей, які з метою створення безпечних умов праці необхідно закривати кожухом, роблять його менш популярним.
У пневмоприводе з кулачковим механізмом поворот здійснюється відповідно до профілю кулачка, розташованого між двома поршнями. Параметри крутного моменту постійні протягом усього ходу.
Переваги пневматичного приводу
Одне з головних переваг пневмопривода ─ стиснене повітря, економічна і зручна форма зберігання енергії. При необхідності його можна скидати в атмосферу без побоювання завдати шкоди навколишньому середовищу.
Прямий наслідок фізичних властивостей стисненого повітря ─ швидкодію пневматичного приводу, особливо актуальне, коли фактор швидкості закриття запірного робочого органу критично важливий в силу умов безпеки (отсечной клапан з пневмоприводом). Пневмоприводи в цілому відрізняються великою швидкодією, ніж електроприводи.
Ще одна перевага пневмопривода ─ хороша керованість. Швидкість обертання легко регулювати зміною витрати повітря. Простота монтажу і налаштування дозволяють широко застосовувати пневмоприводи для управління регулюючою трубопровідною арматурою (наприклад, який регулює клапан з пневмоприводом). Особливо добре для цього підходять мембранні приводи з пружинами.
Важлива якість пневматичного приводу ─ надійність. Якщо електропривод при перевантаженні може вийти з ладу, то пневмопривід просто зупиниться або буде працювати вхолосту. Пневмопривод протягом тривалого терміну експлуатації може обходитися мінімальним технічним обслуговуванням.
Проста, в т. Ч. Завдяки відсутності обертових деталей конструкція має порівняно низьку вартість.
Наслідком простоти (звичайно ж порівняльної і відносної) технічного пристрою пневмопривода є цілий комплекс його якостей: простота монтажу, настройки та експлуатації, надійність, взаємозамінність елементів конструкції, нескладний ремонт пневматичного приводу, зручне управління пневмоприводами.
Ще один наслідок цієї якості пневмопривода ─ тривалий, вимірюваний мільйонами циклів, термін експлуатації.
Пневмопривод ─ дуже «демократичне» обладнання, легко взаємодіє з майже будь-якою арматурою, крім найбільшої, де на допомогу йому приходить в чомусь споріднений гідропривід (гідравлічні та пневматичні приводи мають значне, хоча і не абсолютне конструктивне схожість).
Використання пневмопривода дозволяє забезпечити високий рівень автоматизації виробництва, а, отже, рішення широкого кола технологічних задач.
Потрібно тільки враховувати, що якщо управління пневматичним приводом встановлено на арматурі, що знаходиться на досить великій відстані від компресора, тиск в повітряній мережі може знижуватися, тому, виконуючи розрахунок пневмопривода, до крутного моменту додають запас в кілька десятків відсотків від номінального значення.
Але, мабуть, найбільш чітко проявляється гідність пневмопривода ─ його безпеку, в т. Ч. В умовах пожежонебезпечних і вибухонебезпечних робочих середовищ. Перевантаження пневмопривода не призводить до його перегріву. Пневматичне обладнання не здатна послужити джерелом пожежі або загоряння навіть в умовах підвищеної вибухо- і пожежонебезпеки, наприклад, при експлуатації на трубопроводах, що транспортують легкозаймисті робочі середовища. Пневмопривод працює при високих температурах, в сильно запиленої і агресивному середовищі.
Винайдений більше століття тому пневмопривід далеко ще не вичерпав всіх своїх можливостей, а впровадження в нього сучасної електроніки і засобів програмного забезпечення тільки сприяє зміцненню його потенціалу.