Привод клапана

– Привод клапана это механизм открытия и закрытия клапана . Клапаны с ручным управлением требуют присутствия кого-то для их регулировки с помощью прямого или зубчатого механизма, прикрепленного к штоку клапана. Приводы с механическим приводом, использующие давление газа, гидравлическое давление или электричество, позволяют дистанционно регулировать клапан или обеспечивают быстрое управление большими клапанами. Приводы клапанов с электроприводом могут быть конечными элементами контура автоматического управления, который автоматически регулирует тот или иной расход, уровень или другой процесс. Приводы могут быть предназначены только для открытия и закрытия клапана или могут обеспечивать промежуточное позиционирование; некоторые приводы клапанов оснащены переключателями или другими способами удаленного указания положения клапана.

Приводы , используемые для автоматизации промышленной арматуры , можно найти на всех типах технологических предприятий. Они используются на очистных сооружениях, электростанциях , нефтеперерабатывающих заводах , в горнодобывающих и ядерных процессах, на пищевых заводах и в трубопроводах. Приводы клапанов играют важную роль в автоматизации управления технологическими процессами . Клапаны, подлежащие автоматизации, различаются как по конструкции, так и по размерам. Диаметр клапанов колеблется от одной десятой дюйма до нескольких футов.

Типы

Распространенными типами приводов являются: ручные, пневматические, гидравлические, электрические и пружинные.

Руководство

Ручной привод использует рычаги, шестерни или колеса для перемещения штока клапана определенным действием. Ручные приводы приводятся в действие вручную. Ручные приводы недороги, обычно автономны и просты в управлении человеком. Однако некоторыми крупными клапанами невозможно управлять вручную, а некоторые клапаны могут быть расположены в удаленных, токсичных или агрессивных средах, что в некоторых условиях делает невозможным ручное управление. В целях безопасности в определенных типах ситуаций может потребоваться более быстрое действие, чем может обеспечить ручный привод для закрытия клапана.

Пневматический

Давление воздуха (или другого газа) является источником энергии для пневматических приводов клапанов. ^[1] Они используются на линейных или четвертьоборотных клапанах. Давление воздуха действует на поршень или сильфонную диафрагму, создавая линейную силу на штоке клапана. Альтернативно, четвертьоборотный лопастной привод создает крутящий момент, обеспечивающий вращательное движение для управления четвертьоборотным клапаном. Пневматический привод может быть выполнен подпружиненным или подпружиненным, при этом давление воздуха преодолевает пружину, обеспечивая движение. В приводе «двойного действия» воздух подается на разные входы для перемещения клапана в направлении открытия или закрытия. Центральная система сжатого воздуха может обеспечить чистый, сухой и сжатый воздух, необходимый для пневматических приводов. В некоторых типах, например в регуляторах сжатого газа, давление подачи обеспечивается за счет потока технологического газа, а отходящий газ либо выбрасывается в воздух, либо сбрасывается в технологический трубопровод более низкого давления.

Гидравлический

Гидравлические приводы преобразуют давление жидкости в движение. Подобно пневматическим приводам, они используются в линейных или четвертьоборотных клапанах. Давление жидкости, действующее на поршень, обеспечивает линейное усилие для задвижек или шаровых клапанов. Четвертьоборотный привод создает крутящий момент, обеспечивающий вращательное движение для управления четвертьоборотным клапаном. Большинство типов гидравлических приводов могут быть снабжены функциями безопасности, позволяющими закрывать или открывать клапан в чрезвычайных обстоятельствах. Гидравлическое давление может создаваться автономным гидравлическим насосом. В некоторых приложениях, например, на водонасосных станциях, технологическая жидкость может обеспечивать гидравлическое давление, хотя в приводах должны использоваться материалы, совместимые с жидкостью.

Электрический

Электрический привод использует электродвигатель для создания крутящего момента для управления клапаном. Они тихие, нетоксичные и энергоэффективные. Однако должно быть доступно электричество, что не всегда так, они также могут работать от батареек.

Весна

Пружинные приводы удерживают пружину. При обнаружении какой-либо аномалии или при потере питания пружина освобождается, приводя в действие клапан. Они могут сработать только один раз, без сброса, и поэтому используются для одноразовых целей, например, в чрезвычайных ситуациях. Их преимущество состоит в том, что им не требуется мощный источник питания для перемещения клапана, поэтому они могут работать от ограниченного заряда батареи или автоматически, когда все питание пропало.

Движение привода

открывает Линейный привод и закрывает клапаны, которыми можно управлять с помощью линейной силы, тип, который иногда называют клапаном с «выдвижным штоком». К этим типам клапанов относятся шаровые краны, шаровые краны с выдвижным штоком, регулирующие клапаны и задвижки. ^[2] Двумя основными типами линейных приводов являются диафрагменные и поршневые.

Мембранные приводы изготовлены из круглого куска резины и зажаты по его краям между двумя сторонами цилиндра или камеры, что позволяет давлению воздуха проникать с любой стороны, толкая кусок резины в одну или другую сторону. К центру диафрагмы прикреплен стержень, который перемещается при приложении давления. Затем стержень соединяется со штоком клапана, что позволяет клапану совершать линейное движение, открываясь или закрываясь. Мембранный привод полезен, если давление питания умеренное, а требуемый ход клапана и усилие невелики.

Поршневые приводы используют поршень, который перемещается по длине цилиндра. Шток поршня передает усилие, действующее на поршень, на шток клапана. Поршневые приводы допускают более высокое давление, больший диапазон перемещения и более высокие осевые силы, чем мембранные приводы.

Пружина используется для обеспечения определенного поведения в случае потери мощности. Это важно при инцидентах, связанных с безопасностью, и иногда является решающим фактором при составлении спецификаций. Примером потери мощности является отключение воздушного компрессора (основного источника сжатого воздуха, обеспечивающего движение жидкости для привода). Если внутри привода имеется пружина, она заставит клапан открыться или закрыться и удержит его в этом положении до восстановления питания. Для описания его поведения привод может быть указан как «открывающийся при отказе» или «закрывающийся при отказе». В случае электрического привода потеря мощности будет удерживать клапан в неподвижном состоянии, если не будет резервного источника питания.

Типичным представителем автоматизируемой арматуры является регулирующий клапан пробкового типа. Подобно тому, как пробка в ванне вдавливается в слив, пробка ударным движением вдавливается в гнездо пробки. Давление среды действует на пробку, в то время как упорный блок должен обеспечивать такое же усилие, чтобы иметь возможность удерживать и перемещать пробку против этого давления.

Особенности электропривода

Мотор (1)

В качестве движущей силы чаще всего используются надежные асинхронные трехфазные двигатели переменного тока , в некоторых случаях также используются однофазные двигатели переменного или постоянного тока. Эти двигатели специально адаптированы для автоматизации клапанов, поскольку они обеспечивают более высокий крутящий момент в состоянии покоя, чем сопоставимые традиционные двигатели, что является необходимым требованием для вывода из строя заевших клапанов. Предполагается, что приводы будут работать в экстремальных условиях окружающей среды, однако они, как правило, не используются для непрерывной работы, поскольку перегрев двигателя может быть чрезмерным.

Датчики предельных значений и момента (2)

Концевые выключатели сигнализируют о достижении конечного положения. Переключатель момента измеряет крутящий момент, присутствующий в клапане. При превышении установленного лимита это сигнализируется аналогичным образом. Приводы часто оборудуются дистанционным датчиком положения, который указывает положение клапана в виде непрерывного 4–20 мА сигнала тока или напряжения .

Зубчатая передача (3)

Часто червячная передача используется для снижения высокой выходной скорости электродвигателя. Это обеспечивает высокое передаточное отношение внутри ступени редуктора , что приводит к низкому КПД, который желателен для приводов. Таким образом, передача является самоблокирующейся, т.е. предотвращает случайные и нежелательные изменения положения клапана, воздействуя на запирающий элемент клапана.

Крепление клапана (4)

Крепление клапана состоит из двух элементов. Во-первых: фланец, используемый для прочного соединения привода с ответной частью со стороны клапана. Чем выше передаваемый крутящий момент, тем большего размера требуется фланец.

Второе: тип выходного привода, используемый для передачи крутящего момента или усилия от привода на вал клапана. Точно так же, как существует множество клапанов, существует также множество насадок для клапанов.

Размеры и конструкция монтажного фланца клапана и креплений клапана предусмотрены стандартами EN ISO 5210 для многооборотных приводов или EN ISO 5211 для неполнооборотных приводов. Конструкция арматуры для линейных приводов обычно основана на стандарте DIN 3358.

Ручное управление (5)

Большинство электроприводов в базовой версии оснащены маховиком для управления приводами во время ввода в эксплуатацию или сбоя питания. Маховик не перемещается во время работы двигателя.

Электронные концевые выключатели крутящего момента не работают при ручном управлении. Механические устройства ограничения крутящего момента обычно используются для предотвращения перегрузки крутящего момента во время ручного управления.

Органы управления исполнительными механизмами (6)

Как сигналы исполнительного механизма, так и рабочие команды РСУ обрабатываются средствами управления исполнительным механизмом. Эту задачу в принципе можно взять на себя с помощью внешнего управления, например, ПЛК . Современные приводы оснащены встроенными средствами управления, которые обрабатывают сигналы локально, без каких-либо задержек. В состав органов управления также входит распределительное устройство, необходимое для управления электродвигателем. Это могут быть реверсивные контакторы или тиристоры, которые, являясь электрическим компонентом, не подвержены механическому износу. Органы управления используют распределительное устройство для включения или выключения электродвигателя в зависимости от присутствующих сигналов или команд. Еще одной задачей органов управления приводом является подача в РСУ сигналов обратной связи, например, при достижении клапана конечного положения.

Электрическое подключение (7)

К электрическому разъему подключаются питающие кабели двигателя и сигнальные кабели для передачи команд на исполнительный механизм и отправки сигналов обратной связи о состоянии исполнительного механизма. Электрическое соединение может быть выполнено в виде отдельной герметичной клеммной заглушки или вилки/розетки. В целях технического обслуживания проводка должна легко отсоединяться и повторно подсоединяться.

Подключение полевой шины (8)

Технология Fieldbus все чаще используется для передачи данных в приложениях автоматизации процессов. Таким образом, электрические приводы могут быть оснащены всеми распространенными интерфейсами полевой шины, используемыми в автоматизации процессов. Для подключения кабелей передачи данных полевой шины необходимы специальные соединения.

Функции

Автоматическое выключение в конечных положениях

После получения рабочей команды привод перемещает клапан в направлении ОТКРЫТЬ или ЗАКРЫТЬ. При достижении конечного положения запускается процедура автоматического отключения. Могут быть использованы два принципиально различных механизма отключения. Система управления отключает привод, как только достигается заданная точка срабатывания. Это называется ограничением количества сидячих мест. Однако существуют типы клапанов, у которых запирающий элемент должен перемещаться в конечное положение с определенной силой или определенным крутящим моментом, чтобы обеспечить герметичное уплотнение клапана. Это называется моментной посадкой. Органы управления запрограммированы таким образом, чтобы гарантировать отключение привода при превышении установленного предела крутящего момента. Конечное положение сигнализируется концевым выключателем.

Функции безопасности

Выключатель по моменту используется не только для фиксации момента в конечном положении, но также служит защитой от перегрузки на всем протяжении хода и защищает клапан от чрезмерного крутящего момента. Если на замыкающий элемент в промежуточном положении воздействует чрезмерный крутящий момент, например, из-за застрявшего предмета, моментное выключение сработает при достижении заданного момента отключения. В этой ситуации конечное положение не сигнализируется концевым выключателем. Таким образом, средства управления могут различать срабатывание моментного выключателя при нормальной работе в одном из конечных положений и выключение в промежуточном положении из-за чрезмерного крутящего момента.

Датчики температуры необходимы для защиты двигателя от перегрева. В некоторых приложениях других производителей также отслеживается увеличение тока двигателя. Термовыключатели или термисторы PTC , встроенные в обмотки двигателя, наиболее надежно выполняют эту задачу. Они срабатывают при превышении предельной температуры, и система управления отключает двигатель.

Функции управления процессом

Из-за растущей децентрализации технологий автоматизации и внедрения микропроцессоров все больше и больше функций передаются от РСУ к полевым устройствам. Объем передаваемых данных был соответственно уменьшен, в частности, благодаря внедрению технологии полевой шины. Это развитие коснулось и электроприводов, функции которых были значительно расширены. Самый простой пример – управление положением. Современные позиционеры оснащены функцией самоадаптации, т.е. поведение позиционирования контролируется и постоянно оптимизируется с помощью параметров контроллера.

При этом электроприводы оснащены полноценными регуляторами процесса (ПИД-регуляторами). Специально для удаленных установок, например, для управления потоком в резервуаре, расположенном выше, привод может взять на себя задачи ПЛК, который в противном случае пришлось бы устанавливать дополнительно.

Диагностика

Современные приводы имеют обширные диагностические функции, которые могут помочь определить причину неисправности. Они также регистрируют рабочие данные. Изучение зарегистрированных данных позволяет оптимизировать работу за счет изменения параметров и снизить износ как привода, так и клапана.

Типы обязанностей

Режим открытия-закрытия

Если в качестве запорного клапана использовать кран, то он будет либо открыт, либо закрыт и промежуточные положения не удерживаются...

Позиционирование

Определенные промежуточные положения используются для установки статического потока через трубопровод. Применяются те же ограничения времени работы, что и в режиме открытия-закрытия.

Модулирующий режим

Наиболее отличительной особенностью применения с замкнутым контуром является то, что изменяющиеся условия требуют частой регулировки привода, например, для установки определенного расхода. Чувствительные приложения с замкнутым контуром требуют корректировок с интервалом в несколько секунд. Требования к приводу выше, чем в режиме открытия-закрытия или позиционирования. Конструкция привода должна выдерживать большое количество пусков без ухудшения точности управления.

Условия обслуживания

Приводы рассчитаны на желаемый срок службы и надежность для заданного набора условий эксплуатации. Помимо статической и динамической нагрузки и времени срабатывания, необходимого для клапана, привод должен выдерживать температурный диапазон, коррозионную среду и другие условия конкретного применения. Применение приводов клапанов часто связано с безопасностью, поэтому операторы предприятий предъявляют высокие требования к надежности устройств. Выход из строя привода может привести к авариям на технологических установках, а токсичные вещества могут попасть в окружающую среду.

АСУ ТП зачастую эксплуатируются в течение нескольких десятилетий, что оправдывает более высокие требования, предъявляемые к сроку службы устройств.

По этой причине приводы всегда имеют высокий уровень защиты. Производители вкладывают много труда и знаний в защиту от коррозии .

Защита корпуса

Типы защиты корпуса определены в соответствии с кодами IP стандарта EN 60529. Базовые версии большинства электроприводов имеют второй по величине уровень защиты корпуса IP 67. Это означает, что они защищены от проникновения пыли и воды во время погружения (30 мин.) при напоре воды макс. 1 м). Большинство производителей приводов также поставляют устройства со степенью защиты IP 68, которая обеспечивает защиту от погружения в воду до макс. напор воды 6 м.

Температура окружающей среды

В Сибири возможны температуры до – 60 °С, а на технологических предприятиях – превышение +100 °С. Использование подходящей смазки имеет решающее значение для полноценной работы в таких условиях. Смазки , которые можно использовать при комнатной температуре, при низких температурах могут стать слишком твердыми, и привод не сможет преодолеть сопротивление внутри устройства. При высоких температурах эти смазки могут разжижаться и терять свою смазывающую способность. При выборе привода большое значение имеют температура окружающей среды и выбор подходящей смазки.

Взрывозащита

Приводы используются в приложениях, где могут возникнуть потенциально взрывоопасные среды. Сюда входят, среди прочего, нефтеперерабатывающие заводы, трубопроводы , разведка нефти и газа или даже добыча полезных ископаемых . При возникновении потенциально взрывоопасной газовоздушной или газопылевой смеси исполнительный механизм не должен выступать в качестве источника воспламенения. Необходимо избегать появления горячих поверхностей на приводе, а также искр зажигания, создаваемых приводом. Этого можно достичь с помощью взрывозащищенного корпуса, конструкция которого предотвращает выход искр зажигания из корпуса даже в случае взрыва внутри.

Приводы, предназначенные для этих применений, являются взрывозащищенными устройствами и должны быть аттестованы испытательным органом (уполномоченным органом). Взрывозащита не стандартизирована во всем мире. В Европейском Союзе применяется стандарт ATEX 94/9/EC, в США — NEC (одобрение FM ) или CEC в Канаде (одобрение CSA ). Взрывозащищенные приводы должны соответствовать конструктивным требованиям данных директив и правил.

Дополнительное использование

Небольшие электрические приводы можно использовать в самых разных целях сборки , упаковки и испытаний . Такие приводы могут быть линейными , поворотными или их комбинацией, а также могут быть объединены для выполнения работы в трех измерениях. Такие приводы часто используются для замены пневмоцилиндров . ^[4]

Ссылки

^ «Блог — Ла Фокс, Иллинойс, Автоматизация клапанов BI-TORQ» . www.bitorq.com . Проверено 28 августа 2018 г.
^ Этеридж, Купер (июнь 2014 г.). «Для задвижек приведение в действие не является поворотом, поворотом, поворотом». Valve World Americas (5): 6.
^ Бауманн, Оливер « Типы документов/чертежи в разрезе/приводы. Архивировано 15 мая 2013 г. в Wayback Machine ». АУМА Ристер ГмбХ & Ко. КГ. 28 сентября 2008 г.
^ Престон, Дэвид. «Чертежи и каталоги приводов»

[1] «Блог — Ла Фокс, Иллинойс, Автоматизация клапанов BI-TORQ» . www.bitorq.com . Проверено 28 августа 2018 г.

[2] Этеридж, Купер (июнь 2014 г.). «Для задвижек приведение в действие не является поворотом, поворотом, поворотом». Valve World Americas (5): 6.

[3] Бауманн, Оливер « Типы документов/чертежи в разрезе/приводы. Архивировано 15 мая 2013 г. в Wayback Machine ». АУМА Ристер ГмбХ & Ко. КГ. 28 сентября 2008 г.

[4] Престон, Дэвид. «Чертежи и каталоги приводов»

[1]

[2]

[3]

[4]