 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( март 2008 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Привод клапана является механизмом для открытия и закрытия клапана . Для клапанов с ручным управлением требуется, чтобы кто-то их регулировал 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 срабатывание больших клапанов. Приводы клапанов с механическим приводом могут быть последними элементами автоматического контура управления, который автоматически регулирует некоторый поток, уровень или другой процесс. Приводы могут быть только для открытия и закрытия клапана или могут позволять промежуточное положение; Некоторые приводы клапана включают переключатели или другие способы удаленной индикации положения клапана.
Приводы, используемые для автоматизации промышленной арматуры , можно найти на всех типах технологических установок. 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 технологическим процессом . Автоматические клапаны различаются как по конструкции, так и по размерам. Диаметр клапанов составляет от одной десятой дюйма до нескольких футов.
Типы [ править ]
Распространенные типы приводов: ручные, пневматические, гидравлические, электрические и пружинные.
Руководство [ править ]
Ручной привод использует рычаги, шестерни или колеса для перемещения штока клапана с определенным действием. Ручные приводы приводятся в действие вручную. Ручные приводы недороги, обычно автономны и просты в управлении людьми. Однако некоторыми большими клапанами невозможно управлять вручную, а некоторые клапаны могут располагаться в удаленных, токсичных или агрессивных средах, что препятствует ручному управлению в некоторых условиях. В целях безопасности в некоторых ситуациях может потребоваться более быстрое срабатывание, чем ручные приводы могут обеспечить для закрытия клапана.
Пневматический [ править ]
Давление воздуха (или другого газа) является источником энергии для пневматических приводов клапанов. [1]Они используются на линейных или четвертьоборотных клапанах. Давление воздуха действует на поршневую или сильфонную диафрагму, создавая линейное усилие на штоке клапана. В качестве альтернативы, лопаточный привод на четверть оборота создает крутящий момент для обеспечения вращательного движения для управления четвертьоборотным клапаном. Пневматический привод может быть выполнен с пружинным закрытием или пружинным открытием, при этом давление воздуха преодолевает пружину для обеспечения движения. Привод «двойного действия» использует воздух, подаваемый на разные входы, для перемещения клапана в направлении открытия или закрытия. Центральная система сжатого воздуха может обеспечивать чистый, сухой сжатый воздух, необходимый для пневматических приводов. В некоторых типах, например, регуляторах для сжатого газа, давление подачи обеспечивается потоком технологического газа, а отработанный газ либо сбрасывается в воздух, либо сбрасывается в технологические трубопроводы с более низким давлением.
Гидравлический [ править ]
Гидравлические приводы преобразуют давление жидкости в движение. Как и пневматические приводы, они используются на линейных или четвертьоборотных клапанах. Давление жидкости, действующее на поршень, обеспечивает линейное усилие для задвижек или шаровых клапанов. Четвертьоборотный привод создает крутящий момент, чтобы обеспечить вращательное движение для управления четвертьоборотным клапаном. Большинство типов гидравлических приводов могут поставляться с функциями отказоустойчивости для закрытия или открытия клапана в чрезвычайных обстоятельствах. Гидравлическое давление может подаваться автономным гидравлическим нагнетательным насосом. В некоторых приложениях, таких как водонасосные станции, технологическая жидкость может обеспечивать гидравлическое давление, хотя в приводах должны использоваться материалы, совместимые с жидкостью.
Электрический [ править ]
Электрический привод использует электродвигатель для обеспечения крутящего момента для работы клапана. Они тихие, нетоксичные и энергоэффективные. Однако электричество должно быть доступно, что бывает не всегда, они также могут работать от батареек.
Весна [ править ]
Пружинные приводы сдерживают пружину. При обнаружении какой-либо аномалии или при потере питания пружина отпускается, приводя в действие клапан. Они могут работать только один раз, без сброса, и поэтому используются для одноразовых целей, например, в аварийных ситуациях. Их преимущество состоит в том, что им не требуется мощный источник электроэнергии для перемещения клапана, поэтому они могут работать от ограниченного заряда батареи или автоматически, когда вся мощность потеряна.
Движение привода [ править ]
Линейный привод открывает и закрывает клапаны, которые могут приводиться в действие 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 сделаны из круглого куска резины и зажаты по его краям между двумя сторонами цилиндра или камеры, что позволяет давлению воздуха входить в любую сторону, толкая кусок резины в одном или другом направлении. Шток соединен с центром диафрагмы, так что он перемещается при приложении давления. Затем шток соединяется со штоком клапана, что позволяет клапану испытывать линейное движение, открывая или закрываясь. Мембранный привод полезен, если давление питания умеренное, а требуемые ход клапана и тяга низкие.
В поршневых приводах используется поршень, который перемещается по длине цилиндра. Шток поршня передает усилие, действующее на поршень, на шток клапана. Поршневые приводы допускают более высокое давление, больший диапазон хода и более высокие осевые усилия, чем мембранные приводы.
Пружина используется для обеспечения определенного поведения в случае потери мощности. Это важно при происшествиях, связанных с безопасностью, и иногда является определяющим фактором в технических характеристиках. Примером потери мощности является отключение воздушного компрессора (основного источника сжатого воздуха, обеспечивающего движение привода). Если внутри привода есть пружина, она заставит клапан открываться или закрываться и будет удерживать его в этом положении, пока питание восстанавливается. Привод может быть определен как «открытие при отказе» или «закрытие при отказе» для описания его поведения. В случае электрического привода потеря мощности будет удерживать клапан в неподвижном состоянии, если не будет резервного источника питания.
Типичным представителем автоматизируемых клапанов является регулирующий клапан пробкового типа. Точно так же, как пробка в ванне вдавливается в слив, пробка вдавливается в гнездо пробки за счет рабочего движения. Давление среды действует на пробку, в то время как упорный узел должен обеспечивать такое же усилие, чтобы иметь возможность удерживать пробку и перемещать ее против этого давления.
Особенности электропривода [ править ]
Мотор (1) [ править ]
В качестве движущей силы в основном используются надежные асинхронные трехфазные двигатели переменного тока , для некоторых применений 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 обычные двигатели, что является необходимым требованием для снятия заедания клапанов. Предполагается, что приводы будут работать в экстремальных условиях окружающей среды, однако они обычно не используются для непрерывной работы, поскольку тепловыделение двигателя может быть чрезмерным.
Концевые датчики и датчики момента (2) [ править ]
В концевых выключателях сигнал , когда конечное положение достигнуто. Моментное переключение измеряет крутящий момент, присутствующий в арматуре. Таким же образом сигнализируется превышение установленного лимита. Приводы часто оснащены дистанционным датчиком положения, который показывает положение клапана как непрерывный сигнал тока или напряжения 4–20 мА .
Gearing (3) [ править ]
Часто червячная передача используется для снижения высокой выходной скорости электродвигателя. Это обеспечивает высокое передаточное отношение в ступени редуктора , что приводит к низкому КПД, который требуется для приводов. Таким образом, передача является самоблокирующейся, т. Е. Предотвращает случайные и нежелательные изменения положения клапана, воздействуя на запорный элемент клапана.
Присоединение клапана (4) [ править ]
Приставка клапана состоит из двух элементов. Первое: фланец, используемый для надежного соединения привода с ответной частью на стороне клапана. Чем выше передаваемый крутящий момент, тем требуется больший фланец.
Второе: тип выходного привода, используемый для передачи крутящего момента или усилия от привода на вал клапана. Так же, как существует множество клапанов, существует также множество приспособлений для клапанов.
Размеры и конструкция монтажного фланца клапана и креплений клапана оговариваются в стандартах EN ISO 5210 для многооборотных приводов или EN ISO 5211 для неполнооборотных приводов. Конструкция арматуры для линейных приводов, как правило, соответствует стандарту DIN 3358.
Ручное управление (5) [ править ]
В базовой версии большинство электрических приводов оснащены маховиком для управления приводами во время ввода в эксплуатацию или сбоя питания. Маховик не движется во время работы двигателя.
Электронные выключатели ограничения крутящего момента не работают в ручном режиме. Механические устройства ограничения крутящего момента обычно используются для предотвращения перегрузки крутящего момента во время ручного управления.
Органы управления приводом (6) [ править ]
Как сигналы привода, так и рабочие команды РСУ обрабатываются в блоке управления приводом. Эту задачу в принципе могут взять на себя внешние средства управления, например, ПЛК . Современные приводы включают встроенные средства управления, которые обрабатывают сигналы локально без какой-либо задержки. Органы управления также включают распределительное устройство, необходимое для управления электродвигателем. Это могут быть реверсивные контакторы или тиристоры, которые, как электрический компонент, не подвержены механическому износу. Органы управления используют распределительное устройство для включения или выключения электродвигателя в зависимости от имеющихся сигналов или команд. Другая задача органов управления исполнительным механизмом - обеспечить DCS сигналами обратной связи, например, при достижении конечного положения клапана.
Электрическое подключение (7) [ править ]
Кабели питания двигателя и сигнальные кабели для передачи команд на привод и отправки сигналов обратной связи о состоянии привода подключены к электрическому соединению. Электрическое соединение может быть выполнено в виде отдельно герметичной клеммной заглушки или штекерного разъема. В целях технического обслуживания проводку следует легко отсоединять и снова подсоединять.
Подключение полевой шины (8) [ править ]
Технология полевой шины 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 данных fieldbus требуются специальные соединения.
Функции [ править ]
Автоматическое отключение в крайних положениях [ править ]
После получения рабочей команды привод перемещает арматуру в направлении ОТКРЫТЬ или ЗАКРЫТЬ. При достижении конечного положения запускается процедура автоматического отключения. Могут использоваться два принципиально разных механизма отключения. Система управления отключает привод, как только достигается заданная точка срабатывания. Это называется отключением по пределу. Однако существуют типы клапанов, для которых запорный элемент должен перемещаться в конечном положении с определенным усилием или определенным крутящим моментом, чтобы обеспечить герметичное уплотнение клапана. Это называется посадкой по крутящему моменту. Элементы управления запрограммированы таким образом, чтобы привод отключался при превышении установленного предела крутящего момента. Конечное положение сигнализируется концевым выключателем.
Функции безопасности [ править ]
Моментное переключение используется не только для отключения по крутящему моменту в конечном положении, но оно также служит защитой от перегрузки на протяжении всего хода и защищает арматуру от чрезмерного крутящего момента. Если чрезмерный крутящий момент действует на замыкающий элемент в промежуточном положении, например, из-за застрявшего объекта, 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 отключение в промежуточном положении из-за чрезмерного крутящего момента.
Датчики температуры необходимы для защиты двигателя от перегрева. Для некоторых приложений других производителей также отслеживается увеличение тока двигателя. Термовыключатели или термисторы PTC , встроенные в обмотки двигателя, в большинстве случаев надежно справляются с этой задачей. Они срабатывают, когда превышен предел температуры, и система управления выключает двигатель.
Функции управления процессом [ править ]
Из-за растущей децентрализации технологий автоматизации и внедрения микропроцессоров все больше и больше функций передается от DCS к полевым устройствам. Соответственно был уменьшен объем передаваемых данных, в частности, за счет внедрения технологии полевой шины. Электрические приводы, функции которых были значительно расширены, также затронуты этим развитием. Самый простой пример - это позиционное управление. Современные позиционеры оснащены функцией самоадаптации, т. Е. Поведение позиционирования отслеживается и постоянно оптимизируется с помощью параметров контроллера.
Между тем, электроприводы комплектуются полноценными регуляторами процесса (ПИД-регуляторами). В частности, для удаленных установок, например, для управления потоком в приподнятом резервуаре, привод может выполнять задачи ПЛК, которые в противном случае пришлось бы устанавливать дополнительно.
Диагноз [ править ]
Современные приводы имеют обширные диагностические функции, которые могут помочь определить причину отказа. Они также регистрируют рабочие данные. Изучение зарегистрированных данных позволяет оптимизировать работу за счет изменения параметров и снизить износ привода и клапана.
Типы обязанностей [ править ]
Открытый-закрытый режим [ править ]
Если клапан используется как запорный клапан, то он будет либо открытым или закрытым и промежуточные положения не проводятся ...
Позиционирование [ править ]
Подход к определенным промежуточным положениям для задания статического потока через трубопровод. Применяются те же ограничения по времени работы, что и в режиме открытия-закрытия.
Режим регулирования [ править ]
Наиболее отличительной особенностью замкнутого контура является то, что изменение условий требует частой регулировки привода, например, для установки определенного расхода. Чувствительные приложения с обратной связью требуют регулировки 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 [ править ]
Приводы рассчитаны на желаемый срок службы и надежность для заданного набора условий эксплуатации. Помимо статической и динамической нагрузки и времени срабатывания, необходимых для клапана, привод должен выдерживать диапазон температур, коррозионную среду и другие условия конкретного применения. Применение приводов клапана часто связано с безопасностью, поэтому операторы установки предъявляют высокие требования к надежности устройств. Отказ привода может привести к несчастным случаям на предприятиях с регулируемым технологическим процессом, а токсичные вещества могут просочиться в окружающую среду.
Установки управления технологическим процессом часто эксплуатируются в течение нескольких десятилетий, что оправдывает более высокие требования, предъявляемые к сроку службы устройств.
По этой причине приводы всегда проектируются с высокой степенью защиты корпуса. Производители вкладывают много труда и знаний в защиту от коррозии .
Защита корпуса [ править ]
Типы защиты корпуса определены в соответствии с кодами IP стандарта EN 60529. Основные версии большинства электрических приводов соответствуют второй по величине степени защиты корпуса IP 67. Это означает, что они защищены от проникновения пыли и воды во время погружения (30 мин. при максимальном напоре воды 1 м). Большинство производителей приводов также поставляют устройства со степенью защиты IP 68, которая обеспечивает защиту от погружения до макс. напор 6 м.
Температура окружающей среды [ править ]
В Сибири возможны температуры до -60 ° C, а на технологических предприятиях превышение + 100 ° C. Использование подходящей смазки имеет решающее значение для полноценной работы в этих условиях. Смазки, которые можно использовать при комнатной температуре, могут стать слишком твердыми при низких температурах, и привод не сможет преодолеть сопротивление внутри устройства. При высоких температурах эти смазки могут разжижаться и терять смазывающую способность. При выборе размера привода большое значение имеют температура окружающей среды и выбор правильной смазки.
Взрывозащита [ править ]
Приводы используются в приложениях, где может возникать потенциально взрывоопасная атмосфера. Это включает, среди прочего, нефтеперерабатывающие заводы, трубопроводы , разведку нефти и газа или даже горнодобывающую промышленность . При возникновении потенциально взрывоопасной смеси газов с воздухом или смеси газов с пылью привод не должен выступать в качестве источника воспламенения. Следует избегать горячих поверхностей на приводе, а также искр зажигания, создаваемых приводом. Это может быть достигнуто с помощью взрывозащищенного кожуха, конструкция которого предотвращает выход искр воспламенения из кожуха даже в случае взрыва внутри.
Приводы, предназначенные для этих применений, являющиеся взрывозащищенными устройствами, должны быть аттестованы испытательным органом (нотифицированным органом). Взрывозащита не стандартизирована во всем мире. В Европейском союзе применяется ATEX 94/9 / EC, в США - NEC (одобрение FM ) или CEC в Канаде (одобрение CSA ). Взрывозащищенные приводы должны соответствовать конструктивным требованиям этих директив и правил.
Дополнительное использование [ править ]
Небольшие электрические приводы могут использоваться в самых разных сферах сборки , упаковки и тестирования . Такие приводы могут быть линейными , поворотными или их комбинацией, и их можно комбинировать для выполнения работы в трех измерениях. Такие приводы часто используются для замены пневмоцилиндров .[4]
Ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы, связанные с приводами клапанов . |
- ^ "Блог - Ла Фокс, Иллинойс-BI-TORQ Valve Automation" . www.bitorq.com . Проверено 28 августа 2018 .
- ↑ Этеридж, Купер (июнь 2014 г.). «Для задвижек срабатывание не является поворотно-поворотным». Valve World Americas (5): 6.
- ↑ Бауманн, Оливер « Типы документов / Визитные врезки / Приводы, заархивированные 15 мая 2013 г. на Wayback Machine ». auma Riester GmbH & Co. KG. 28 сентября 2008 г.
- ^ Престон, Дэвид. «Чертежи и каталоги приводов»
