Запорная арматура и пневматический привод

Запорно-регулирующая арматура (ЗРА) является основным аспектом организации автоматизированных систем управления, т. к. именно за счет применения пневмо-, гидро-, электроуправляемых клапанов возможно точное осуществление многих операций без больших временных и физических затрат, а также реализация автоматического управления технологическим процессом при помощи систем автоматизации.

Также немаловажное значение применение ЗРА имеет с точки зрения промышленной безопасности и непрерывности ведения процесса, т.к. во многих ситуациях позволяет (в отличие от ППК) осуществить сброс уровня/давления с последующим герметичным закрытием и продолжить выпуск продукции без влияния на тех. процесс.

Регулирующий клапан с мембранным исполнительным приводом

Регулирующий клапан состоит из трех основных блоков: корпуса, дроссельного узла и привода клапана. Типичная конструкция проходного запорно-регулирующего клапана без установленного привода представлена на рисунке ниже.

Внутри корпуса клапана 1 устанавливается дроссельный узел, состоящий из седла 2 и плунжера 3, связанного со штоком 4. Седло выполняется в различных конструктивных исполнениях: вворачивается в корпус клапана как показано на рисунке, прижимается к корпусу специальной втулкой или выполняется в виде единого целого с корпусом. Плунжер скользит по направляющей, выполненной в крышке 5. Между корпусом 1 и крышкой 5 установлена уплотнительная прокладка 6. Шток 4 выводится наружу через сальниковый узел 7, представляющий собой набор подпружиненных шевронных колец изфторопласта 4 или его модификаций. На крышке 5 устанавливается привод, шток которого соединяется со штоком клапана.

Мембранный привод представляет собой герметичную камеру, разделённую мембраной на две полости, движение ведомому звену передаётся под действием давления газа или жидкости на упругую эластичную мембрану из резины, металла, либо полимерных материалов (полиэтилен,фторопласт и подобные). Усилие, которое создается давлением управляющей среды на мембрану, передаётся на грибок, образованный штоком и опорным диском.

1 — пружинный прямого действия;

2 — пружинный обратного действия;

3 — беспружинный;

4 — рычажно-грузовой.

Шток перемещается поступательно, величина хода штока и прогиба мембраны определяется условием равновесия подвижной системы привода, в которую входит грибок и мембрана. Силовое равновесие системы образуется в результате действия силы, создаваемой управляющим давлением на мембрану, и сил сопротивления, действующих на шток (включая силу, создаваемую упругой деформацией мембраны). Чтобы обеспечить возможность перемещения штока в обе стороны силовое замыкание системы выполняется с помощью уравновешивающей пружины или с помощью груза. Применяются также беспружинные приводы, в которых подвижная система уравновешивается давлением воздуха на мембранный блок с противоположной стороны.

Кран шаровый с пневмоприводом

Кран состоит из нескольких основных частей: корпуса 1, патрубков 2, пробки 3, шпинделя 4. Корпус 1 и пробка крана 3 уплотняютсяфторопластовыми кольцами 5 и 7, поджатие которых осуществляется стягиванием шпильками 12 фланцев патрубка 2 до упора в корпус 1. Шпиндель 4 уплотняетсяфторопластовыми кольцами 8 и 9. Пневмопривод состоит из корпуса и двух поршней, установленных на концах зубчатой рейки. Зубчатый сектор, насаженный на вал, входит в зацепление с рейкой, и во время подачи сжатого воздуха в корпус пневмопривода приводит поршни в движение, за счет чего проворачивается зубчатый сектор с валом. Крутящий момент передается на шпиндель муфтой, а сам шпиндель поворачивает пробку. На корпусе пневмопривода устанавливается электропневматический блок управления и сигнализации. Пространственное положение крана на трубопроводе – произвольное.

Устройство и принцип работы двухпоршневого пневмопривода

Пневмопривод имеет два порта для подачи управляющего воздуха. При подаче сжатого воздуха через порт А два поршня пневмопривода расходятся параллельно в противоположном друг от друга направлении, вращая вал-шестерню против часовой стрелки при помощи зубчатой передачи. Вал-шестерня, в свою очередь, проворачивает шток шара клапана, и клапан открывается. Лишний воздух сбрасывается через порт B.

Для закрытия клапана необходимо подать сжатый воздух в порт B, т.е произвести обратное управляющее воздействие. При этом два поршня пневмопривода переместятся во встречном направлении, вращая вал-шестерню по часовой стрелке. Вал-шестерня повернет шток шара обратно, и клапан закроется. Лишний воздух, в свою очередь, сбросится через порт A.

Пневматические распределители

Пневматические распределители (пневмораспределители) относятся к направляющей аппаратуре и предназначены для управления направлением движения потоков сжатого воздуха. Управление осуществляется путем изменения (при переключении) схемы соединения внутренних каналов распределителя с входным и выходными присоединительными отверстиями. Функциональные возможности распределителей характеризуются рядом параметров: количество рабочих каналов, количество позиций переключения, нормальная позиция, способ управления и пропускная способность.

Каждая позиция распределителя (возможная схема внутренних соединений) обозначается квадратом, в котором показаны пути потока сжатого воздуха.

Принцип формирования условного графического обозначения распределителей

Подвижный запорный элемент может занимать две дискретные позиции, соответствующие двум состояниям пневмораспределителя:

1) "проход воздуха закрыт";

2) "проход воздуха открыт".

При этом запорный элемент может коммутировать между собой две линии:

1) линию питания (вход);

2) линию потребителя (выход).

Соответственно, данный распределитель можно назвать двухлинейным и двухпозиционным, что и отражается в его условном графическом обозначении.

Для характеристики возможностей распределителей по коммутации каналов, применяют дробное цифровое обозначение, где в числителе указывают количество коммутируемых линий, а в знаменателе — количество возможных позиций. В соответствии с этим принципом аппарат на изображении будет называться 2/2-пневмораспределителем. На принципиальных схемах распределители изображают так, чтобы линии связи (внешние пневматические линии) были подведены к тому квадрату, который обозначает исходную позицию распределителя.

По причине того что в пневматических приводах не требуется наличие возвратной сливной магистрали, как, например, в гидравлических, отработанный воздух можно сбрасывать непосредственно в атмосферу.

Для управления пневмоцилиндрами одностороннего действия применяют пневмораспределитель имеющий возможность коммутировать линии питания, потребителя и выхлопа.

Модель и условное графическое обозначение 3/2-пневмораспределителя

3/2-пневмораспределитель коммутирует между собой три рабочих линии: 1 — линию питания, 2 — линию потребителя и 3 — линию выхлопа. При этом сам распределитель может занимать две позиции: питание перекрыто, потребитель связан с выхлопом; сжатый воздух поступает к потребителю, выхлоп перекрыт.

Управление пневмоцилиндром одностороннего действия 3/2-пневмораспределителем

Разумеется для управления пневмоцилиндрами двустороннего действия потребуются более сложные распределители, т.к. в этом случае нужно обеспечивать перераспределение потоков сжатого воздуха между двумя рабочими полостями исполнительного механизма и сброс из них отработавшего воздуха.

Управление пневмоцилиндром двустороннего действия 4/2-пневмораспределителем

Четырехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель (4/2-пневмораспределитель) позволяет поочередно подавать сжатый воздух из магистрали высокого давления 1 по рабочим каналам 2 или 4 в одну из полостей пневмоцилиндра с одновременным соединением другой с атмосферой 3.

На практике для управления пневмоцилиндрами двустороннего действия наиболее широко используют 5/2-пневмораспределители.

Управление пневмоцилиндром двустороннего действия 5/2-пневмораспределителем

Хотя 5/2-пневмораспределители имеют более сложное графическое обозначение, они проще по конструктивному исполнению при несколько более широких функциональных возможностях, чем у 4/2-пневмораспределителей, что обусловлено наличием не одного, а двух выхлопных каналов 3 и 5, отдельных для каждой рабочей полости цилиндра.

В целом, любая система как пневмо-, так и гидроуправления требует весьма серьезной подготовки управляющей среды. Так, в системах пневматического управления, обязательным условием является осушка, фильтрация и подогрев воздуха, т.к. наличие влаги и механических примесей может сказаться на работоспособности запорной арматуры, либо выходу ее из строя, в случае накопления и последующего застывания капель воды. Аналогичная ситуация и с гидравлическим приводом.

Также при проектировании учитывается ситуация, при которой пропадает давление управляющей среды. В случае возникновения подобной ситуации клапана принимают НЗ (нормально-закрытое) либо НО (нормально-открытое) положение, что должно позволить безопасно и без лишнего риска для оборудования, экологии, и окружающих остановить технологический процесс до устранения неполадок.