Запорно-регулирующая арматура используется для контроля потока среды на объектах промышленного производства, и бытовых системах жизнедеятельности. Магистральные трубопроводы , месторождения нефти и газа и заводы по их переработке , сталеплавильные и химические предприятия, очистные сооружения и городской водопровод – вот лишь небольшая часть предприятий, где требуется огромное количество запорно-регулирующей арматуры.
Существует множество типов и модификаций запорно-регулирующей арматуры . Мы рассмотрим принцип действия наиболее распространенных типов изделий, таких как шаровые краны, дисковые поворотные затворы , шиберные задвижки , запорные клапаны и мембранные клапаны.
Принцип действия всех вышеперечисленных типов запорной арматуры примерно одинаков. Все эти устройства либо ограничивают поток среды (воздуха, жидкостей, пара, газа, сыпучих тел), либо полностью перекрывает его. Различаются лишь элементы конструкции типов запорной арматуры, (мембрана, диск, шар) с помощью которых и происходит перекрытие потока.
Шаровый кран – один из самых надежных элементов запорной арматуры. Краны такого типа обеспечивают очень хорошую возможность полного перекрытия потока, в случае поворота запорного элемента на четверть оборота (90°). К достоинствам шарового крана следует также отнести низкое время закрытия, и низкую вероятность протечки, в случае износа уплотнения
Шаровые краны можно разделить на неполнопроходные, и полнопроходные. Неполнопроходной кран в открытом состоянии имеет диаметр прохода меньший, чем диаметр трубопровода, полнопроходный кран имеет диаметр прохода равный диаметру трубопровода. Полнопроходный шаровый кран более эффективен, т.к. позволяет свести к минимуму падение давления в клапане.
Шаровые краны рекомендуются только для использования в полностью открытом, или полностью закрытом положении. Они не приспособлены для точного регулирования потока, или функционирования в частично открытом положении, так как создается избыточное давление на часть корпуса, что может привести к его деформированию. Деформирование корпуса приводит к протечкам и поломкам.
В положении "открыто" |  |
|---|---|
Шаг 1 |  |
Шаг 2 |  |
В положении "закрыто" |  |
Дисковый поворотный затвор регулирует поток при помощи специального элемента – диска, закреплённого на валу, и поворачивающегося вокруг своей оси. Также, как и шаровый кран, дисковый затвор способен осуществить перекрытие за достаточно короткое время, так как диск осуществляет такой же оборот на 90 °, из-за чего этот затвор называют также четверть-оборотным.
В зависимости от положения диска и вала относительно корпуса, дисковые затворы могут быть трехэксцентриковыми и двухэксцентриковыми . Затвор со смещенным эксцентриситетом означает, что ось диска смещена относительно геометрической оси корпуса, что обеспечивает более плотное прилегание диска к уплотнению затвора, а следовательно – исключает протечки.
Дисковые поворотные затворы характеризуются простотой конструкции, легкостью веса, и компактными размерами. Но материалы, используемые при производстве затворов, могут ограничить их применение при очень высоких температурах, или крайне агрессивных средах. В основном это касается уплотнений затвора, изготовляемых из полимерных материалов.
В положении "открыто" |  |
|---|---|
Шаг 1 |  |
Шаг 2 |  |
В положении "Закрыто" |  |
Запорно-регулирующий клапан подходит для использования на различных технологических объектах, исключая лишь трубопроводы больших диаметров , для контроля и регуляции потока среды.
Принцип действия клапанов не сильно отличается от принципа действия прочей запорно-регулирующей арматуры. Достоинства этих клапанов состоят в малом ходе затвора для полного открытия, соответственно такой клапан обычно имеет малые габариты и приемлемую массу. Также клапан обладает высокой герметичностью, и отсутствием трения уплотнения затвора о седло, что значительно сокращает их износ.
Недостатки подобного типа клапанов заключаются в сильном гидравлическом сопротивлении, и, соответственно, в больших потерях энергии, ограничении максимального диаметра трубопроводов, на которые их можно установить, а также в существовании застойных зон (по причине S-образного внутреннего сечения), где могут накапливаться примеси и мусор.
В положении "открыто" |  |
|---|---|
Шаг 1 |  |
Шаг 2 |  |
В положении "закрыто" |  |
Конструкция шиберной задвижки напоминает шлюз - поток регулируется путем его разделения при помощи металлической пластины – шибера. Шиберная задвижка – одно из наиболее простых приспособлений для регуляции потока.
Шиберные задвижки, в зависимости от конструкции запирающего элемента могут быть межфланцевыми, двусторонними и ножевыми.
К достоинствам шиберной задвижки следует отнести то, что этот тип задвижек в открытом состоянии не содержит никаких элементов, препятствующих потоку.
В положении "открыто" |  |
|---|---|
Шаг 1 |  |
Шаг 2 |  |
В положении "закрыто" |  |
Мембранные клапаны используют в качестве запорного элемента гибкую мембрану (диафрагму) метод «щипать», чтобы остановить поток клапана, используя гибкую мембрану.
Одним из преимуществ мембранного клапана является то, что компоненты самого клапана отделены от потока среды, что в случае агрессивных сред увеличивает срок службы клапана, при условии регулярного обслуживания и своевременной замены мембраны.
Эти типы клапанов, как правило, не подходит для агрессивных сред, и сред с высокими температурами, в основном, они применяются для водопроводных систем.
Ниже представлено видео, в котором наглядно показан принцип работы трехэксцентрикового дискового затвора
Регулирующие клапаны используют для управления давлением передаваемых по трубопроводам жидких и газообразных веществ. Регулирующий клапан позволяет непрерывно или дискретно регулировать поступление рабочей среды в трубопровод.
Для систем, в которых особенно важно точно распределить потоки рабочей среды, необходим узел регулирования давления.
Это особенно актуально, например, для теплосетей, так как от объемов поступающего в трубы и радиаторы теплоносителя зависит климат в помещениях. Пропускная способность трубопровода снижается или увеличивается соответственно при уменьшении или увеличении сечения отверстия внутри клапана.
Проблема решается путем постоянного изменения пропускной способности трубы, по которой движется жидкость или газ с помощью регулирующего клапана.
По назначению различают три основных вида регулирующих клапанов:
- двухходовой проходной – служит только для управления расходом жидкости или газа, используется на прямых участках трубопровода;
- двухходовой угловой – регулирует напор и изменяет его направление, используется на местах поворота трубопровода;
- трехходовой – смешивает два вида рабочей среды в общий поток или разделяет один поток на два.
Простейший регулирующий клапан – проходной, он состоит из следующих деталей:
- корпус в виде тройника, имеющего внутри проходное отверстие;
- фланец или резьба на концах патрубков;
- узел уплотнения, поддерживающий герметичность клапана;
- затвор – регулирующий орган клапана;
- шток – деталь, служащая для изменения положения затвора.
Регулирование потока рабочей среды происходит путем изменения размера проходного отверстия при перемещении положения затвора по отношению к проходному отверстию.
Конструкция частично меняется и дополняется новыми элементами в зависимости от назначения регулировочного клапана.
Обратите внимание! Существуют запорно-регулирующие клапаны, которые доработаны так, чтобы можно было полностью прекратить поступление рабочей среды. В этом случае затвор изготавливается таким образом, чтобы в закрытом положении его части смыкались герметично.
Преимущества регулирующих клапанов
Этот вид регулятора используется в бытовых и промышленных системах водо– и газоснабжения, теплосетях и нефтяных магистралях.
Регулирующие клапаны – разновидность запорной арматуры. Она предназначена для управления потоком газообразной или жидкой среды, которая транспортируется по трубопроводу во всевозможных технологических системах.
- Регулирующие и запорно-регулирующие клапаны – главные параметры
Регулирующие клапаны. Главные разновидности
В России традиционно их делят на следующие виды:
Регулирующие
Регулирующие проходные клапаны широкого и активно используются для постоянной корректировки расхода рабочей среды от минимального до максимального уровня (регулировка идет с помощью перекрытия условного прохода). В первом случае клапан полностью закрыт, а во втором целиком открыт, обеспечивая беспрепятственный проток жидкой или газообразной среды и соответственно наибольшую подачу.
Запорные
Запорные клапаны (иногда еще их называют отсечными) регулировку потоком ведут дискретно, обеспечивая свободный проход для жидкости (газа) либо его перекрытие, имея фактически два положения. Вместе с этим в закрытом положении запорные клапаны допускают небольшие по величине протечки, то нельзя говорить о полной герметичности подобного соединения и при необходимости в систему устанавливают иное запорное оборудование либо использовать другие решения при проектировании. Если же технологический процесс допускает наличие небольших протечек или, например, перекрытие идет кратковременно, то применение системы на регулирующих клапанах подобного типа вполне допустимо.
Запорно-регулирующие
Запорно-регулирующие клапаны занимают промежуточное положение между первыми двумя типами, сочетая в себе преимущество первых и вторых, что делает их достаточно универсальными.
Интересно, что в западных странах все регулирующие клапаны делят на 6 классов таким образом, что чем выше его номер, тем ниже уровень протечки во время эксплуатации в закрытом положении. Последние 3 по традиционной российской классификации относят к запорным или запорно-регулирующим клапанам. Для упрощения подбора зарубежные производители при поставке продукции на российский рынок издают специальные рекомендации по выбору моделей, где приводятся взаимозаменяемые аналоги, что обеспечивает возможность выполнения необходимых условий по степени герметичности.
Регулирующие и запорно-регулирующие клапаны. Главные параметры
Главной характеристикой арматуры остается условный диаметр его прохода. Он равен внутреннему у входного и выходного патрубков (иногда эти размеры могут быть неравными между собой). Каждому из величин этого условного диаметра соответствует определенный уровень наибольшего возможного расхода транспортируемой жидкости (также этот параметр в значительной степени зависит от плотности рабочей среды, перепада уровня давления и некоторых иных параметров).
Для упрощения сравнения отдельных моделей и проведения технического расчета на стадии проектирования применяют термин условной пропускной способности. Он подразумевает объем воды в стандартных условиях (температура 20 градусов и перепад 0,1 Мпа), который проходит через клапан в открытом положении.
Основные конструктивные особенности
Регулируемый клапан делят на 3 основных части:
- дроссельный узел;
- корпус клапана;
- привод.
Первый размещается внутри самого корпуса клапана. Регулирующий элемент состоит, включает седло и плунжер, которые непосредственно присоединяется ко штоку. Само же седло может иметь несколько вариантов исполнения с конструктивной точки зрения (вкручиваться в сам корпус, быть единым с ним или прижиматься втулкой).
Плунжер двигается вдоль направляющей, которая расположена в крышке, а для уплотнения между последней и корпусом устанавливается прокладка. Непосредственно шток клапана выведен наружу сквозь специальный сальниковый узел, который собой представляет несколько подпружиненных фторопластовых колец. На крышке самого клапана монтируется ручной, электрический, пневматический или любой иной привод. Последний объединяется со штоком клапана, а если используется привод неручного типа, то это позволяет легко включить регулирующий орган в автоматическую систему и управлять его работой в удаленном формате.
Дроссельный узел представляет собой главный регулирующий орган и запорный элемент всей системы. Именно он обеспечивает корректировку проходного сечения и параметров пропуска рабочей среды.
Конкретные же комбинации втулка-плунжер-седло определяются следующими условиями использования:
- вид регулируемой среды;
- температура;
- уровень давление;
- вязкость;
- величина пропускной способности;
- наличие посторонних твердых примесей и так далее.
Направление тока жидкости.
В подавляющем большинстве случаев для нормальной работы запорно-регулирующих клапанов огромную роль играет правильность направления подачи жидкой рабочей среды. Оно определяется по стрелке, нанесенной на корпус. Если жидкость или газ подаются в клапан таким образом, что рабочая среда подается к плунжеру с нижней части, то подобное направление иначе еще называют «под затвор». В противном случае подачу на запорные и запорно-регулирующие клапаны часто называют «на затвор».
Таблица 1. Регулирующие и запорно-регулирующие клапаны. Основные технические характеристики
| Наименование параметра | Значение |
| Диаметр условного прохода (ДУ),мм | 15; 20; 25; 32; 40; 50; 65; 80; 100; 150; 200; 250 |
| Условное давление (Ру), кгс/см 2 | 16;25;40;63;100;160;250 |
| от минус 196 до 550 | |
| Температура окружающей среды в зависимости от климатического исполнения, °C | |
| У | минус 40...+70; 80% при 15°C |
| УХЛ | минус 60...+70; 80% при 15°C |
| Т | минус 10...+85; 80% при 27°C |
Уплотнение плунжер-седло |
Металл-металл |
| Металл-эластомер | |
| Исполнение присоединительных фланцев | ГОСТ 12815-80DINANSI под приварку |
| Условная пропускная способность | СМ. таблицу 2 |
| Пропускная характеристики | Линейная, равнопроцентная, модифицированная |
| Привод | |
| Время аварийного закрытия/открытия при комплектации пневматическим приводом НО или НЗ | Пневматический, ручной, электромагнитный, электрический (электромеханический) |
Таблица 2. Условная пропускная способность регулирующих клапанов
| Ду, мм |
|||||||||||||||||
| 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,6 | 1,0 | 1,6 | 2,5 | 4,0 | 6,3 | 8,0 | 10,0 | 12,0 | 16,0 | 20,0 | 25,0 | 32,0 | |
| 15 | |||||||||||||||||
| 20 | |||||||||||||||||
| 25 | |||||||||||||||||
| 32 | |||||||||||||||||
| 40 | |||||||||||||||||
| Ду, мм |
Условная пропускная способность Kvy м 2 /ч | ||||||||||||||||||
| 10 | 12 | 16 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 63 | 80 | 100 | 125 | 160 | 200 | 250 | 300 | 400 | 500 | 630 | |
| 50 | |||||||||||||||||||
| 65 | |||||||||||||||||||
| 80 | |||||||||||||||||||
| 100 | |||||||||||||||||||
| 150 | |||||||||||||||||||
| 200 | |||||||||||||||||||
Регулируемые клапаны. Исполнительные механизмы (ИМ)
Привод запорной арматуры с ИМ предназначен для преобразования исходного управляющего сигнала непосредственно в перемещение привода вместе со штоком используемого запорного органа. В качестве последнего может выступать задвижка, дисковая заслонка, шаровый или иной элемент.
В зависимости от принципа действия и вида энергии, требуемой для придания необходимого усилия, исполнительные механизмы для существующих регулирующих и запорных клапанов делят на следующие группы:
- пневматические;
- электрические;
- гидравлические;
- комбинированные;
- ручные.
Пневматический исполнительный механизм
ИМ на основе сжатого воздуха, устанавливаемые на запорно-регулирующие клапаны, достаточно активно применяются в российских условиях. Связано это с традициями, так как подавляющее большинство систем промышленной автоматизации еще 50-60 лет назад базировались на использовании сжатого воздуха. Вместе с этим подобный регулирующий орган имеет высокую надежность и возможность ремонта, хотя на фоне современных систем на базе микропроцессоров выглядят несколько устаревшими. Кроме этого пневматические системы регулируемого потока достаточно габаритны и требуют установки для подготовки сжатого воздуха. Одновременно отсутствие в системе даже теоретической вероятности появления искры позволяет применять подобное оборудование во взрывоопасных помещениях и запыленных цехах.
В зависимости от типа привода все пневматические исполнительные механизмы делят на следующие группы:
- мембранные;
- поршневые;
- поворотные;
- вращающиеся.
Мембранные приводы
Принципиальная схема мембранного исполнительного механизма.
1 - регулирующий орган; 2 - шток; 3 - пружина; 4 - мембрана; 5 - сальник
Движение выходного штока, который соединен с регулируемой арматурой, идет с помощью силы, созданной давлением, а возврат идет за счет повышения усилия пружины. Управляющий сигнал поступает в герметичную головку, где расположена мембрана с жесткой центральной частью. В результате действия давления сжатого воздуха возникает усилие на мембрану, которое выравнивается пружиной. В итоге суммарный ход штока напрямую определяется величиной давления управления. Общая жесткость и предварительное сжатие пружины формируют конкретный диапазон усилий с номинальным ходом.
Поставляются на рынок мембранные ИМ регулирующего потока вместе с клапаном. Особенность механизма в автоматическом движении мембраны в вертикальном направлении, поэтому в зависимости от конструкции клапаны делят на нормально закрытые (НЗ) и нормально открытые (НО).
Большим преимуществом мембранных исполнительных механизмов для регулируемых клапанов остается близость к линейным характеристикам, что делает более точной корректировку расхода рабочей среды. Вместе с этим в районе наибольшего значения давления они имеют зону гистерезиса, находящуюся в пределах 2-15%. Конкретная величина последнего параметра зависит от эффективной площади самой мембраны, параметрами пружины и перепадом давления. Для сокращения подобной зоны на ИМ клапана монтируют дополнительный усилитель мощности (позиционер), который может работать по схеме компенсации сил или перемещения.
Если планируется управление клапаном с помощью электросигнала, то на мембранные исполнительные механизмы монтируют специальные позиционеры, которые преобразуют полученный сигнал в импульс управляющего воздуха.
Поршневые пневматические приводы - подобные приводы на регулируемые клапаны устанавливают в тех случаях, когда необходимо обеспечить линейных ход штока в пределах 300 мм. Для роста общей точности и повышения реальных динамических характеристик используют также позиционеры (в этом случае сам поршневой привод называют следящим).
С конструктивной точки зрения весь механизм представляет собой цилиндр, который установлен на кронштейне и расположен поршень со штоком. Движение ему передается от привода, и пружины, которые ориентируются относительно поршня специальным образом. Внутренняя поверхность цилиндра для повышения срока эксплуатации имеет специальное покрытие для уменьшения трения.
Во время работы входной сигнал от системы управления поступает непосредственно на привод, который оказывает воздействие на поршень клапана. Одновременно пружины создают противодействие повышению давления со стороны сжатого воздуха, поэтому общее перемещение штока определяется уровнем жесткости установленных пружин.
Таблица 4. Главные параметры поршневого пневматического привода
| Площадь поршня, см 2 | 1250 |
| Вид действия | Нормально-открытый (НО) |
| Нормально-закрытый (Н3) | |
| Температура рабочей среды, °C | от минус 196 до 550 |
| Диапазон температур окружающей среды, °C и относительная средне-годовая влажность, % для климатического исполнения по ГОСТ 15150: | |
| У | минус 40...+70; 80% при 15°C |
| УХЛ | минус 60...+70; 80% при 15°C |
| Т | минус 10...+85; 80% при 27°C |
| Входный сигнал, Мпа (кгс/см 2): | |
| Номинальный | 0,02...0,1 (0,2...1,0) |
| Максимальный | 0,6 (6) |
| Наибольшее усилие, необходимое для вращения на маховике бокового дублера, кгс | 35 |
Привод используется для управления трубопроводной арматурой в случаях, когда для действия на шток необходимо приложение вращающего момента. Фактически, подобные систему можно рассматривать как один из подтипов поршневого пневматического вида, так как в качестве силового элемента выступает лепесток, который перемещается под подаваемым сжатым возlухом в специальной изолированной камере. Движение своеобразного поршня непосредственно передается приводному валу запорного элемента и обеспечивает ему необходимое положение.
Дополнительно привод может комплектоваться блоками, которые обеспечивают дискретное или аналоговое управление запорно-регулирующей арматурой, имеют сигнализацию актуального положения исходного вала. На рынке также есть блоки во взрывозащитном исполнении, что позволяет их устанавливать в пыльных и иных помещениях.
Основные характеристики поворотного привода пневматического ИП указаны в следующей таблице:
Таблица 5. Основные технические характеристики поворотных пневмоприводов типа ППР
| Давление сжатого воздуха питания пневмопривода, Мпа | 0,25-0,6 |
| Расход воздуха питания в установившемся режиме при давлении воздуха 0,6 Мпа и температуре окружающего воздуха 25±15 °C, м 3 /ч, не более | 0,5 |
| Время поворота выходного вала из одного крайнего положения в другое при нагрузке, соответствующей номинальному крутящему моменту, с, не более | 3 |
| Климатическое исполнение | У2 по ГОСТ 15150-69 |
| Температура окружающего воздуха - без дополнительных устройств управления и сигнализации, а также с пневматическим сигнализатором крайних положений | от минус 30 до +70 °C |
| от минус 30 до +100 °C |
Дополнительно
Иные виды исполнительных механизмов
Исполнительные механизмы электрические предусматривают управление всей системой с использованием специальных приводов или мотор-редукторов. Их удобство в возможности управления на большом удалении, что удобно для протяженных систем и минимальных расходах при обустройстве.
Гидравлические исполнительные механизмы аналогичны по принципу действия пневматическим, но отличием здесь будет использование в качестве рабочей среды жидкости. Последнее неудобно из-за необходимости обеспечить должную герметичность, приобретать гидростанции и другое оборудование.
Регулирующие (запорно-регулирующие) клапаны
Клапаны предназначены для управления потоками жидких и газообразных сред, транспортируемых по трубопроводам.
Регулирующие и запорно-регулирующие клапаны осуществляют непрерывное изменение расхода регулируемого потока от минимального, когда клапан полностью закрыт, до максимального, когда клапан полностью открыт.
Запорные или отсечные клапаны управляют регулируемым потоком не непрерывно, а дискретно (клапан полностью открыт или полностью закрыт). Как у регулирующих, так и у запорных клапанов есть небольшие протечки регулируемой среды при закрытом положении клапана.
Следует отметить, что деление клапанов на регулирующие, запорные и запорно-регулирующие есть только в нашей стране, также как и отдельные стандарты на протечки для регулирующих и запорных клапанов. Весь остальной мир производит просто регулирующие клапаны, протечки у которых подразделяются на шесть классов, чем выше номер класса – тем меньше протечки. Последние три класса относятся к клапанам, которые у нас называют запорными и запорно-регулирующими.
Под условным диаметром прохода клапана (Ду) следует понимать номинальный внутренний диаметр входного и выходного патрубков клапана (в ряде случаев диаметр выходного патрубка может превышать диаметр входного). Каждому значению условного диаметра прохода клапана соответствует максимально возможное значение расхода регулируемого вещества, которое, в общем случае, зависит от ряда параметров (перепада давления, плотности и др.). Для удобства сравнения клапанов и выбора по результатам гидравлического расчета необходимого типоразмера клапана введено понятие условной пропускной способности.
Условная пропускная способность клапана (Kvy) показывает, какое количество воды при температуре 20 °С может пропустить клапан при перепаде давления на нем 0,1 МПа (1 кгс/см2) при полностью открытом затворе.
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 1.
Внутри корпуса клапана 1 устанавливается дроссельный узел, состоящий из седла 2 и плунжера 3, связанного со штоком 4. Седло может быть выполнено в различных конструктивных исполнениях: вворачиваться в корпус клапана как показано на рисунке 1, прижиматься к корпусу специальной втулкой или выполняться заедино 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 из фторопласта-4 или его модификаций. На крышке 5 устанавливается привод, шток которого соединяется со штоком клапана. Привод может быть пневматическим, ручным, электрическим или электромагнитным.
Дроссельный узел является регулирующим и запирающим элементом клапана. Именно в этом узле реализуется задача изменения проходного сечения клапана и, как следствие, изменение его расходной характеристики.
Конкретные комбинации втулка-седло-плунжер выбираются исходя из условий эксплуатации клапана: перепада давления, типа регулируемой
среды и ее температуры, наличия мехпримесей, величины пропускной способности, вязкости среды и т.д.
В большинстве случаев важное значение для работы клапана имеет правильное направление подачи рабочей среды. Оно маркируется стрелкой на наружной поверхности корпусов. Если среда подается через левый канал в корпусе, изображенном на рисунке 1, то такое направление подачи называется «под затвор» (среда подходит к плунжеру снизу), а если среда подается по правому каналу, то такое направление подачи называется «на затвор» (среда прижимает плунжер к седлу в закрытом состоянии). Основные параметры и характеристики типовых регулирующих проходных клапанов, выпускаемых отечественными предприятиями, представлены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1.
Основные параметры запорно-регулирующих клапанов
Таблица 2.
Условная пропускная способность запорно-регулирующих клапанов
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Приводы и исполнительные механизмы запорно-регулирующей, регулирующей и запорной трубопроводной арматуры предназначены
для преобразования управляющего сигнала (пневматического, электрического или механического) в механическое (линейное или вращательное) перемещение штока привода и жестко связанного со штоком запорного органа (клапана, шарового затвора, дисковой заслонки, задвижки и т.п.).
Исполнительные механизмы, применяемые для управления запорно-регулирущей арматурой по принципу действия и используемому виду энергии для создания необходимого механического усилия на рабочем затворе подразделяют на:
Пневматические
Электрические
Гидравлические
Комбинированные
Пневматические исполнительные механизмы
Пневматические исполнительные механизмы в силу сложившейся традиции занимают достаточно большое место среди приводов для регулирующей арматуры различного типа. Это обусловлено в первую очередь тем, что массовая промышленная автоматизация до 50-х, 60‑х годов прошлого столетия базировалась в основном на пневматике. Пневматические системы автоматизированного управления сегодня, в эпоху микропроцессоров и широкого применения цифровой электроники, смотрятся несколько архаично, и кроме того, они достаточно громоздкие, требуют организации сетей подготовки и распределения сжатого воздуха, который к тому же расходуется при работе пневматических систем.
Вместе с тем, простота конструкции пневмоприводов, а как следствие этого - достаточно высокая надежность и ремонтопригодность их, позволяют успешно использовать такие приводы и в современных системах автоматизированного управления технологическими процессами.
Пневматические исполнительные механизмы предназначены для преобразования изменений давления воздуха Р на выходе регулятора в перемещение регулирующего органа - клапана, заслонки, шибера, крана и т. п. Регулирующий орган изменяет расход потока жидкости, газа, пара и т. п. на объекте управления, и тем самым вызывает изменение регулируемого технологического параметра.
По типу привода пневматические исполнительные механизмы делятся на мембранные, поршневые, поворотные, пневмодвигатели вращающиеся.
Мембранный исполнительный механизм (МИМ)
Схема мембранного исполнительного механизма (МИМа) показана на рисунке 2. Перемещение выходного штока 2, соединенного с регулирующим органом, в одну сторону осуществляется силой, которая создается давлением Р, в другую - усилием пружины 3. Сигнал Р поступает в герметичную мембранную «головку», в которой находится мембрана из прорезиненной ткани толщиной 2-4 мм с жестким центром. Снизу на мембрану давит пружина 3. В мембранных исполнительных механизмах (рис. 2) давление управляющего воздуха воздействует на мембрану 4, зажатую по периметру между крышками привода, и создает усилие, которое уравнивается пружиной 3. Таким образом, ход штока 2 привода пропорционален величине управляющего давления. Жесткость и предварительное сжатие пружины определяет диапазон усилий привода и номинальный ход.
Мембранные исполнительные механизмы классифицируют, по размерам мембранных «головок». МИМы поставляются обычно совместно
с регулирующими органами - клапанами. Так как при снятии давления Р мембрана всегда перемещается вверх, то в зависимости от конструкции регулирующего органа различают нормально открытые НО и нормально закрытые НЗ клапаны.
Рисунок 2. Мембранный исполнительный механизм, установленный на регулирующем клапане:
1 - регулирующий орган; 2 - шток; 3 - пружина; 4 - мембрана; 5 - сальник
Статические характеристики большинства МИМов близки к линейным, однако они обладают зоной гистерезиса, составляющей 2-15% от наибольшего значения Р. Эта величина зависит от усилий трения в сальнике 5, от перепада давлений на регулирующем органе, от характеристик пружины и эффективной площади мембраны.
Для уменьшения зоны гистерезиса и улучшения динамических характеристик МИМов на исполнительный механизм устанавливают дополнительные усилители мощности, называемые позиционерами. Различают позиционеры, работающие по схеме компенсации перемещений и по схеме компенсации сил. В позиционерах обоих типов МИМ охватывается отрицательной обратной связью по положению штока, что исключает влияние на статические характеристики сил трения в сальнике, перепада давлений на регулирующем органе и т.п.
Одновременно с этим увеличение расхода воздуха, подаваемого в МИМ и заметно улучшаются динамические характеристики последнего.
Для сопряжения с электрическими сигналами систем управления применяют электропневматические позиционеры, которые кроме улучшения статических характеристик мембранных исполнительных механизмов, обеспечивают преобразование электрического сигнала в импульс управляющего воздуха, подаваемого на МИМ.
Основные технические характеристики МИМов представлены в таблице 3.
Таблица 3.
Внешний вид типичных МИМов, устанавливаемых на регулирующих клапанах, представлен на рисунке 3.
Поршневые пневматические приводы
Поршневые пневматические приводы (ППП) применяют в тех случаях, когда требуется линейное перемещение штока исполнительного
Загрузка...
