Одной из основных характеристик ТПА является максимальный эксплуатационный момент (или усилие), возникающий на арматуре при штатном режиме эксплуатации. В нормальном режиме эксплуатации момент на арматуре меньше или равен максимальному на всем жизненном цикле. Исходя из данных о максимальном эксплуатационном моменте подбирается привод. В общем случае момент привода должен быть больше максимального момента арматуры с учетом некого коэффициента запаса. При безаварийной и в штатном режиме эксплуатации арматуры данная методология подбора привода обеспечивает нормальную эксплуатацию.
Но увеличение момента на арматуре вследствие внештатной ситуации приводит к тому, что момент арматуры превышает момент привода. Данная ситуация является аварийной, и эксплуатация арматуры в таком режиме невозможна и должна быть прекращена до устранения причины появления аварийного момента.
При возникновении вышеописанной ситуации важно не только прекратить эксплуатацию арматуры, но и не допустить негативного влияния избыточного момента на привод ТПА. В электрическом приводе эксплуатация на избыточном моменте приведет к перегреву обмоток электродвигателя и износу, а возможно, и разрушению механических передач редуктора. Для предотвращения данных негативных последствий в конструкции электропривода закладываются различные варианты защит. Одной из самых распространенных защит является муфта ограничения крутящего момента. Принцип данной защиты построен на линейном перемещении механического элемента и замыкания контактов микропереключателей, находящихся в электроприводе при возникновении избыточного момента на валу привода. В современных моделях приводов могут применяться иные физические принципы построения данной защиты, например построенные на эффекте Холла, но техническая суть остается неизменной: при увеличении крутящего момента на ТПА сверх установленного значения электропривод не может продолжать штатно эксплуатироваться, а должен быть остановлен с помощью встроенной защиты – муфты ограничения крутящего момента.
Также для защиты электродвигателя электропривода от перегрева применяются различные варианты термоконтактов. В случае перегрева обмоток статора электродвигателя происходит размыкание цепей управления и остановка электропривода.
В свою очередь пневматический привод кардинально отличается от электрического в аспекте применяемых защит. При возникновении избыточного момента на ТПА, превышающего максимальный момент, на который рассчитан пневматический привод, произойдет остановка или невозможно будет начать движение. В силу конструктивных особенностей и физических свойств управляющей среды ситуация с увеличением момента не может стать причиной выхода пневмопривода из строя. Соответственно, и применение системы защит, направленных на предотвращение выхода привода из строя, не требуется.
Еще одним немаловажным аспектом эксплуатации привода с точки зрения момента на ТПА является опасность значительного завышения момента привода над моментом арматуры. Первоочередной и наиважнейшей задачей является правильный подбор привода к ТПА. Зачастую инженер при подборе привода значительно завышает момент и, соответственно, типоразмер привода. Кроме того, в СТО некоторых российских углеводородных монополистов указано требование с кратным превышением момента привода над моментом арматуры. С первого взгляда данное техническое решение несет исключительно положительные последствия. Привод гарантированно будет управлять арматурой и не будет подвержен перегрузке.
Но при более глубоком погружении в данный вопрос мы найдем некоторые технические аспекты, которые необходимо учитывать при подборе привода. Для примера возьмем один из самых распространенных видов ТПА – затвор поворотный дисковый. Производитель арматуры сообщает или учитывает сам при подборе привода максимальный момент и так называемый параметр MAST (Maximum Allowable Stem Torque) это максимально допустимый момент, который может быть приложен к валу (штоку) ТПА приводом. Момент привода должен быть меньше значения MAST, что гарантированно не приведет к разрушению конструктивных элементов арматуры, таких как срыв штока, посадочных мест сочленения вал – ЗЭл и т. д. Момент привода должен быть больше максимального момента ТПА, с учетом всех коэффициентов запаса и меньше значения MАST.
Из данного сравнительного анализа можно сделать следующий вывод: при подборе привода необходимо учитывать максимальный момент ТПА и момент привода не должен превышать значение MAST ТПА. При превышении во время эксплуатации момента арматуры выше максимально допустимого для предотвращения выхода из строя электропривода необходимо задействовать встроенные защиты. В случае пневматического привода данные защиты не требуются и не применяются.
В видах регулирующей ТПА, таких как клапаны, специальные виды шаровых кранов, затворы поворотные дисковые в качестве исполнительного механизма, применяется как электрический, так и пневматический тип. Одним из самых существенных минусов использования пневмопривода при регулировании (будь то поворотный или прямоходный тип) является сложность и, как следствие, существенная неточность остановки и удержания привода и РЭл ТПА в промежуточном положении. «Блуждание» точки позиционирования, высокая инертность процесса, перебег и выход на заданную точку с синусоидальной затухающей характеристикой – все эти термины до боли знакомы специалистам, связанным с эксплуатацией ТПА с пневматическим исполнительным механизмом.
Данную проблематику следует воспринимать как данность. Любые настройки позиционера могут только незначительно нивелировать данные особенности пневматического исполнительного механизма. Но свойства сжатого воздуха изменить невозможно, и в значительной степени все негативные особенности останутся на весь срок эксплуатации.
При проектировании технологичеcкого процесса рекомендуется учитывать данные особенности пневматического исполнительного механизма при расчете быстродействия и инертности процесса, в котором участвует ТПА с пневматическим исполнительным механизмом.
Для ТПА с электрическим приводом данный аспект если не отсутствует полностью, то значительно меньше проявляется. Выход на заданную точку в режиме регулирования происходит значительно точнее и с меньшей инертностью в процессе.
Размещено в номере: Вестник арматуростроителя, №2 (89)
