А. С. Плешков. Пневматический привод и пневматический цилиндр для ТПА. Особенности автоматизации. Часть 1 смотрите здесь >>>
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
3. Следующим различием, которое хотелось бы осветить в данной статье, является применение четверть-оборотного привода и цилиндра с положением безопасности (привод для НО или НЗ* арматуры).
Для обеспечения данной функции в четвертьоборотном пневмоприводе устанавливаются пружины в одну из воздушных полостей. Давление воздуха КИП подается в оставшуюся единственную воздушную полость. При отсутствии давления воздуха КИП (аварийная ситуация) пружины разжимаются и, за счет создаваемого на поршень усилия, переводят вал привода, а соответственно, и запорный элемент арматуры, в заранее предопределенное положение – открыто или закрыто. Данный пневмопривод устойчиво называют приводом одностороннего действия (ОД; SA;SR). Разумеется, в связи с необходимостью дополнительно преодолевать усилие на сжатие пружин момент привода, передаваемый на вал арматуры, будет сравнительно меньше относительно идентичного привода двойного действия (ДД; DA). Техническое решение широко применяется при необходимости применения привода с положением безопасности.
В свою очередь, пневматический цилиндр имеет ряд существенных ограничений, и широко установка пружин не применяется в силу конструктивных сложностей на сжатие пружин на длинной величине хода. Для обеспечения положения безопасности в ТПА с пневматическим цилиндром наиболее зарекомендовавшим себя инженерным решением является применение так называемой пневматической пружины. По сути, это ресивер с неким объемом сжатого воздуха, достаточного для перевода пневмоцилиндра из одного конечного положения в другое. При пропаже штатного воздуха КИП за счет применения пневматического элемента (например, пневмораспределителя с пневматическим управлением) пневматическая линия управления пневмоприводом отсекается от штатной и переключается на ресивер. Объем воздуха подается в полость пневматического цилиндра, и вследствие этого цилиндр переходит в заранее предопределенное конечное положение. Данная схема реализации несет в себе ряд недостатков:
• необходимо контролировать наличие воздуха в ресивере;
• внесение в схему управления дополнительного элемента управления.
Данные решения, безальтернативные для реализации вышеуказанной задачи, резко уменьшают надежность системы ТПА с пневматическим цилиндром.
4. Еще одним важным аспектом, который хотелось бы затронуть в данном материале, является нюанс монтажа дополнительных пневматических элементов на пневматический привод или пневматический цилиндр.
Пневматический привод, или цилиндр, по сути является базовым элементом, который для внедрения в систему автоматизации необходимо укомплектовать дополнительными пневматическими элементами. Позиционер – для возможности использовать в функции регулирования. Распределитель – для использования в режиме запорной арматуры.
Пневматический привод на верхней плоскости имеет универсальную, стандартизированную стыковочную поверхность VDI/VDE 3845. Разработанный в Германии стандарт внедрен инженерным объединением VDI и принят всеми производителями пневматического оборудования. Соответственно, и позиционер имеет конструктивные элементы для установки на пневматический привод согласно данному стандарту. Соблюдение данного стандарта снимает с инженера или конструктора задачу по выработке решения по стыковке данных устройств. К этому замечательному факту стоит добавить, что вал четвертьоборотной арматуры, ручного дублера, пневмопривода и позиционера находятся в одной оси и все валы синхронно вращаются на 90 градусов. Это означает, что для стыковки и синхронизации углов вращения позиционера и привода нет необходимости в проведении сложных инженерных расчетов, конструирования и изготовления переходных деталей.
В свою очередь, пневматический цилиндр не имеет какой-либо стандартизированной или универсальной конструкции для крепления позиционера и создания обратной механической связи между штоком цилиндра и валом позиционера. Шток пневматического цилиндра имеет прямоходное движение. Вал пневматического позиционера, в свою очередь, имеет вращательное движение. Для получения обратной механической связи, позволяющей позиционеру отслеживать текущее положение, необходимо состыковать вал позиционера и шток цилиндра и синхронизировать их. То есть необходима механическая конструкция, переводящая прямолинейное движение штока во вращательное движение вала позиционера. Также эта конструкция должна быть рассчитана и изготовлена таким образом, чтобы обеспечивать именно пропорциональный поворот вала позиционера в зависимости от прямолинейного перемещения штока цилиндра. На практике это приводит к проектированию и изготовлению конкретной конструкции под каждый конкретный типоразмер цилиндра. Это значит, что для цилиндра с величиной хода штока 100 мм и для цилиндров с величиной хода штока 200 мм будет два разных установочных комплекта.
5. Также следует отметить, что установка распределителя на пневматический привод на порядок проще аналогичной операции для пневматического цилиндра.
Геометрия портов для подвода воздуха КИП в пневматический привод в подавляющем большинстве случаев выполнена согласно стандарту организации NAMUR (User Association of Automation Technology in Process Industries). Соответственно, и производители пневматического элемента-распределителя изготавливают свои изделия с идентичной геометрией присоединительных размеров. Данная идентичность стыковочных поверхностей привода и распределителя позволяет установить распределитель на пневмопривод буквально за минуту. Но, что более важно, позволяет не конструировать и не изготавливать переходные элементы для закрепления и стыковки распределителя на пневмопривод.
Для пневматических цилиндров стандарта присоединения дополнительной комплектации и пневматических элементов нет. Стандарта присоединения нет для позиционера, БКВ, распределителя. В случае монтажа пневмораспределителя на пневматический цилиндр необходимо изготовить монтажные части для закрепления и также применять пневматические фитинги и пневматические трубки для соединения выходных портов распределителя с входными портами цилиндра. Разумеется, это сравнительно простая инженерная задача, но в случае с пневматическим приводом данной задачи в принципе нет.
Данная статья была подготовлена не столько с целью освещения различий эксплуатационных свойств пневматического цилиндра и пневматического привода. Основной целью создания данного материала являлось заострение внимания проектировщиков и конструкторов на необходимость применения соответствующего типа исполнительного механизма для определенного вида ТПА. Абсолютно прозрачно, что с помощью механической передачи можно перевести прямолинейное движение цилиндра в четверьобортное и установить цилиндр на ТПА с поворотным вращением ЗЭл. Данное решение было очень популярно на протяжении долгого времени. Но при данном техническом решении, кроме очевидных конструктивных и эргономических недостатков, необходимо учитывать вышеуказанные особенности применения цилиндров.
Согласно ГОСТу 24856-2014 АРМАТУРА ТРУБОПРОВОДНАЯ Термины и определения:
• нормально-закрытая арматура (арматура НЗ): Арматура с приводом или с исполнительным механизмом, который при отсутствии или прекращении подачи энергии, создающей усилие перестановки запирающего или регулирующего элемента, автоматически обеспечивает переключение арматуры в положение «Закрыто»;
• нормально-открытая арматура (арматура НО): Арматура с приводом или исполнительным механизмом, который при отсутствии или прекращении подачи энергии, создающей усилие перестановки запирающего или регулирующего элемента, автоматически обеспечивает переключение арматуры в положение «Открыто».
