НПАА, А. С. Плешков, Тайны закулисья, или Простота рейки. Особенности применения кулисного и реечного пневмоприводов для трубопроводной арматуры при реализации функции регулирования

НПАА, А. С. Плешков, Тайны закулисья, или Простота рейки. Особенности применения кулисного и реечного пнев...

В данном номере журнала мы продолжаем серию публикаций по тематике приводов, исполнительных механизмов и систем автоматики, применяемых для управления трубопроводной арматурой. По мнению большого количества представителей отрасли, в области эксплуатации трубопроводной арматуры исторически произошло разделение на несколько направлений — физически это разделение происходит по присоединительным фланцам узла «арматура-привод». Эксплуатацией арматуры традиционно занимаются механики, котельщики и многие другие специалисты. Ответственны за приводы (в большинстве случаев) электромеханики и электрики. Системами автоматики, в свою очередь, занимаются КИПовцы и «автоматчики». Несмотря на то, что привод, как минимум, не менее важный и ответственный узел любой трубопроводной арматуры, проблематике правильного подбора и безотказной эксплуатации приводов уделяется недостаточно внимания в специализированных изданиях и различной справочной литературе. Редакция «Вестника» в меру своих сил постарается уменьшить данный перекос и продолжит публикацию статей и обзоров, посвященных исполнительным механизмам и системам управления трубопроводной арматурой.

Традиционно наряду с электрическими исполнительными механизмами применяются пневматические приводы. Еще несколько десятков лет назад пневматические исполнительные механизмы применялись в основном на клапанах и имели прямоходную конструкцию. Необходимость в четвертьоборотных приводах появилась одновременно с приходом на рынок России четвертьоборотной арматуры. В данной статье технический эксперт НПАА Андрей Сергеевич Плешков рассмотрит различные конструкции пневмоприводов для четвертьоборотной арматуры и расскажет об особенностях эксплуатации данных конструкций в различных режимах. Надеемся, что данный материал, подготовленный автором на основании своего практического инженерного опыта, будет полезен нашим читателям.

Четвертьоборотные поворотные дисковые затворы в силу простоты конструкции, малого числа конструктивных деталей, невысокой массы и габаритов стали достаточно популярны как вид промышленной трубопроводной арматуры. Затворы применяются как в качестве запорной, так и в качестве регулирующей арматуры. Но эксплуатация затвора сопряжена с рядом технических сложностей, вызванных нелинейностью расходных характеристик среды при регулировании поворотным дисковым затвором. На рис. 1 представлены графические типовые расходные характеристики поворотного дискового затвора. При диапазоне угла открытия диска затвора (от 0 до 25 и от 75 до 90 градусов) характеристики имеют крайне нелинейную зависимость расхода от угла открытия. Поэтому регулирование у затворов возможно только в диапазоне угла открытия диска от 26 до 74 градусов.


Для четвертьоборотной арматуры, в том числе для затворов, наиболее часто применяются четвертьоборотные пневмоприводы реечного или кулисного типа. На рис. 2 приведены графики зависимости момента пневмопривода от угла поворота четвертьоборотного пневмопривода двустороннего действия. На графике видно, что пневмопривод реечного типа имеет постоянную зависимость момента от угла (рис. 3), в то время как у кулисного данная зависимость изображена в виде параболы. Это связано с конструктивным исполнением кулисного пневмопривода и основывается на зависимости М=F*L, где М — момент, F — сила (давление воздуха на поршень), L - плечо. В связи с тем, что конструкция кулисного привода имеет постоянную составляющую силы и переменное значение длины плеча в зависимости от положения запорного (или регулирующего) органа, моментная характеристика имеет нелинейный характер. Основная идея, заложенная при проектировании и разработке пневмопривода кулисного типа, состояла в том, чтобы получить моментную характеристику пневмопривода, наиболее близко повторяющую моментную характеристику запорного органа четвертьоборотной арматуры, убрав тем самым избыточный запас по моменту пневмопривода над арматурой в диапазонах угла поворота запорного органа от 15 до 75 градусов.

Для применения с запорной четвертьоборотной арматурой данная задача была относительно успешно решена: из-за изменения длины рычага от угла поворота моментная характеристика приобрела вид параболы и более точно повторяет моментную характеристику четвертьоборотной арматуры (рис. 4). При совмещении графиков расходных характеристик и момента пневмоприводов двух типов (рис. 5) можно увидеть технический дуализм проблематики регулирования четвертьоборотной арматуры с помощью пневмоприводов. В диапазоне регулирования от 26 до 74 градусов, где возможно регулирование, и расходные характеристики от изменения угла поворота регулирующего элемента относительно пропорциональны, зависимость момента от угла поворота кулисного пневмопривода, наоборот, крайне нелинейна.


При изменении управляющего сигнала, приходящего на позиционер, выходной вал пневмоприводов кулисного и реечного типа и, соответственно, регулирующий орган арматуры достигает необходимого значения по графику, приведенному на рис. 6.

КАК ВИДНО ИЗ ГРАФИКА:
1. Скорость реакции системы на изменения управляющего сигнала у реечного привода гораздо выше.

2. Амплитуда колебаний при достижении необходимого установившегося значения сигнала у реечного привода гораздо больше.


Рассмотрим предметно ситуацию. На позиционер поступает сигнал 13 mA вместо 12 mA. Запорный орган должен изменить положение — вместо 45 градусов занять положение 50-65 градусов. Диск затвора поворотного под управлением кулисного пневмопривода совершит несколько колебаний около значения 50-65 градусов с достаточно большой амплитудой. Динамическая характеристика переходного процесса будет нестабильной, а сам переходный процесс затянут. На протяжении переходного процесса расход среды будет нестабильным. Если в технологическом процессе при изменении расхода среды требуется быстродействие, или изменение расхода среды требуется часто, то вполне вероятно, что добиться необходимого результата не удастся. Это связано с тем, что до получения установившегося значения 50-65 градусов контроллер системы получит по обратной связи данные о недостатке (либо переизбытке) расхода среды и выдаст новое значение управляющего сигнала на позиционер. Потом данный цикл повторится еще раз. Таким образом, система регулирования выйдет из стабильного состояния — начнется ее раскачивание. Физически мы будем наблюдать постоянное изменение управляющего сигнала от контроллера, постоянную работу пневмопривода и постоянное перемещение диска затвора возле необходимой точки регулирования.

Таким образом, применение затвора поворотного дискового под управлением кулисного пневмопривода в качестве регулирующей арматуры оправданно только со следующими техническими ограничениями:

1. Процесс не требует частого изменения регулируемого параметра (расхода).

2. При необходимости изменения регулируемого параметра (расхода) процесс не требует быстродействия.

3. Процесс допускает значительное превышение значения регулируемого параметра (расхода) при переходном процессе.


При использовании затвора поворотного дискового под управлением реечного пневмопривода ограничения гораздо менее жесткие по причине более короткого времени протекания переходного процесса.

Применение пневмоприводов с четвертьоборотной арматурой наряду с очевидной простотой инженерного решения скрывает в себе ряд неочевидных на первый взгляд ограничений. Традиционно заметим, что именно понимание требований к техническому процессу и комплексный анализ эксплуатационных задач позволяют принять верное решение о применении того или иного типа исполнительного механизма в каждом конкретном случае.

Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя» № 6 (41) 2017
Материалы других разделов по тегу НИОКР

Новости по тегу НИОКР

Статьи по тегу НИОКР

  • ООО Стронгарм, Ефанов М. Н. Импакт-ликбез. Как автоматизировать прием и отгрузку нефтепродуктов ООО Стронгарм, Ефанов М. Н. Импакт-ликбез. Как


    Здравствуйте, уважаемые коллеги! Продолжаем серию статей «Импакт»-ликбез», созданную для помощи в реализации различных технологических решений....
  • ООО УльтраМарин, Чашков Ю. А. Предохранительный клапан 100 лет, а замены нет ООО УльтраМарин, Чашков Ю. А. Предохранительный клапан


    Изучая особенности конструкции и работы разных моделей и обсуждая с механиками специфику их работы, автор придумал новую конструкцию предохранительного клапана с единым корпусом и возможностью проверки состояния пружины и установки давления срабатыва...
  • Фесто-РФ, Муругин М. А. Локализация разработки и изготовления приводов запорной арматуры в России Фесто-РФ, Муругин М. А. Локализация разработки и


    Все больше и больше российских компаний, связанных с использованием запорно-регулирующей арматуры и приводов, требуют при поставке оборудования увеличения процента российских комплектующих. Порой этот показатель доходит до 70-80%. То есть, по сути, м...
  • ООО УльтраМарин, Чашков Ю. А., Все по шиберу... ООО УльтраМарин, Чашков Ю. А., Все по


    Что делали люди древней цивилизации на своих акведуках, чтобы изменить направление и объем протекающей воды? Да просто перекрывали глиняный водовод такими же глиняными перегородками. Все было просто, надежно, наглядно и компактно. Идея перекрытия тру...
  • ООО Константа-2, Зерщиков Д. К. Новое поколение комбинированных уплотнений из композиционных материалов для запорной арматуры, для применения на объектах энергетики, нефтегазоперерабатывающей и химической промышленности ООО Константа-2, Зерщиков Д. К. Новое поколение


    Большое количество задач в технике связано с решением вопросов обеспечения герметичности узлов в отношении рабочих сред. Для решения этих задач используют уплотнения различных видов, одним из которых являются манжеты....
  • АО ИркутскНИИхиммаш, К. А. Кузнецов, А. В. Горбунов, Н. А. Верхозин, В. П. Вирюкин., Е. В. Фесюк, Новые возможности использования бугельных соединений АО ИркутскНИИхиммаш, К. А. Кузнецов, А. В.


    Проводя супервайзинг фланцевых соединений в течение нескольких лет, специалисты «ИркутскНИИхиммаш» пришли к выводу, что перспективной является постепенная замена традиционных фланцевых соединений на бугельные, разработку, исследования, стандартизацию...

Интервью по тегу НИОКР

  • Интервью с генеральным директором НПО Регулятор А. М. Мельцером Интервью с генеральным директором НПО Регулятор А.


    Уважаемые читатели, представляем вашему вниманию интервью с А. М. Мельцером - генеральным директором НПО «Регулятор» - отечественным предприятием полного цикла, выпускающим регулирующую и предохранительную арматуру специального назначения для нефтяно...
  • ООО НПО Тульский завод промышленной арматуры. Интервью с учредителем Андреем Владимировичем Зотовым ООО НПО Тульский завод промышленной арматуры. Интервью


    Сегодня мы хотим познакомить вас с научно-производственным объединением «Тульский завод промышленной арматуры» — российским предприятием, которое занимается разработкой, производством и поставкой электрогидроприводов....
  • НПО Флейм, ЗАО. Интервью с заместителем генерального директора по науке А. П. Парамоновым НПО Флейм, ЗАО. Интервью с заместителем генерального


    Уважаемые читатели журнала «Вестник арматуростроителя», сегодня наша редакция предлагает вашему вниманию немного необычное интервью с производственной площадки петербургского предприятия — производителя трубопроводной арматуры ЗАО «НПО Флейм», которо...
Журнал Вестник Арматуростроения
Заводы 12 Стандартизация 15 Вестник арматуростроителя 23 Тулаэлектропривод 19 импортозамещение 11 видеорепортаж 12 Ямал СПГ 10 НПАА 32 ОМК 71 Теплоснабжение 11 Ремонт и реконструкция 40 Нефтепереработка 10 Инвестиции 40 Запорная арматура 25 Сертификация 55 Фобос 11 Нефтегаз-2016 11 Регулирующая арматура 14 Запорно-регулирующая арматура 18 Транснефть 74 Импортозамещение 113 Газпром 160 Шаровые краны 69 Клапаны 21 Трубы 39 Новинки и разработки 75 Тендеры и закупки 24 Модернизация производства 46 Контроль и испытания 21 Газ 29 Новое строительство 46 Выставки 34 Обучение и кадры 12 Автоматизация 14 Локализация 17 НИОКР 25 Инновации 31 Международное сотрудничество 76 СПГ 25 Приводы 15 Нефтегаз 13 Новинки 56 КТОК 24 Нефть и газ 83 Насосное оборудование 14 Сила Сибири 21 Армалит 19 ЧТПЗ 51 АДЛ 37 ТЭКО-ФИЛЬТР 22 Сумское НПО 30 РТМТ 21 РЭП Холдинг 11 ГОСТ 10 ОМЗ 12 Сплав 14 АЭМ-технологии 13 Роснефть 38 Темпер 11 Курганский арматуростроительный кластер 13 ЖКХ 17 АУМА 10 Ижнефтемаш 11 Ивано-Франковский арматурный завод 12 «АДЛ» 25 Трубная металлургическая компания 18 МК Сплав 70 Завод Трубодеталь 17 АЭС 31 ДС Контролз 16 выставка 75 Москва 24 МашСталь 10 ЦКБА 10 трубопроводная арматура 184 Danfoss 70 БКЗ 17 Барнаульский котельный завод 11 Судостроение 12 Astin BGM Group 11 нефть 31 Данфосс 89 Саранский приборостроительный завод 10 Санкт-Петербург 16 KSB 16 Задвижки 22 Camozzi 12 БАЗ 13 Волгограднефтемаш 38 Омский НПЗ 13 Ростовская АЭС 14 шаровой кран 11 Итоги года 14 Росатом 63 Атомэнергомаш 48 Минпромторг 25 ООО Паровые системы 10 Россия 30 Уралхиммаш 15 Emerson 18 Пензтяжпромарматура 22 AUMA 11 «Конар» 10 ООО «Приводы АУМА» 17 Корпорация «Сплав» 15 ARAKO 13 АБС ЗЭиМ Автоматизация 55 «Трубодеталь» 11 «Армалит» 13 водоснабжение 12 Hawle 17 ТМК 32 Гусар 25 Metso 10 ПОЛИПЛАСТИК 22 ТермоБрест 30 Росстандарт 15 НПО ГАКС-АРМСЕРВИС 22 Курганская область 26 ООО «РТМТ» 15 «ПРИВОДЫ АУМА» 11 модернизация 32 ВМЗ 21 Росводоканал 12 Первоуральский новотрубный завод 10 Трубодеталь 11 НОВАТЭК 15 LD 15 НПО ГАКС Армсервис 10 Благовещенский арматурный завод 10 ФРП 10 ПромАрм 20 Valve Industry Forum & Expo 10 ФАС 11 АБС Электро 30 Газ. Нефть. Технологии 15 ГУП ТЭК СПб 13 ПТПА 17 ПРИВОДЫ АУМА 10 электроприводы 31 Курган 22 Тюмень 15 Дайджест арматуростроителя 117 промышленность 10 ГЕАЗ 20 Китай 13 Курганский арматурный завод 10 Силовые машины 18 форум 14 VALTEC 37 семинар 30 ЗапСибНефтехим 20 Северсталь 13 Тяжпромарматура 20 Заметки редактора 39 Armtorg 20 газопровод 16 КОНАР 18 конкурс 26 ГАКС-АРМСЕРВИС 20 производство 18 ИФАЗ 14 HEAT&POWER 14 Астима 10 СИБУР 31 Нововоронежская АЭС 2 15 Хавле Индустриверке 11 Сумское машиностроительное научно-производственное объединение 22 тендер 10 интервью 26 юбилей 14 ПКТБА 10 регулирующие клапаны 17 Турция 10 аудит 17 ЧелябинскСпецГражданСтрой 16 экспорт 10 СеверМаш 10 Белорусская АЭС 19 нефтепровод 16 литейное производство 12 Арзамасский приборостроительный завод 11 РАСКО 16 НПФ РАСКО 21 Челябинск 13 ЧЗЭМ 12 аккредитация 11 Петербургский Международный Газовый Форум 12 Uni-Fitt 11 вебинар 12 конференция 40 Северный поток 2 20 АО «ОКБМ Африкантов» 11 ГК Римера 23 Казахстан 14 Денис Мантуров 11 Транснефть-Сибирь 10 сотрудничество 22 Viessmann 12 ЗиО-Подольск 12 Лукойл 17 Новое производство 15 машиностроительная корпорация СПЛАВ 10 Этерно 11 Владимир Путин 10 ремонт 12 новинка 28 Объединенная металлургическая компания 28 Выксунский металлургический завод 11 PCVExpo 12 HERZ 11 Группа ГМС 12 Газпром нефть 11 шаровые краны 12 трубопроводная арматура для АЭС 11 поставка 27 Aquatherm Moscow 21 строительство газопровода 14 Эго Инжиниринг 10 Группа ЧТПЗ 49 Нефтегаз 2017 15 Энергомаш (Чехов) - ЧЗЭМ 10 Минпромторг РФ 15 поставка оборудования 22 MIOGE 11 ИННОПРОМ 2017 10 атомная отрасль 22 российское производство 13 опыт эксплуатации 13