Пневматические привода для трубопроводной арматуры являются одним из самых распространенных в современной промышленности типов приводов. Исторически в Советском Союзе были распространены мембранные исполнительные механизмы (МИМ*). Остальных типов пневматических приводов было значительно меньше. Но это связано не с невозможностью советской промышленности произвести иные типы пневматических приводов (прямоходные цилиндры и четвертьоборотные привода), а с фактическим отсутствием типов арматуры, в комбинации с которыми применяются вышеуказанные типы пневмоприводов.
Ниже приведена таблица применяемости типов пневмопривода для различных видов трубопроводной арматуры.
Как видно из данной таблицы, пневматические прямоходные привода (пневматические цилиндры) безальтернативно устанавливаются на шиберные задвижки. Четвертьоборотные пневмопривода конструктивно подходят для четвертьоборотной арматуры – затворов, кранов.
Но за годы практической деятельности автору статьи нередко доводилось сталкиваться с проектными решениями (особенно часто их можно найти в зарубежных проектах), в которых проектировщики с разной степенью успеха пытаются реализовать четвертьоборотное движение запорного (или регулирующего) органа арматуры за счет прямолинейного движения пневматического цилиндра.
Наиболее часто преобразование прямолинейного движения в поворотное происходит за счет различных типов тяг и куличной передачи (scotch-yoke).
При проектировании и реализации данных проектных решений исполнитель сталкивается с рядом сложностей, неочевидных на первый взгляд.
Установка и настройка позиционера для применения цилиндра в качестве регулирующего пневмопривода. Если для четвертьоборотного пневмопривода установка позиционера в подавляющем большинстве случаев происходит на стандартизированную площадку сверху привода и вал обратной связи позиционера жестко связан с валом привода (рис. 1), то для установки позиционера на цилиндр приходится проектировать и изготавливать многоступенчатую обратную связь за счет ряда тяг. Данное решение сложно при проектировании, и незначительная ошибка в расчетах приведет к неработоспособности позиционера, а соответственно, и всей пневматической системы управления (рис. 2). Кроме того, данный вид механической обратной связи конструктивно является слабым звеном и подвержен механическим повреждениям (изгибам, деформациям) даже при незначительных механических нагрузках.
Выходом из данной технической дилеммы является применение не механической, а электрической обратной связи. На корпусе цилиндра устанавливается датчик, а за счет воздействия магнитного кольца поршня пневмоцилиндра передают в позиционер 4…20mA как электрический сигнал (рис. 3).
Следующим минусом применения пневмоцилиндра по сравнению с пневматическим ¼-оборотным приводом является сложность реализации функции ручного управления ТПА. При отсутствии давления сжатого воздуха (управляющей среды) для управления трубопроводной арматурой используется ручной дублер. Для четвертьоборотного пневмопривода ручной дублер представляет собой своеобразную модификацию червячного редуктора. Он устанавливается между приводом и ТПА и имеет единую ось с арматурой, пневмоприводом, позиционером. В данном случае незначительно увеличивается строительная высота арматурного узла с пневмоприводом и ручным дублером (рис. 4).
В случае применения пневматического цилиндра с ручным дублером последний, по сути, представляет собой передачу «винт – гайка». Данная конструкция фактически увеличивает строительную высоту пневматического цилиндра в два раза. Либо ручное дублирование реализуется за счет внешних средств, таких как противовес с грузом, лебедка, или же за счет независимого объема сжатого воздуха, принудительно поданного в одну из полостей цилиндра. В любом случае ручное дублирование, необходимое для нештатного управления цилиндром, представляется более конструктивно сложным по сравнению с ручным дублером четвертьоборотного привода (рис. 5).
Исходя из вышесказанного вызывают недоумение проектные решения, в которых предписывается использование для четвертьоборотной арматуры прямоходных пневматических цилиндров. Явных технических плюсов такого неординарного решения не видится, а целый ряд неявных конструктивных и эксплуатационных сложностей возникает при реализации данных решений.
Автор надеется, что данный материал позволит сделать взвешенный и осмысленный выбор типа пневматического механизма.
Размещено в номере: Вестник арматуростроителя, № 1 (63)
