Привод клапана - Valve actuator - Wikipedia

Электрический привод (синий цилиндр) клапана на электростанции. На приводе виден черный маховик, который позволяет вручную позиционировать клапан. Синий корпус клапана виден на линии с трубой. Привод клапана открывает или закрывает дроссельную заслонку клапана на основании электрических сигналов, отправленных на привод. Другой привод клапана виден на заднем плане с окнами, указывающими положение клапана.

А привод клапана это механизм открытия и закрытия клапан. Для клапанов с ручным управлением требуется, чтобы кто-то их регулировал с помощью прямого или зубчатого механизма, прикрепленного к штоку клапана. Приводы с механическим приводом, использующие давление газа, гидравлическое давление или электричество, позволяют дистанционно регулировать клапан или обеспечивают быстрое управление большими клапанами. Приводы клапанов с механическим приводом могут быть последними элементами автоматического контура управления, который автоматически регулирует некоторый поток, уровень или другой процесс. Приводы могут быть только для открытия и закрытия клапана или могут позволять промежуточное положение; некоторые приводы клапана включают переключатели или другие способы удаленной индикации положения клапана.

Используется для автоматизации промышленные клапаны, приводы можно найти на всех типах технологических установок. Они используются на очистных сооружениях, электростанции, нефтеперерабатывающие заводы, горнодобывающие и ядерные процессы, пищевые заводы и трубопроводы. Приводы клапанов играют важную роль в автоматизации контроль над процессом. Автоматические клапаны различаются по конструкции и размерам. Диаметр клапанов составляет от одной десятой дюйма до нескольких футов.

Типы

Существует четыре распространенных типа приводов: ручной, пневматический, гидравлический и электрический.

Руководство

В ручном приводе используются рычаги, шестерни или колеса для перемещения штока клапана. Ручные приводы приводятся в действие вручную. Ручные приводы недороги, обычно автономны и просты в эксплуатации. Однако некоторыми большими клапанами невозможно управлять вручную, а некоторые клапаны могут быть расположены в удаленных, токсичных или агрессивных средах, которые не позволяют выполнять операции вручную. В целях безопасности в некоторых ситуациях может потребоваться более быстрое срабатывание, чем ручные приводы могут обеспечить для закрытия клапана.

Пневматический

Давление воздуха (или другого газа) является источником энергии для пневматических приводов клапана.^[1] Они используются на линейных или четвертьоборотных клапанах. Давление воздуха действует на поршневую или сильфонную диафрагму, создавая линейное усилие на штоке клапана. В качестве альтернативы, привод лопаточного типа на четверть оборота создает крутящий момент для обеспечения вращательного движения для управления четвертьоборотным клапаном. Пневматический привод может быть выполнен с пружинным закрытием или пружинным открытием, при этом давление воздуха преодолевает пружину для обеспечения движения. Привод «двойного действия» использует воздух, подаваемый на разные входные отверстия, для перемещения клапана в направлении открытия или закрытия. Центральная система сжатого воздуха может обеспечить чистый, сухой сжатый воздух, необходимый для пневматических приводов. В некоторых типах, например, регуляторах сжатого газа, давление подачи обеспечивается потоком технологического газа, а отработанный газ либо сбрасывается в воздух, либо сбрасывается в технологические трубопроводы более низкого давления.

Гидравлический

Гидравлические приводы преобразуют давление жидкости в движение. Как и пневматические приводы, они используются на линейных или четвертьоборотных клапанах. Давление жидкости, действующее на поршень, обеспечивает линейную тягу для задвижек или запорных клапанов. Четвертьоборотный привод создает крутящий момент, чтобы обеспечить вращательное движение для управления четвертьоборотным клапаном. Большинство типов гидравлических приводов могут поставляться с функциями отказоустойчивости для закрытия или открытия клапана в чрезвычайных обстоятельствах. Гидравлическое давление может создаваться автономным гидравлическим нагнетательным насосом. В некоторых приложениях, таких как водонасосные станции, технологическая жидкость может обеспечивать гидравлическое давление, хотя в приводах должны использоваться материалы, совместимые с жидкостью.

Электропривод клапана установлен на редукционном игольчатом клапане.

Электрический

Электрический привод использует электрический двигатель для обеспечения крутящего момента для работы клапана. Они тихие, нетоксичные и энергоэффективные. Однако электричество должно быть доступно, что бывает не всегда, они также могут работать от батарей.

Весна

Пружинные приводы сдерживают пружину. При обнаружении аномалии или при потере питания пружина отпускается, приводя в действие клапан. Они могут работать только один раз, без сброса, и поэтому используются для одноразовых целей, например, в аварийных ситуациях. Их преимущество состоит в том, что им не требуется мощный источник электроэнергии для перемещения клапана, поэтому они могут работать от ограниченного заряда батареи или автоматически, когда вся мощность потеряна.

Движение привода

Задвижка с маховиком (L) и линейным пневматическим приводом (R)

Линейный привод открывает и закрывает клапаны, которые могут приводиться в действие за счет линейной силы, тип, который иногда называют клапаном с «выдвижным штоком». К этим типам клапанов относятся шаровые краны, шаровые краны с выдвижным штоком, регулирующие клапаны и задвижки.^[2] Двумя основными типами линейных приводов являются диафрагменные и поршневые.

Мембранные приводы сделаны из круглого куска резины и зажаты по его краям между двумя сторонами цилиндра или камеры, что позволяет давлению воздуха входить с любой стороны, толкая кусок резины в одном или другом направлении. Шток соединен с центром диафрагмы, так что он перемещается при приложении давления. Затем шток соединяется со штоком клапана, что позволяет клапану испытывать линейное движение, открывая или закрываясь. Мембранный привод полезен, если давление питания умеренное, а требуемые ход клапана и тяга низкие.

В поршневых приводах используется поршень, который перемещается по длине цилиндра. Шток поршня передает усилие на поршень штоку клапана. Поршневые приводы обеспечивают более высокое давление, больший диапазон хода и более высокие осевые силы, чем мембранные приводы.

Пружина используется для обеспечения определенного поведения в случае потери мощности. Это важно при происшествиях, связанных с безопасностью, и иногда является определяющим фактором в технических характеристиках. Примером потери мощности является остановка воздушного компрессора (основного источника сжатого воздуха, обеспечивающего движение привода). Если внутри привода есть пружина, она заставит клапан открываться или закрываться и будет удерживать его в этом положении, пока питание восстанавливается. Привод может быть определен как «открытие при отказе» или «закрытие при отказе» для описания его поведения. В случае электрического привода потеря мощности будет удерживать клапан в неподвижном состоянии, если не будет резервного источника питания.

Типичным представителем автоматизируемых клапанов является регулирующий клапан пробкового типа. Подобно тому, как пробка в ванне вдавливается в слив, пробка вдавливается в гнездо пробки за счет рабочего движения. Давление среды действует на пробку, в то время как толкающий узел должен обеспечивать такое же усилие, чтобы иметь возможность удерживать пробку и перемещать ее против этого давления.

Особенности электропривода

Электропривод многооборотный с органами управления ^[3]

Мотор (1)

Надежный асинхронный трехфазный Двигатели переменного тока в основном используются в качестве движущей силы, для некоторых применений также используются однофазные двигатели переменного или постоянного тока. Эти двигатели специально адаптированы для автоматизации клапанов, поскольку они обеспечивают более высокий крутящий момент в состоянии покоя, чем сопоставимые традиционные двигатели, что является необходимым требованием для смещения заедающих клапанов. Предполагается, что приводы будут работать в экстремальных условиях окружающей среды, однако они обычно не используются для непрерывной работы, поскольку тепловыделение двигателя может быть чрезмерным.

Концевые датчики и датчики момента (2)

В концевые выключатели сигнал о достижении конечного положения. Моментное переключение измеряет крутящий момент, присутствующий в арматуре. Таким же образом сигнализируется превышение установленного лимита. Приводы часто оснащены дистанционным датчиком положения, который указывает положение клапана как непрерывное. 4-20 мА сигнал тока или напряжения.

Зубчатая передача (3)

Часто червячная передача используется для уменьшения высокой выходной скорости электродвигателя. Это обеспечивает высокий коэффициент редукции в пределах механизм ступень, что приводит к низкой эффективности, которая требуется для приводов. Таким образом, передача является самоблокирующейся, то есть предотвращает случайные и нежелательные изменения положения клапана, воздействуя на запорный элемент клапана.

Присоединение клапана (4)

Приставка клапана состоит из двух элементов. Во-первых: фланец используется для надежного соединения привода с ответной частью на стороне клапана. Чем выше передаваемый крутящий момент, тем требуется больший фланец.

Второе: тип выходного привода, используемый для передачи крутящего момента или тяги от привода на вал клапана. Так же, как существует множество клапанов, существует также множество приспособлений для клапанов.

Размеры и конструкция монтажного фланца клапана и приспособлений клапана оговариваются в стандартах EN ISO 5210 для многооборотных приводов или EN ISO 5211 для неполнооборотных приводов. Конструкция арматуры для линейных приводов, как правило, соответствует стандарту DIN 3358.

Ручное управление (5)

В базовой версии большинство электрических приводов оснащено маховиком для управления приводами во время ввода в эксплуатацию или сбоя питания. Маховик не движется во время работы двигателя.

Электронные выключатели ограничения крутящего момента не работают в ручном режиме. Механические устройства ограничения крутящего момента обычно используются для предотвращения перегрузки крутящего момента во время ручного управления.

Органы управления приводом (6)

Как сигналы привода, так и рабочие команды DCS обрабатываются в системе управления приводом. Эту задачу в принципе могут взять на себя внешние средства управления, например а ПЛК. Современные приводы включают в себя встроенные средства управления, которые обрабатывают сигналы локально без какой-либо задержки. Органы управления также включают распределительное устройство, необходимое для управления электродвигателем. Это может быть обратное контакторы или же тиристоры которые, являясь электрическим компонентом, не подвержены механическому износу. Органы управления используют распределительное устройство для включения или выключения электродвигателя в зависимости от имеющихся сигналов или команд. Другой задачей органов управления исполнительным механизмом является обеспечение DCS сигналами обратной связи, например при достижении конечного положения клапана.

Электрическое подключение (7)

Кабели питания двигателя и сигнальные кабели для передачи команд на привод и отправки сигналов обратной связи о состоянии привода подключены к электрическому соединению. Электрическое соединение может быть выполнено в виде отдельно герметичной клеммной заглушки или штекерного разъема. В целях обслуживания проводку следует легко отсоединять и снова подсоединять.

Подключение полевой шины (8)

Fieldbus Технология все чаще используется для передачи данных в приложениях автоматизации процессов. Таким образом, электрические приводы могут быть оснащены всеми стандартными интерфейсами полевой шины, используемыми в автоматизации процессов. Для подключения кабелей передачи данных fieldbus требуются специальные соединения.

Функции

Автоматическое отключение в конечных положениях

После получения рабочей команды привод перемещает арматуру в направлении ОТКРЫТЬ или ЗАКРЫТЬ. При достижении конечного положения запускается процедура автоматического отключения. Могут быть использованы два принципиально разных механизма отключения. Система управления отключает привод, как только достигается заданная точка срабатывания. Это называется отключением по пределу. Однако существуют типы клапанов, для которых запорный элемент должен перемещаться в конечном положении с определенным усилием или определенным крутящим моментом, чтобы обеспечить плотное уплотнение клапана. Это называется посадкой по крутящему моменту. Элементы управления запрограммированы таким образом, чтобы привод отключался при превышении установленного предела крутящего момента. Конечное положение сигнализируется концевым выключателем.

Функции безопасности

Моментное переключение используется не только для отключения по крутящему моменту в конечном положении, но оно также служит защитой от перегрузки на протяжении всего хода и защищает арматуру от чрезмерного крутящего момента. Если чрезмерный крутящий момент действует на замыкающий элемент в промежуточном положении, например, из-за застрявшего объекта реле крутящего момента сработает при достижении заданного момента отключения. В этой ситуации конечное положение не сигнализируется концевым выключателем. Таким образом, средства управления могут различать срабатывание моментного выключателя при нормальной работе в одном из конечных положений и отключение в промежуточном положении из-за чрезмерного крутящего момента.

Датчики температуры необходимы для защиты двигателя от перегрева. Для некоторых приложений других производителей также отслеживается увеличение тока двигателя. Термовыключатели или PTC термисторы которые в большинстве случаев встраиваются в обмотки двигателя, надежно выполняют эту задачу. Они срабатывают при превышении предельной температуры и система управления выключает двигатель.

Позиционер [1] имеет заданное значение [2] и фактическое значение [3]. Двигатель управляется до тех пор, пока фактическое значение не станет идентичным заданному. DCS обычно нуждается в сигнале обратной связи [4]

Функции управления технологическим процессом

Из-за растущей децентрализации в технологии автоматизации и внедрения микропроцессоров все больше и больше функций передается от DCS к полевым устройствам. Соответственно уменьшился объем передаваемых данных, в частности, за счет внедрения технологии полевой шины. Электрические приводы, функции которых были значительно расширены, также затронуты этим развитием. Самый простой пример - регулирование положения. Современные позиционеры оснащены функцией самоадаптации, то есть поведение при позиционировании отслеживается и постоянно оптимизируется с помощью параметров контроллера.

Между тем, электроприводы комплектуются полноценными регуляторами процесса (ПИД-регуляторами). Специально для удаленных установок, например При управлении потоком в приподнятом резервуаре исполнительный механизм может выполнять задачи ПЛК, который в противном случае пришлось бы устанавливать дополнительно.

Диагностика

Современные приводы обладают обширными диагностическими функциями, которые могут помочь определить причину отказа. Они также регистрируют рабочие данные. Изучение зарегистрированных данных позволяет оптимизировать работу за счет изменения параметров, а также снизить износ привода и клапана.

Виды обязанностей

Типичный период времени в режиме открытия-закрытия. t1 - время работы и не может превышать максимально допустимое время работы.

Типичный период времени в режиме регулирования.

Открытый-закрытый режим

Если клапан используется как запорный клапан, то он будет либо открытым или закрытым и промежуточные положения не проводятся ...

Должность позиционирования

Подход к определенным промежуточным положениям для задания статического потока через трубопровод. Применяются те же ограничения по времени работы, что и в режиме открытия-закрытия.

Регулирующий режим

Наиболее отличительной особенностью приложения с обратной связью является то, что изменение условий требует частой регулировки привода, например, для установки определенного расхода. Чувствительные приложения с обратной связью требуют регулировки с интервалом в несколько секунд. Требования к приводу выше, чем в режиме открытия-закрытия или позиционирования. Конструкция привода должна выдерживать большое количество пусков без ухудшения точности управления.

Условия обслуживания

Электроприводы используются в Сибири ...

... а также в Сахаре

Приводы рассчитаны на желаемый срок службы и надежность для заданного набора условий эксплуатации. Помимо статической и динамической нагрузки и времени срабатывания, необходимых для клапана, привод должен выдерживать диапазон температур, коррозионную среду и другие условия конкретного применения. Применение приводов клапана часто связано с безопасностью, поэтому операторы установки предъявляют высокие требования к надежности устройств. Отказ привода может вызвать несчастные случаи на предприятиях с регулируемым технологическим процессом, а токсичные вещества могут просочиться в окружающую среду.

Установки управления технологическим процессом часто эксплуатируются в течение нескольких десятилетий, что оправдывает более высокие требования, предъявляемые к сроку службы устройств.

По этой причине приводы всегда проектируются с высокой степенью защиты корпуса. Производители вложили много труда и знаний в коррозия защита.

Защита корпуса

Типы защиты корпуса определяются в соответствии с IP-коды стандарта EN 60529. Базовые версии большинства электрических приводов соответствуют второй по степени защиты корпуса IP 67. Это означает, что они защищены от проникновения пыли и воды во время погружения (30 мин. при макс. напоре воды 1 м). . Большинство производителей приводов также поставляют устройства со степенью защиты IP 68, которая обеспечивает защиту от погружения до макс. напор 6 м.

Температура окружающей среды

В Сибирь возможны температуры до -60 ° C, а в технологических установках может превышаться + 100 ° C. Использование подходящей смазки крайне важно для полноценной работы в этих условиях. Смазки который может использоваться при комнатной температуре, при низких температурах может стать слишком твердым, чтобы привод мог преодолеть сопротивление внутри устройства. При высоких температурах эти смазки могут разжижаться и терять смазывающую способность. При выборе размера привода большое значение имеют температура окружающей среды и выбор правильной смазки.

Взрывозащита

Приводы используются в приложениях, где может возникать потенциально взрывоопасная атмосфера. Сюда входят, среди прочего, нефтеперерабатывающие заводы, трубопроводы, разведка нефти и газа или даже добыча полезных ископаемых. При образовании потенциально взрывоопасной смеси газов с воздухом или смеси газов с пылью привод не должен выступать в качестве источника воспламенения. Следует избегать горячих поверхностей на приводе, а также искр зажигания, создаваемых приводом. Это может быть достигнуто огнестойкий корпус, корпус которого спроектирован таким образом, чтобы искры воспламенения не покидали корпус даже при взрыве внутри.

Приводы, предназначенные для этих применений, являющиеся взрывозащищенными устройствами, должны быть аттестованы испытательным органом (нотифицированным органом). Взрывозащита не стандартизирована во всем мире. В Европейском Союзе применяется ATEX 94/9 / EC, в США - NEC (одобрение FM ) или ЦИК в Канаде (одобрение CSA ). Взрывозащищенные приводы должны соответствовать конструктивным требованиям этих директив и правил.

Дополнительное использование

Маленький электрический приводы может использоваться в самых разных сборка, упаковка и тестирование Приложения. Такие приводы могут быть линейный, вращающийся, или их комбинация, и их можно комбинировать для выполнения работы в трех измерениях. Такие приводы часто используются для замены пневматические цилиндры.^[4]