Пневмопривод. Гидропривод

Арматура с пневмоприводом

Арматура с пневмоприводом

Пневматический привод арматуры (пневмопривод)  является одним из видов пневматических приводов. Пневмопривод используют в целях автоматизации и механизации трубопроводной арматуры. Данное устройство нашло широчайшее применение в множестве отраслей промышленности, и играет очень важную роль в технологических процессах на множестве производств.

Чаще всего пневмопривод эксплуатируется в целях дистанционного управления трубопроводной арматурой, ее закрытия и открытия, а также для того, чтобы определить положение арматуры. Помимо пневматических приводов, в арматуре также используются такие виды приводов, как электромагнитный, электрический и гидравлический.

В отлитие от электрических приводов, пневмоприводы в большинстве своем применяются для отсечной (защитной) арматуры, так как имеют свои специфические особенности, однако в некоторых случаях арматура с пневмоприводом может исполнять роль регулирующей.

Использование пневмоприводов не является слишком частым, так как для использования данных устройств на предприятии должна быть смонтирована специальная компрессорная система сжатого воздуха.

Поршневые приводы

3D-анимированный пневматический поршневой цилиндр в разрезе.

3D-анимированный пневматический поршневой цилиндр в разрезе.

Поршневые приводы являются цилиндром, в котором под воздействием пружины либо сжатого воздуха осуществляется перемещение поршня. Приводы данного типа применяются для управления самой разной арматурой – заслонками, кранами, задвижками, клапанами.

Пневмоцилиндр со смонтированными датчиками. Служит для приведения в действие захвата на технологической оснастке.

Пневмоцилиндр со смонтированными датчиками. Служит для приведения в действие захвата на технологической оснастке.

Самыми важными являются такие достоинства, которыми обладают поршневые приводы:

  • Ограничение усилия осуществляется самым простым способом, а именно – ограничением давления в приводе;
  • Небольшое количество деталей, что используются, и простота конструкции в целом;
  • Возможность получения больших усилий и больших ходов при прямолинейном ходе штока;
  • Быстродействие в случае использования в качестве управляющей среды газов под давлением либо сжатого воздуха. Данное качество для большинства сфер, в которых используются поршневые приводы арматуры, является определяющим.

Поршневые приводы можно подразделить:

  • По методу компоновки. Могут быть встроенными в конструкцию арматуры, или быть в виде отдельного агрегата;
  • Без шатуна с качающимся (поворотным) цилиндром или с шатуном и неподвижным цилиндром;
  • По характеру движения выходного звена – поворотные и прямоходные;
  • По циклу срабатывания – на приводы двустороннего действия и приводы одностороннего действия;
  • По свойствам управляющей среды – гидравлические и пневматические;

Приводы двустороннего действия

Принцип работы пневмоцилиндра двустороннего действия.

Принцип работы пневмоцилиндра двустороннего действия.

В поршневых приводах двустороннего действия совершение обратного и прямого ходов достигается путем воздействия управляющей среды. Приводы этого типа просты в эксплуатации и управлении, имеют несложное устройство. Однако при работе на опасных производственных объектах к приводам двухстороннего действия могут предъявляться дополнительные требования.  К примеру, следующее: в случае, если будет отсутствовать управляющая среда, либо произойдет аварийное отключение, арматура не должна менять положения, что установлено до этого момента. В подобных случаях приводы двустороннего действия снабжаются специальными устройствами, которые обеспечивают фиксацию достигнутого положения. Однако, снабжение данными устройствами усложняет конструкцию привода.

Приводы одностороннего действия

Принцип работы пневмоцилиндра одностороннего действия (красным цветом обозначена пружина).

Принцип работы пневмоцилиндра одностороннего действия (красным цветом обозначена пружина).

Приводы одностороннего действия от приводов двустороннего действия отличаются более сложной конструкцией за счет того, что в них присутствует пружина, которая при прямом ходе взводится для того, чтобы совершить обратный ход.

Пружина обратного хода должна обладать требуемой величиной хода, а также иметь достаточное усилие. Ввиду этого в большом количестве случаев это сказывается на том, что она имеет значительные размеры. При больших усилиях часто эксплуатируются тарельчатые пружины, которые имеют вид набора из нескольких пружин, что связано с тем, что рабочий ход отдельной тарельчатой пружины является малым.

К главным достоинствам поршневого привода одностороннего действия можно отнести возможность совершения хода под силой воздействия пружины даже в случае отсутствии управляющей среды, а также быстродействие во время выполнения данного цикла.

Из недостатков можно отметить необходимость иметь привод увеличенных размеров как по диаметру, так как при прямом ходе помимо преодоления сил трения и полезной работы возникает нужда в преодолении усилия на сжатие пружины возврата, так и по длине, что необходимо для того, чтобы разместить пружину, которая обычно располагается за поршнем.

Приводы с вращательным движением выходного вала

Пример устройства поворотного с реечно-зубчатой передачей пневмопривода с двусторонним действием.

Пример устройства поворотного с реечно-зубчатой передачей пневмопривода с двусторонним действием.

В приводах поворотного типа выходной шток совершает вращение, которое обычно составляет четверть оборота для управления кранами, или под углом 90 градусов. Также существуют конструкции, которые создают несколько оборотов выходного звена, и предназначаются для управления клапанами.

Для того, чтобы осуществить преобразование поступательного движения поршня во вращательное движение, которое совершает выходной вал привода, используется реечно-зубчатая передача, кривошипно-шатунный механизм, и в очень редких случаях – винтовой преобразователь движения.

Встроенные поршневые приводы

Встроенные поршневые приводы являются единой с арматурой конструкцией, и имеют общие с этой арматурой детали. Данный тип приводов может быть одностороннего и двустороннего движения.

Применение встроенных поршневых приводов обычно осуществляется в главных клапанах импульсно-предохранительных устройств энергетических установок, обладающих большой мощностью, например – АЭС.

Благодаря встроенным приводам удается создать компактные конструкции, однако при этом снижается уровень ремонтопригодности, а также затрудняется их техническое обслуживание. Это объясняется тем, что доступ к приводу является усложненным, и для того, чтобы провести ремонтные работы, приходится разбирать всю конструкцию.

Встроенные поршневые приводы одностороннего действия также эксплуатируются в разнообразных пилотных (управляющих) устройствах регуляторов давления.

Сильфонные приводы

Принцип работы сильфонного привода

Принцип работы сильфонного привода

Благодаря тому, что сильфоны обладают способностью под воздействием давления среды изменять свою длину, они могут быть использованы в качестве привода, предназначенного для управления арматурой.

Малые размеры сильфонов, а также небольшие усилия, которые могут создаваться с их применением, определяют области, где используются сильфонные приводы – это арматура, имеющая небольшие размеры, а также разнообразные пилотные (управляющие) устройства в арматуре, а также разнообразные реле, предназначенные для управления арматурой, к примеру, в позиционерах.

Когда сильфон с повышением давления должен удлиняться, его внутренняя полость используется для подачи управляющей среды. Если же сильфон при повышении давления должен наоборот, укорачиваться, среда должна действовать снаружи сильфона.

Для трубопроводной арматуры наиболее ярким примером использования сильфонного пневмопривода является термостатический конденсатоотводчик, который снабжен сильфоном, исполненным из полутомпака. В сильфон заливается специальная жидкость, что быстро испаряется при температуре, превышающей 100 градусов Цельсия. Пар этой жидкости создает давление внутри сильфона, он удлиняется, и золотником, что на нем расположен, закрывает отверстие в седле конденсатоотводчика.

Сильфонные приводы всегда применяются как приводы одностороннего действия. Усилие возврата создается благодаря использованию упругих свойств, которыми обладает сильфон. Если данное усилие является недостаточным, производится установка дополнительной пружины возврата, которая располагается соосно с сильфоном снаружи либо внутри последнего.

К главным недостаткам сильфонных приводов можно отнести ограниченный цикловой ресурс, малое создаваемое усилие, малый ход, а также нецелесообразность и невозможность ремонта сильфона, вследствие чего если он выходит из строя, в замене нуждается весь сильфонный узел привода арматуры.

Поворотные лопастные приводы

Принцип действия двухпластинчатого поворотного гидродвигателя.

Принцип действия двухпластинчатого поворотного гидродвигателя.

В поворотном приводе выходной вал поворачивается вследствие того, что на одну сторону лопасти, которая жестко соединена с выходным валом, действует давление, которое оказывает управляющая среда.

Можно выделить однолопастные приводы, в которых угол поворота выходного вала может достигать 180 градусов, и двухлопастные приводы, в которых этот угол составляет немного больше 90 градусов.

При том условии, что как однолопастные, так и двухлопастные приводы используются при одних и тех же величинах давления управляющей среды , и имеют одинаковый размер лопастей, крутящий момент, который создает двухлопастный привод, является примерно в два раза большим, чем у однолопастного привода.

Важным фактором является обеспечение герметичности корпуса привода и подвижного соединения лопасти, так как щелевой зазор здесь имеет достаточно большую протяженность. Данная система также используется в системах гидроприводов в качестве поворотных гидродвигателей, которые еще называют пластинчатыми.

Мембранные приводы

Мембранный пневматический привод на регулирующем клапане.

Мембранный пневматический привод на регулирующем клапане.

Мембранный привод является камерой, которая разделена на две полости мембраной. Движение ведомому звену передается под действием жидкости либо газа на эластичную (упругую) мембрану, исполненную из металла, резины или полимерных материалов (фторопласт, полиэтилен и прочие).

Усилие, которое создается вследствие давления рабочей среды на мембрану, передается на образованный опорным диском и штоком грибок. Перемещение штока является поступательным, величина прогиба мембраны и хода штока определяется условием равновесия подвижной системы привода, элементами которой являются мембрана и грибок.

Силовое равновесие системы осуществляется впоследствии воздействия силы, которая создается управляющим давлением на мембрану, а также сил сопротивления, которые действуют на шток (включая также силу, которая создается упругой деформацией мембраны).

Для обеспечения штоку возможности перемещаться в обе стороны, силовое замыкание системы осуществляется с помощью груза или при помощи уравновешивающей пружины. Также применяются беспружинные приводы, в которых уравновешивание подвижной системы осуществляется посредством того, что с противоположной стороны на мембранный блок давит воздух.

Принцип работы мембранных приводов.

Принцип работы мембранных приводов.

Принципиальные схемы действия мембранных приводов приведены на поясняющем рисунке:

1 — пружинный прямого действия;

2 — пружинный обратного действия;

3 — беспружинный;

4 — рычажно-грузовой.

В рычажно-грузовых мембранных приводах усилие, которое создается на мембране, уравновешивается при помощи постоянной силы веса груза.

В пружинных мембранных приводах — при помощи переменной силы, которая является пропорциональной ходу штока.

В беспружинных мембранных приводах действующее усилие (давление) на мембранный блок может регулироваться как с одной, так и с другой стороны.

В трубопроводной арматуре мембранный привод в основном эксплуатируется с резиновой (в отдельных случаях с тканевой прослойкой) мембраной, формованной, плоской собранной или плоской.

Во всех случаях передача усилия на шток от мембраны осуществляется при помощи опорного диска, который образует для мембраны опорную площадку. Если использовать передаточный рычаг, мембранный привод может эксплуатироваться и в арматуре с поворотным запорным устройством, то есть, в заслонках.

Наиболее широкое применение мембранный привод нашел в регулирующей арматуре. Посредством его использования осуществляется перемещение и установка плунжера в обусловленное командным сигналом положение. Намного реже помимо пружинных приводов в трубопроводной арматуре эксплуатируются беспружинные приводы.

Помимо использования в регулирующих клапанах, мембранные беспружинные и пружинные приводы могут использоваться как в запорных, так и в запорно-регулирующих клапанах. Однако в таком случае к этим устройствам предъявляется дополнительное требование – в конце хода должно создаваться усилие ,которое обеспечит герметизацию перекрытого запорного органа в клапане.

Достоинства пневмоприводов

Из достоинств, которыми обладают пневмоприводы, можно отметить следующие:

  • В отличие от гидроприводов, пневмоприводы являются менее чувствительными к изменению температуры окружающей среды вследствие того, что КПД менее зависит от утечек рабочего газа (рабочей среды). Благодаря этому изменение вязкости рабочей среды и изменение зазоров между деталями пневмооборудования не оказывают особо серьезного влияния на рабочие параметры пневмопривода. Благодаря этому пневмопривод является удобным для эксплуатации в горячих цехах металлургических предприятий.
  • В сравнении с гидроприводом пневмопривод способен осуществлять передачу кинетической энергии на расстояние, достигающее нескольких километров, благодаря чему он может использоваться в качестве магистрального на рудниках и в шахтах.
  • Нейтральность рабочей среды и пожаробезопасность, благодаря которым пневмопривод может эксплуатироваться на химических производствах и в шахтах.
  • Высокая скорость срабатывания, а также большие частоты вращения пневмомоторов, которые могут достигать нескольких десятков тысяч в минуту.
  • Экономичность и простота, которые обусловлены дешевизной рабочего газа.
  • Возможность упрощения системы путем использования в качестве источника энергии баллона со сжатым газом. Системы такого типа иногда используются вместо пиропатронов, есть системы, в которых давление в баллоне может достигать 500 Мегапаскалей.
  • В сравнении с электрическими, меньший вес исполнительных устройств.
  • В сравнении с гидроприводом – меньший вес рабочего тела. Данный фактор является актуальным для ракетостроения.
  • В отличие от гидропривода – отсутствие необходимости возвращения обратно к компрессору рабочего тела (воздуха).

Недостатки пневмоприводов

Из недостатков пневмоприводов необходимо упомянуть:

  • Для того чтобы регулировать величину поворота штока привода, необходимо использовать специальные дорогостоящие устройства – позиционеры.
  • Возможность производственного травматизма или взрывного разрыва трубопроводов, вследствие чего в промышленных пневмоприводах применяются небольшие давления рабочего газа, которые обычно составляют не больше одного Мегапаскаля. Однако известны системы, в которых рабочее давление составляет до 7 Мегапаскалей, к примеру, на атомных электростанциях. Там, где подобная проблема отсутствует (на самолетах и ракетах), или же системы имеют небольшие размеры, давления могут достигать 20 Мегапаскалей и более.
  • Низкие плавность хода и точность.
  • Более низкий, чем у гидропривода КПД.
  • Более высокая, в сравнении с электрической, стоимость пневматической энергии (приблизительно в 3-4 раза). Это важно при использовании пневмопривода, например, в шахтах.
  • Охлаждение и нагревание рабочего газа в процессе расширения в пневмомоторах и сжатия в компрессорах. Данный недостаток обусловлен законами термодинамики, и может привести к таким проблемам, как конденсация из рабочего газа водяных паров, вследствие чего – необходимость в его осушении, а также возможность обмерзания пневмосистем.

Гидравлические приводы

Шаровый кран с пневмо-гидроприводом

Шаровый кран с пневмо-гидроприводом

Все типы приводов, которые перечислены выше, могут быть реализованы с жидкостью. Чаще всего в качестве рабочей среды используется масло.

В отдельных случаях такие устройства будут более эффективными, чем пневмоприводы, к примеру, поворотные лопастные приводы существенно эффективнее в использовании с применением масла в качестве рабочей среды. Это объясняется тем, что возможны значительные протечки воздуха через щелевой зазор.

Преимущества гидроприводов

К главным преимуществам гидроприводов относятся:

  • Упрощенная, в сравнении с другими видами приводов, компоновка основных узлов гидропривода внутри агрегатов и машин.
  • При одновременной передаче на несколько приводов возможность равномерного распределения усилий.
  • Возможность быстрых и частых переключений при вращательных и возвратно поступательных реверсивных и прямых движениях.
  • Простота в осуществлении разных видов движения – поворотного, вращательного, поступательного.
  • Возможность получения больших мощностей и сил при малом весе передаточного механизма и небольших размерах.
  • Самосмазываемость трущихся поверхностей в случаях, когда в качестве рабочих жидкостей применяются синтетические и минеральные масла.
  • Большая передавательная мощность на единицу массы привода. Так, масса гидравлической машины примерно в 10-15 раз меньше, чем масса электрической машины аналогичной мощности.
  • Надежность в эксплуатации.
  • Простота автоматизации и управления.
  • Гидропривод создает меньшие объемные утечки через сопряжения поршня с цилиндром и через сальник.
  • Использование гидроприводов допускает существенно бо́льшие давления рабочей среды. Благодаря чему могут применяться конструкции, имеющие меньшие размеры.
  • Гидроприводы не создают в конце хода поршня ударов. Это связано с меньшими скоростями поршня в гидроприводах. Однако, низкие скорости движения рабочих органов в гидроприводах в отдельных случаях могут стать их недостатком.
  • По этой же причине движение поршня либо вала гидродвигателя в гидроприводах является более равномерным, тогда как работа пневмопривода часто связана с пульсирующим движением поршня вследствие бо́льших скоростей рабочего газа при давлениях, превышающих один Мегапаскаль.

Недостатки гидроприводов

Из недостатков гидроприводов стоит упомянуть:

  • Вследствие утечек масла производственные помещения загрязняются, к тому же масло является пожароопасным;
  • Обычно гидроприводы работают с меньшими скоростями движения поршня. Это связано с большим гидравлическим сопротивлением в подводящих трубопроводах системы управления приводов.
  • Для системы управления приводов необходимо приобретение более дорогого и габаритного оборудования – насосной станции, тогда как для пневмоприводов нужна компрессорная станция.
  • Если сравнивать с электро- и пневмоприводом – невозможность эффективной передачи гидравлической энергии на большие расстояния. Это связано с большими потерями напора в гидролиниях на единицу длины.
  • Вязкость рабочей жидкости, а соответственно, и рабочих параметров гидропривода, зависит от температуры окружающей среды.
  • Гидросистему необходимо защищать от проникновения внутрь нее воздуха, который, в случае его присутствия, приводит к нагреву рабочей жидкости, большим гидравлическим потерям и нестабильной работе гидропривода.
  • В процессе эксплуатации необходимо обеспечивать чистоту рабочей жидкости. Это связано с тем, что в случае наличия в ней большого количества абразивных частиц  детали гидрооборудования быстрее изнашиваются, увеличиваются зазоры и утечки через них .и как следствие – снижается объемный КПД.
  • Во время работы рабочая жидкость нагревается, вследствие чего рабочая жидкость стает менее вязкой, и увеличиваются утечки. В связи с этим в отдельных случаях необходимо использование специальных средств тепловой защиты и охладительных устройств.

При высоких значениях давления в гидросистеме увеличиваются утечки рабочей жидкости через зазоры и уплотнения, поэтому изготовление деталей гидрооборудования требует высокой точности.

Если статья оказалась полезной, в качестве благодарности воспользуйтесь одной из кнопок ниже - это немного повысит рейнинг статьи. Ведь в интернете так трудно найти что-то стоящее. Спасибо!

Оставить комментарий

  

  

Ваше мнение для нас важно!

Не ругаемся, не спамим, не пустословим, стараемся писать грамотно. Не кричим (сообщения заглавными буквами). Проявляем уважение к другим участникам обсуждения, соблюдаем правила. Спасибо!

Я не робот (обязательно)

Copyright © 2009-2014 mingas.ru – Мир природного газа | на сайте Все права защищены

RATING ALL.BY Рейтинг@Mail.ru