Пневмопривод задвижки, затвора, шарового крана

Пневмопривод - Пневматический привод арматуры

- это пневматическое (рабочее тело воздух) устройство для открытия, закрытия и регулирования запорной арматуры, применяющееся во многих отраслях промышленности, играя важную роль в технологических системах многих производств. Чаще всего пневмоприводы используются для дистанционного управления арматурой, её открытия и закрытия, а также для определения положения арматуры. Кроме пневматических приводов, существуют гидравлические электрические и электромагнитные арматурные приводы.

Устройство пневмопривода

Устройство пневматического привода трубопроводной арматуры

конструктивно проще электрического, что является одним из его преимуществ. В состав пневмопривода трубопроводной арматуры, как сказано в «СТ ЦКБА 090-2013. Арматура трубопроводная. Пневмоприводы и гидроприводы. Общие технические условия», «входит пневматический механизм, в котором рабочая среда находится под давлением, с одним или несколькими объемными пневмодвигателями». Объемный пневмодвигатель ─ объемная пневматическая машина, преобразующая поток рабочей среды в энергию выходного звена. Таковым могут быть плунжер, шпиндель, шток. Наряду с объемными пневмодвигателями есть турбинные. В них, в отличие от использующих потенциальную энергию сжатого воздуха объемных двигателей, задействована кинетическая.

Пневматические приводы для трубопроводной арматуры комплектуются различными устройствами, размещаемыми как непосредственно на конструкции пневмопривода, так и в специальном шкафу, имеющем штуцеры для подвода-отвода управляющей среды. Ручной дублер, предназначенный для управления арматурой в случае выхода пневмопривода из строя или потери воздушной энергии, устанавливают:

• в пневмоприводах поршневого типа ─ на верхней крышке;
• в мембранных приводах обратного действия ─ сбоку на стойке;
• в мембранных приводах прямого действия ─ на верхней чашке.

В ряде случаев (например, если это шаровой кран с пневмоприводом, для которого очень важно гарантированно точное положение шара в положении «открыто» или «закрыто») обязательной опцией пневмопривода является регулируемая остановка при открытии-закрытии, обеспечиваемая путевыми выключателями. Поэтому пневмоприводы комплектуются путевыми и концевыми переключателями, изменяющими свое коммутационное положение при соответственно заданных и крайних положениях подвижных частей арматуры.

Пневмоприводы комплектуются встроенными фильтрами для очистки управляющей среды от механических примесей, а пневмоприводы вращательного (неполноповоротного) действия со струйным двигателем, управляемым транспортируемым газом, ─ фильтрами-осушителями.

Схема пневматического привода может предусматривать установку аккумуляторов для накопления воздуха, способных обеспечить однократное или многократное срабатывание, если применение пружин нежелательно или недопустимо.

Классификация. Типы пневмоприводов

Пневматический привод после своего изобретения применялся и продолжает применяться для приведения в действие различных механизмов: транспортных средств (автомобилей, железнодорожных локомотивов, трамваев), технологических установок и инструмента. Важная область его использования ─ управление трубопроводной арматурой. Конструкция пневмопривода постоянно совершенствовалась, и со временем от основного «ствола» успели отойти несколько ветвей-направлений. А в таких случаях, чтобы систематизировать разнообразие конструктивных решений, прибегают к помощи классификации. В целом близкие на нее взгляды двух нормативных документов «ГОСТ 24856-2014. Арматура трубопроводная. Термины и определения» и уже упоминавшегося выше «СТ ЦКБА 090-2013» все-таки имеют некоторые отличия.

Согласно первому документу в зависимости от конструктивного исполнения пневмоприводы бывают: поршневые; мембранные; сильфонные; струйные; лопастные

В зависимости от принципа действия они разделяются на:

• односторонние;
• двухсторонние;

а в зависимости от движения выходного звена ─ на приводы:

• поступательного движения;
• поворотного движения.

Второй нормативный документ по типу конструкции делит пневмоприводы на три большие группы:

• поршневого типа;
• мембранного типа;
• вращательного типа.

Согласно нему в зависимости от назначения (условий эксплуатации) пневмоприводы могут изготавливаться в трех исполнениях:

• нормального (общепромышленного) назначения;
• во взрывозащищенном исполнении;
• повышенной безопасности для АС (атомных станций).

Пневмоприводы поршневого типа

СТ ЦКБА 090-2013 разделяет пневмоприводы поршневого типа на две группы:

• двустороннего (возвратно-поступательного) действия ─ когда рабочий ход осуществляется под воздействием сжатого воздуха;
• одностороннего действия ─ когда рабочий ход осуществляется под воздействием сжатого воздуха, а холостой ─ с помощью пружин.

Пневмоприводы поршневого типа одностороннего действия распадаются на пружинные прямого и обратного действия. У первых при повышении давления рабочей среды над поршнем он удаляется от верхней крышки, у вторых ─ напротив, приближается к ней.

Пневмоприводы поршневого типа, состоящие из цилиндра и поршня, уплотненного эластомерными кольцами, обеспечивают линейное перемещение штока исполнительного механизма на большое расстояние. Привод поршневой пневматический имеет немало достоинств: небольшое количество деталей, а, значит, простота конструкции, возможность получения больших усилий при прямолинейном ходе штока, быстродействие. Повышение точности и улучшение динамических параметров обеспечивается использованием позиционеров.

Пневмоприводы мембранного типа

Пневмоприводы мембранного типа распадаются на три категории:

• беспружинные;
• пружинные прямого действия;
• пружинные обратного действия.

У пружинных пневмоприводов прямого действия при увеличении давления управляющей среды в рабочей полости механизма присоединительный элемент выходного звена отдаляется от плоскости заделки мембраны; у пружинных обратного действия, напротив, приближается к ней.

Мембранный пневмопривод представляет собой герметичную камеру, разделенную мембраной на две полости. Ведомое звено получает импульс движения от жидкости или газа посредством эластичной (упругой) мембраны, изготовленной из металла и неметаллических материалов: резины или полимеров (полиэтилен, фторопласт и проч.).

Пневмоприводы вращательного типа

Среди пневмоприводов вращательного типа выделяют три вида вращательных приводов неполноповоротного действия:

с реечно-зубчатым зацеплением; лопастные; со струйным двигателем.

Отдельный вид составляют вращательные пневмоприводы многооборотного действия.

Для увеличения срока службы реечное зацепление по всей длине покрывают никелевым покрытием.

В приводах лопастного типа подаваемый на привод воздух действует на лопасть, соединенную со штоком арматуры, создавая необходимый для поворота крутящий момент.

Достоинства струйных двигателей: простота конструкции и технологии изготовления, небольшие габариты, широкий диапазон применения по температуре и давлению газа, высокий КПД, малая подверженность загрязнению.

Сильфонные пневматические приводы

Работа пневматического привода сильфонного типа основана на способности сильфонов изменять свою длину под воздействием давления среды. Сильфонные приводы ─ приводы одностороннего действия. Возможна установка дополнительной пружины возврата. Область их применения ─ трубопроводная арматура небольшого размера. Для управления большой арматурой сил сильфонного пневматического привода будет недостаточно. Наряду с небольшим усилием свойствами сильфонных приводов являются ограниченный ресурс и невысокая ремонтопригодность.

Как прямолинейное движение преобразовать во вращательное

Для того, чтобы управлять неполноповоротной арматурой, пневмоприводы должны уметь преобразовывать поступательное движение во вращательное. Существует несколько типов механизмов, позволяющих это сделать.

В кулисно-поршневом пневмоприводе два поршня соединены штоком и кулисой. Дисковые затворы и шаровые краны с пневмоприводом часто оснащены именно кулисно-поршневым механизмом. В реечно-поршневом приводе один или два поршня (если два, удается получить больший крутящий момент) соединены рейкой, входящей в зацепление с зубчатым колесом, находящемся на одной оси с валом, что обеспечивает постоянный крутящий момент в течение всего хода. Идеально подходят для поворота вала на 90 и даже 180 градусов.

Рычажно-поворотный привод, представляющий ось, соединенную с цилиндром через рычаг, действующим на шток арматуры, по своим параметрам близок к кулисно-поршневому приводу. Но наличие движущихся деталей, которые в целях создания безопасных условий труда необходимо закрывать кожухом, делают его менее популярным.

В пневмоприводе с кулачковым механизмом поворот осуществляется в соответствии с профилем кулачка, расположенного между двумя поршнями. Параметры крутящего момента постоянны на протяжении всего хода.

Преимущества пневматического привода

Одно из главных преимуществ пневмопривода ─ сжатый воздух, экономичная и удобная форма хранения энергии. При необходимости его можно сбрасывать в атмосферу без опаски нанести ущерб окружающей среде.

Прямое следствие физических свойств сжатого воздуха ─ быстродействие пневматического привода, особенно актуальное, когда фактор скорости закрытия запорного рабочего органа критически важен в силу условий безопасности (отсечной клапан с пневмоприводом). Пневмоприводы в целом отличаются бо́льшим быстродействием, чем электроприводы.

Еще одно достоинство пневмопривода ─ хорошая управляемость. Скорость вращения легко регулировать изменением расхода воздуха. Простота монтажа и настройки позволяют широко применять пневмоприводы для управления регулирующей трубопроводной арматурой (например, регулирующий клапан с пневмоприводом). Особенно хорошо для этого подходят мембранные приводы с пружинами.

Важное качество пневматического привода ─ надежность. Если электропривод при перегрузке может выйти из строя, то пневмопривод просто остановится или будет работать вхолостую. Пневмопривод в течение продолжительного срока эксплуатации может обходиться минимальным техническим обслуживанием.

Простая, в т. ч. благодаря отсутствию вращающихся деталей конструкция имеет сравнительно низкую стоимость.

Следствием простоты (конечно же сравнительной и относительной) технического устройства пневмопривода является целый комплекс его качеств: простота монтажа, настройки и эксплуатации, надежность, взаимозаменяемость элементов конструкции, несложный ремонт пневматического привода, удобное управление пневмоприводами.

Еще одно следствие этого качества пневмопривода ─ продолжительный, измеряемый миллионами циклов, срок эксплуатации.

Пневмопривод ─ очень «демократичное» оборудование, легко взаимодействующее с почти любой арматурой, кроме самой большой, где на помощь ему приходит в чем-то родственный гидропривод (гидравлические и пневматические приводы имеют значительное, хотя и не абсолютное конструктивное сходство).

Использование пневмопривода позволяет обеспечить высокий уровень автоматизации производства, а, значит, решение широкого круга технологических задач.

Нужно только учитывать, что если управление пневматическим приводом установлено на арматуре, находящейся на достаточно большом расстоянии от компрессора, давление в воздушной сети может снижаться, поэтому, выполняя расчет пневмопривода, к крутящему моменту добавляют запас в несколько десятков процентов от номинального значения.

Но, пожалуй, наиболее отчетливо проявляющееся достоинство пневмопривода ─ его безопасность, в т. ч. в условиях пожароопасных и взрывоопасных рабочих сред. Перегрузка пневмопривода не приводит к его перегреву. Пневматическое оборудование не способно послужить источником пожара или возгорания даже в условиях повышенной взрыво- и пожароопасности, например, при эксплуатации на трубопроводах, транспортирующих легковоспламеняющиеся рабочие среды. Пневмопривод работает при высоких температурах, в сильно запыленной и агрессивной среде.

Изобретенный более века тому назад пневмопривод далеко еще не исчерпал всех своих возможностей, а внедрение в него современной электроники и средств программного обеспечения только способствует укреплению его потенциала.