Под арматурой или арматурными клапанами подразумеваются запорно-регулирующие устройства, устанавливаемые в трубопроводах, по которым текут жидкие, газообразные и сыпучие среды или их смеси. Перекрывать сечение трубопровода можно либо за счет линейного перемещения плоской задвижки или заслонки, либо за счет поворота дискового или сферического затвора на 90°. Для осуществления таких перемещений, наряду с электрическими приводами, широко используются пневматические приводы, линейные и поворотные.
Разновидности пневмоприводов запорной арматуры
Линейные приводы арматуры чаще бывают двустороннего действия, поскольку усилие, которое нужно преодолевать при открытии или закрытии трубопровода за счет трения и боковых нагрузок от давления среды относительно большое и практически не меняется по ходу перемещения. Оно не по силе пружине, особенно при больших диаметрах трубопровода, т.е. больших рабочих ходах. Поворотные приводы арматуры могут быть и одностороннего действия, поскольку им нужен ход, эквивалентный всего лишь четверти оборота, а значительное усилие, точнее крутящий момент, требуется только близко к крайним положениям, когда сила трения максимальная.
Описание линейных приводов арматуры
Конструкция линейных приводов арматуры – цилиндр со штоком в самом простом исполнении. Здесь не требуются высокие скорости перемещения, и нет больших перемещаемых масс, а значит можно обойтись без демпфирования. Не нужна защита от проворота штока, т.к. перемещаемая в пазах задвижка не может поворачиваться по определению.
Но есть и свои особенности. Арматурные клапаны практически всегда стоят далеко друг от друга, и для их приводов логично используются отдельные распределители, которые лучше всего располагать прямо на приводе. Для этого привод получает специальную площадку, размеры которой стандартизированы (стандарт NAMUR). На площадке или, как ее часто называют, стыковой поверхности расположены два канала для прохода воздуха и резьбовые отверстия для крепления распределителя. Резьба есть и в каналах – на тот случай, если распределитель все-таки нужно расположить на некотором расстоянии от привода. Тогда в каналы устанавливаются штуцеры, от которых к распределителю идут шланги. Стыковая поверхность обычно располагается на задней крышке, а для подачи воздуха в штоковую полость в корпусе цилиндра делается канал. Он проходит внутри одного из продольных выступов, которые служат для крепления крышек к корпусу. В остальных местах толщина стенок корпуса небольшая, если не считать еще одного продольного выступа с пазом для установки бесконтактных датчиков положения.
Арматура часто располагается на открытом воздухе, поэтому от ее привода может требоваться высокая стойкость к коррозии. В этих случаях корпус может изготавливаться из нержавеющей трубы. Тогда крышки стягиваются шпильками, а для датчиков ставится специальная рейка. Такая же конструкция применяется и для приводов большого диаметра, начиная с 200 мм. В целом, диаметр поршня у серийных приводов арматуры лежит в диапазоне 80…320 мм, но по спецзаказу делаются приводы и большего диаметра – все зависит от требуемого усилия, т.е. диаметра трубы и текущей по ней среды. Например, привод с диаметром поршня 320 мм на максимальном рабочем давлении 10 бар развивает усилие почти 79.000 Н. Ход штока может достигать 2 метров.
Другие частые требования – работа на низкой температуре, вплоть до –60°С, а также использование не сжатого воздуха, а, например, природного газа, который и транспортируется по трубопроводу. Тогда используются специальные уплотнения, специальная смазка и глубокая осушка рабочей среды. Осушка нужна, чтобы при понижении давления газа до уровня, требуемого приводом, и сопутствующем ему снижению температуры не замерзал конденсат.
Типы конструкции поворотных приводов для арматуры
Поворотные приводы для арматуры реализуются на основе цилиндра с двумя поршнями, а для получения вращательного движения используется передача рейка-шестерня или система шарниров. Первые имеют постоянный крутящий момент в диапазоне угла поворота, а у последних, их еще называют кулисными, характеристика момента имеет сильный провал в середине хода, что больше соответствует реальной потребности при повороте арматурного клапана.
Поворотный привод с типом конструкции "рейка-шестерня"
Поворотный привод с кулисным типом конструкции "Шотландский механизм" (Scotch Yoke)
Вал привода выходит с обеих сторон: с нижней стороны он крепится к поворотному элементу арматурного клапана, а сверху на него устанавливается блок датчиков положения или позиционер, если клапан работает с промежуточными положениями. Эти блоки датчиков часто снабжают оптическими индикаторами, чтобы положение арматурного клапана можно было видеть издалека.
Вокруг нижнего выхода вала на корпусе привода есть стандартизированный фланец для установки на арматуре, а на боковой поверхности – стыковая поверхность для распределителя. При подаче воздуха между поршней вал вращается в одну сторону, а при подаче в крайние полости – в противоположную. Угол поворота можно подстроить в пределах 5° в обе стороны.
Размер этих приводов часто указывается по развиваемому крутящему моменту, иногда деленному на 10. Например, привод размера 880 развивает на давлении 6 бар момент свыше 8800 Нм, а диаметр поршней у него 400 мм. В настоящее время серийно выпускаются приводы арматуры двустороннего действия с крутящим моментом до 250.000 Нм.
Типы действия приводов
Поворотные приводы арматуры часто используются в режиме одностороннего действия. Для этого в их корпус с боков от поршней встраиваются пружины, число которых может меняться в зависимости от используемого рабочего давления. Привод одностороннего действия в среднем развивает момент в 2 раза меньший, чем равный по диаметру поршней привод двустороннего действия. Он также значительно больше по осевому габариту. Зато наличие пружин гарантирует определенное положение арматурного клапана в аварийной ситуации – полностью открытое или полностью закрытое по выбору.
Исполнения и опции
У поворотных приводов арматуры также есть коррозионностойкие и низкотемпературные исполнения. Для управления при отсутствии рабочего давления на приводы иногда устанавливают ручные штурвалы, с помощью которых арматурный клапан можно открыть или закрыть на нужный угол.
Детальное описание технических характеристик:
Крутящий момент: Определяет силу, с которой привод может управлять запорным органом.
Диаметр штока: Определяет максимальный диаметр штока запорной арматуры, с которым может работать привод.
Ход штока: Определяет расстояние, на которое привод может перемещать шток запорной арматуры.
Рабочее давление: Определяет диапазон давления сжатого воздуха, при котором может работать привод.
Температурный диапазон: Определяет диапазон рабочих температур, в котором может работать привод.
Материал корпуса: Определяет стойкость привода к коррозии и другим агрессивным воздействиям.
Уплотнения: Обеспечивают герметичность привода и препятствуют утечке воздуха.
Скорость: Определяет скорость перемещения штока привода.
Принципы работы различных типов пневматических приводов:
Поворотные приводы: Преобразуют линейное движение поршня в поворотное движение штока.
Поступательные приводы: Обеспечивают прямолинейное движение штока.
Мембранные приводы: Используют эластичную мембрану для перемещения штока.
Информация о дополнительных функциях:
Позиционеры: Обеспечивают точное позиционирование штока привода.
Концевые выключатели: Сигнализируют о крайних положениях штока привода.
Индикаторы положения: Визуально отображают положение штока привода.
Блоки управления: Обеспечивают автоматическое управление приводом.
Сравнение с другими типами приводов запорной арматуры:
Электрические приводы: Могут быть более точными и управляемыми, но требуют электропитания и могут быть более дорогими.
Гидравлические приводы: Могут развивать больший крутящий момент, но требуют использования гидравлической жидкости и могут быть более громоздкими.
Примеры применения:
Нефтегазовая промышленность: Управление задвижками на трубопроводах, транспортирующих нефть и газ.
Химическая промышленность: Управление клапанами в технологических процессах.
Водоснабжение и водоотведение: Управление запорной арматурой в системах водоснабжения и канализации.
Энергетика: Управление задвижками на паропроводах и трубопроводах сжатого воздуха.
Пищевая промышленность: Управление запорной арматурой в технологических линиях переработки пищевых продуктов.
Рекомендации по выбору пневматического привода запорной арматуры:
Определите требуемые технические характеристики: Крутящий момент, диаметр штока, ход штока, рабочее давление, температурный диапазон, материал корпуса, уплотнения, скорость.
Выберите тип привода: Поворотный, поступательный или мембранный.
Определите необходимые дополнительные функции: Позиционеры, концевые выключатели, индикаторы положения, блоки управления.
Учитывайте условия эксплуатации: Рабочая среда, взрывоопасность, требования безопасности.
Выберите производителя: Отдайте предпочтение надежным и проверенным производителям.
Информация о сертификатах и стандартах:
Пневматические приводы запорной арматуры должны соответствовать действующим стандартам безопасности и качества.
При выборе привода следует обратить внимание на наличие сертификатов, подтверждающих его соответствие этим стандартам.
Гарантия и обслуживание:
Производители пневматических приводов запорной арматуры должны предоставлять гарантию на свою продукцию.
Важно выбрать поставщика, который предлагает качественное сервисное обслуживание и запасные части.
