В системах промышленной автоматизации пневматический привод - очень важный исполнительный механизм, широко применяемый для управления арматурой, в автоматизированном оборудовании и трубопроводных системах. В качестве источника энергии он использует сжатый воздух и преобразует энергию сжатого воздуха в механическое движение, обеспечивая открытие, закрытие или регулирование арматуры.
По устройству и способу действия пневматические приводы делятся на два основных типа: приводы одностороннего действия и приводы двустороннего действия. Их различие не сводится к вопросу «есть пружина или нет» - оно напрямую определяет то, куда уйдёт клапан при потере воздуха, а это как раз самый важный вопрос при проектировании отказобезопасных блокировок. В этой статье подробно разобраны их устройство, способ действия, 6 различий и критерии подбора.
1. Пневматический привод одностороннего действия: пружинный возврат, автоматический возврат в безопасное положение при потере воздуха
Пневматический привод одностороннего действия обычно имеет пружинный возврат. При выполнении действия на открытие сжатый воздух поступает в цилиндр и перемещает поршень или вильчатый механизм, приводя арматуру в открытое положение; когда подача воздуха прекращается или давление исчезает, внутренняя пружина автоматически возвращает механизм, и клапан закрывается (по требованию технологического процесса возможно исполнение с открытием при потере воздуха: закрывается при подаче воздуха, открывается при потере воздуха).
Основные особенности такой конструкции:
-
Функция автоматического возврата - при потере воздуха клапан автоматически закрывается или открывается
-
Повышенная безопасность - подходит для аварийного перекрытия
-
Относительно простая конструкция, удобное обслуживание
Именно благодаря этим трём свойствам приводы одностороннего действия часто применяют для клапанов аварийного перекрытия, предохранительной арматуры и в случаях с повышенными требованиями к безопасности.
Один технический нюанс, который нужно учитывать: из выходного усилия привода одностороннего действия вычитается противодействующее усилие пружины, а усилие пружины растёт с увеличением степени сжатия, поэтому в конце хода выходное усилие минимально. Поэтому при одинаковом давлении сжатого воздуха его располагаемое выходное усилие меньше, чем у привода двустороннего действия.
2. Пневматический привод двустороннего действия: и открытие, и закрытие только за счёт воздуха, стабильный крутящий момент
В обоих действиях - и при открытии, и при закрытии - привод двустороннего действия требует подачи воздуха. Сжатый воздух поочерёдно поступает в разные полости цилиндра, обеспечивая открытие и закрытие арматуры; для обратного действия электромагнитный клапан переключает поток - воздух подаётся в другую полость, а из прежней выходит.
Приводы двустороннего действия обладают следующими особенностями:
-
И открытие, и закрытие управляются подачей воздуха
-
Стабильный выходной крутящий момент, плавное срабатывание
-
Пружинный возврат не требуется
Такой тип обычно применяют в системах управления промышленной арматурой, где требуется частое срабатывание или значительный крутящий момент. Поскольку пружина не занимает часть хода и не снижает усилие, при одинаковом диаметре цилиндра и одинаковом давлении воздуха привод двустороннего действия развивает больший момент.
3. Общее: действие на открытие обычно обеспечивается подачей воздуха
Хотя приводы одностороннего и двустороннего действия различаются способом закрытия, действие на открытие у обоих обычно выполняется за счёт подачи воздуха. Управляя величиной и направлением давления воздуха, можно обеспечить точное управление арматурой; в регулирующих условиях эксплуатации оба типа могут оснащаться позиционером для повышения точности регулирования.
Настоящий водораздел только один: после потери воздуха (или отключения питания) - сдвинется ли клапан сам и куда именно.
4. Шесть ключевых различий наглядно
| Параметр сравнения | Одностороннее действие (пружинный возврат) | Двустороннее действие |
|---|---|---|
| Способ возврата | Возврат пружиной | Возврат переключением подачи воздуха |
| Количество штуцеров подачи воздуха | Подача с одной стороны, как правило 1 вход воздуха | Подача с двух сторон, штуцеры A и B |
| Поведение при потере воздуха | Автоматический возврат в заданное безопасное положение | Остаётся в текущем положении (удержание позиции) |
| Выходное усилие (крутящий момент) | Требуется вычесть противодействующее усилие пружины, меньше | Усилие с двух сторон уравновешено, больше |
| Расход воздуха | Меньше (подача с одной стороны) | Больше (подача и выпуск с двух сторон) |
| Типичные применения | Отказобезопасность, аварийное перекрытие | Частое срабатывание, большой крутящий момент, регулирование |
Что важно из этой таблицы: при приоритете безопасности смотрите на третью строку, при приоритете момента - на четвёртую.
5. Как быстро определить на объекте, одностороннее действие или двустороннее
-
По количеству штуцеров подачи воздуха: если вход воздуха только один (и отдельный выпускной), скорее всего это одностороннее действие; если входов два - A и B, - это двустороннее действие.
-
По внешнему виду и крышкам: у привода одностороннего действия в одной из крышек размещён блок возвратных пружин, такая крышка обычно толще, а общая длина больше.
-
По шильдику и обозначению модели: ориентируйтесь на правила обозначения моделей производителя - это самый надёжный критерий.
-
Проверкой на потерю воздуха: при условии обеспечения безопасности процесса и получения разрешения по регламенту перекройте подачу воздуха и понаблюдайте - если механизм возвращается автоматически, это одностороннее действие, если остаётся на месте - двустороннее.
-
По техническому руководству: если обозначения на объекте неразборчивы, сверяйтесь с документацией производителя, а не определяйте «на ощупь».
6. Какие факторы учитывать при подборе
Коэффициент запаса: при проектировании и подборе привода необходимо предусмотреть определённый коэффициент запаса, чтобы он надёжно управлял арматурой и в сложных условиях эксплуатации.
Габариты исполнительного механизма: у разного оборудования разное монтажное пространство, поэтому размер привода выбирают по условиям монтажа на объекте, чтобы обеспечить удобство монтажа и обслуживания.
Условия эксплуатации и окружающая среда, как правило, включают:
-
тип арматуры и потребный крутящий момент
-
рабочее давление и температуру
-
необходимость функции аварийного перекрытия
Способ управления и параметры подачи воздуха: простая ли логика управления «открыть-закрыть» или непрерывное регулирование, стабильно ли давление сжатого воздуха, - всё это также напрямую влияет на выбор.
7. Когда выбирать одностороннее действие, а когда двустороннее
Одностороннее действие (с пружинным возвратом) выбирают, когда:
-
требования безопасности процесса высоки и при отключении питания или потере воздуха клапан обязан автоматически вернуться в безопасное положение
-
давление сжатого воздуха недостаточно стабильно
-
системы аварийного останова (ESD), системы контроля пламени и газа и другие контуры блокировки безопасности
-
логика управления простая, требуется только управление «открыть-закрыть»
Двустороннее действие выбирают, когда:
-
потребный момент арматуры велик и привод одностороннего действия его не обеспечивает
-
давление сжатого воздуха ограничено и двустороннее действие позволяет полнее использовать энергию воздуха
-
функция возврата в безопасное положение не требуется или удержание позиции уже обеспечено другим способом
-
регулирующие условия эксплуатации - в сочетании с позиционером точность управления выше
8. Три распространённых заблуждения
Заблуждение первое: двустороннее действие лучше одностороннего. Речь не о «лучше или хуже», а о разных областях применения. Там, где приоритет у безопасности, необходимо одностороннее действие; там, где приоритет у усилия, подходит двустороннее.
Заблуждение второе: достаточно добавить клапан удержания положения, и односторонний привод заработает как двусторонний. Клапан удержания положения лишь поддерживает давление в пневмолинии и не может заставить привод действовать в обоих направлениях. Конструктивно одностороннее действие означает подачу воздуха только с одной стороны, и заменить двустороннее оно не может.
Заблуждение третье: приводу двустороннего действия не нужно думать о безопасности. При потере воздуха привод двустороннего действия остаётся в текущем положении (удержание позиции), но текущее положение не обязательно является безопасным. Если по требованиям процесса при отказе необходимо вернуться в определённое положение, требуется дополнительно установить пневмоуправляемый клапан удержания положения или узел пружинного возврата.
9. Краткое повторение ключевых моментов
Одностороннее действие построено по схеме с пружинным возвратом: воздух приводит механизм в действие, при потере воздуха пружина возвращает его; оно обладает функцией автоматического возврата, повышенной безопасностью, относительно простой конструкцией и удобным обслуживанием и подходит для клапанов аварийного перекрытия и случаев с высокими требованиями к безопасности. Двустороннее действие требует подачи воздуха для обоих действий - открытия и закрытия, обеспечивает стабильный выходной момент, плавное срабатывание и не нуждается в пружинном возврате, подходит для частого срабатывания или для случаев, где требуется значительный крутящий момент. Действие на открытие у обоих обычно обеспечивается подачей воздуха, а точное управление достигается регулированием величины и направления давления воздуха; суть различия - поведение после потери воздуха: одностороннее действие возвращается в безопасное положение, двустороннее удерживает позицию.
При подборе действуйте в порядке «коэффициент запаса - монтажное пространство - требования условий эксплуатации - способ управления»: если нужна отказобезопасность - выбирайте одностороннее действие, если нужны большой момент и частое срабатывание - двустороннее, и предварительно проверьте все пункты: момент арматуры, рабочее давление и температуру, необходимость аварийного перекрытия.
Заключение
Различие между односторонним и двусторонним действием сводится к одной фразе: куда должен уйти клапан после потери воздуха. Если этот вопрос продуман, а затем учтены потребный момент, монтажное пространство и параметры подачи воздуха, ошибки при подборе маловероятны. Только оценив требования условий эксплуатации до подбора, можно обеспечить длительную стабильную работу оборудования и повысить эффективность всей системы автоматизации. Если вам нужен расчёт при подборе приводов одностороннего или двустороннего действия, комплектация принадлежностей и техническая поддержка, обращайтесь к нашей команде сервисного обслуживания.
Zhejiang Huaershi Auto-control Instrument Valve Co., Ltd.
С 1989 года · Более 30 лет занимаемся пневматическими приводами и пневматической арматурой
Сайт: