Пневматический привод арматуры

Принцип работы пневмоцилиндра двустороннего действия.

В поршневых приводах двустороннего действия прямой и обратные ходы совершаются под давлением управляющей среды. Они имеют несложное устройство, просты в управлении и эксплуатации. Но при работе на опасных производственных объектах к этим приводам могут предъявляться дополнительные требования, например такое: в случае аварийного отключения или отсутствия управляющей среды арматура не должна менять установленного до этого момента положения. В таких случаях приводы двустороннего действия снабжаются специальными устройствами, обеспечивающими фиксацию достигнутого положения, что, однако, связано с усложнением конструкции привода.[1]

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

Поршневые приводы одностороннего действия имеют более сложную конструкцию и большие габариты, чем двусторонние, за счет наличия пружины, взводимой при прямом ходе для совершения обратного хода. Пружина обратного хода должна иметь достаточное усилие и требуемую величину хода, что вызывает необходимость во многих случаях придавать ей значительные размеры. При больших усилиях часто используются тарельчатые пружины в виде набора из нескольких пружин в связи с малым рабочим ходом одиночной тарельчатой пружины.

Основными достоинствами поршневого привода одностороннего действия являются возможность совершения хода под действием пружины при отсутствии управляющей среды и быстродействие при выполнении этого цикла, к его недостаткам относится необходимость иметь привод увеличенных размеров как по длине (для размещения пружины, обычно последовательно за поршнем), так и по диаметру, поскольку при прямом ходе помимо полезной работы и преодоления сил трения необходимо преодолеть усилие на сжатие пружины возврата.

Наиболее часто поршневой привод одностороннего действия с пружиной сжатия применяется в защитной арматуре (отсечные клапаны), где используется возможность быстрого срабатывания клапана под действием пружины вне зависимости от наличия управляющей среды.[1]

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

В поворотных приводах выходной шток совершает вращение, обычно на угол 90° (четверть оборота для управления кранами). Имеются также конструкции, создающие несколько оборотов выходного звена (для управления клапанами).

Чтобы преобразовать поступательное движение поршня во вращательное движение выходного вала привода используется кривошипно-шатунный механизм, реечно-зубчатая передача и (крайне редко) винтовой преобразователь движения.[1]

Встроенные поршневые приводы образуют с арматурой единую конструкцию и имеют общие с ней детали. Они могут быть двустороннего и одностороннего действия. Встроенные поршневые приводы применяются в главных клапанах импульсно-предохранительных устройств энергетических установок большой мощности, например АЭС.

Встроенные приводы обеспечивают создание компактных конструкций, но при этом затрудняется их техническое обслуживание и снижается уровень ремонтопригодности, поскольку доступ к приводу усложнён и для ремонта приходится разбирать всю конструкцию.

Встроенные поршневые приводы одностороннего действия применяются также в различных управляющих (пилотных) устройствах регуляторов давления.[1]

Принцип работы сильфонного привода

Способность сильфонов изменять свою длину под воздействием давления среды позволяет использовать их в качестве привода для управления арматурой. Ограниченные размеры сильфонов и небольшие усилия, которые могут создаваться с их использованием, определяют области применения сильфонных приводов — это арматура небольших размеров и различные управляющие (пилотные) устройства в арматуре и различных реле для управления арматурой, например в позиционерах. Внутренняя полость сильфона используется для подачи управляющей среды, когда сильфон должен удлиняться с повышением давления. Если сильфон с повышением давления должен укорачиваться, среда должна действовать снаружи сильфона.

Для арматуры наиболее характерным примером применения сильфонного пневмопривода является термостатический конденсатоотводчик, снабженный сильфоном из полутомпака. В сильфон залита быстроиспаряющаяся жидкость, которая при температуре свыше 100°С испаряется, её пар создаёт давление внутри сильфона, он удлиняется и находящимся на нём золотником закрывает отверстие в седле конденсатоотводчика.

Сильфонные приводы всегда используются как приводы одностороннего действия. Усилие возврата создается с использованием упругих свойств сильфона. Если это усилие недостаточно, дополнительно устанавливается цилиндрическая пружина возврата, которая располагается соосно с сильфоном внутри или снаружи последнего.

Основными недостатками сильфонных приводов являются малый ход, малое создаваемое усилие и ограниченный цикловой ресурс, невозможность и нецелесообразность ремонта сильфона, в связи с чем при выходе его из строя необходимо заменить новым весь сильфонный узел привода арматуры.[1]

Принцип действия двухпластинчатого поворотного гидродвигателя.

В поворотном приводе поворот выходного вала происходит в связи с тем, что на одну сторону лопасти, жестко соединённой с выходным валом, действует давление управляющей среды. Можно выделить однолопастные (угол поворота выходного вала может достигать 180°) и двухлопастные приводы (угол немногим более 90°). При одинаковых размерах лопастей и одних и тех же величинах давления управляющей среды крутящий момент, создаваемый двухлопастным приводом, примерно в 2 раза больше, чем однолопастным. Важным является обеспечение герметичности подвижного соединения лопасти и корпуса привода, поскольку щелевой зазор здесь имеет значительную протяженность. Теоретические аспекты работы таких устройств в системах гидропривода описаны в статье под названием Поворотный гидродвигатель, где они известны как пластинчатые.[2]

• гидропривод создаёт меньшие объёмные утечки через сопряжения поршня с цилиндром и через сальник;
• гидроприводы допускают значительно бо́льшие давления рабочей среды, в связи с чем позволяют применять конструкции меньших размеров;
• гидроприводы не создают ударов в конце хода поршня из-за меньших скоростей поршня в гидроприводах (низкие скорости движения рабочих органов в свою очередь в некоторых случаях является недостатком гидроприводов)
• по той же причине у гидроприводов равномернее осуществляется движение поршня или вала гидродвигателя, тогда как пневмопривод часто работает с пульсирующим движением поршня из-за больши́х скоростей газа при давлении свыше 1 МПа.

• для системы управления гидроприводов требуется более дорогостоящее и габаритное оборудование — насосная станция, чем для пневмоприводов — компрессорная станция;
• гидроприводы работают обычно с меньшими скоростями движения поршня из-за большого гидравлического сопротивления в подводящих трубопроводах системы управления приводов;
• утечки масла загрязняют производственные помещения;
• масло пожароопасно.[1]