Руководство по приводу клапана: типы, крутящий момент, отказоустойчивость, выбор и обслуживание

Что такое привод клапана и почему это важно?

Привод клапана — это механическое устройство, которое автоматически открывает, закрывает или дросселирует клапан с помощью внешнего источника энергии, такого как сжатый воздух, электричество или гидравлическая жидкость. Если вы когда-либо поворачивали ручку ручного шарового крана, ваша рука выполняла функцию привода: передавала крутящий момент на шток клапана, чтобы повернуть шар на 90 градусов. Когда вы заменяете это ручное усилие пневматическим цилиндром, электродвигателем или гидравлическим поршнем, прикрепленным к тому же штоку, клапан становится автоматическим элементом управления потоком, которым можно управлять из диспетчерской, ПЛК или контура защитного отключения.

Приводы имеют большое значение, поскольку промышленные процессы не могут полагаться на людей, вращающих маховики достаточно быстро и последовательно. Автоматизированные клапаны реагируют на сигналы за доли секунды, удерживают точные положения для плавного управления и могут быть заблокированы с помощью систем отключения. Но привод не является запоздалой деталью: его размер и конфигурация должны соответствовать характеристикам крутящего момента клапана. Наиболее распространенные неисправности в узлах приводных клапанов – повреждение штока, ослабление соединений и неполное закрывание клапанов – почти всегда могут быть связаны с тем, что привод был слишком слабым, слишком прочным или оснащен неподходящими аксессуарами управления.

Основные типы приводов клапанов

Приводы клапанов сгруппированы по источнику питания, который они используют. Для четвертьоборотных клапанов, таких как шаровые краны, существуют три основных технических пути: пневматический, электрический и гидравлический, с ручным и пружинным возвратом в качестве дополнительных или резервных механизмов.

Пневматические приводы клапанов

Пневматические приводы используют сжатый воздух, обычно подаваемый при от 4 до 8 бар (от 0,4 до 0,8 МПа) , для создания крутящего момента. Для четвертьоборотных кранов преобладают две механические конструкции: реечная и кулисная. Реечный привод перемещает два противоположных поршня вдоль рейки, которая приводит в движение центральную шестерню; его выходной крутящий момент компактен и плавен. Привод с кулисным механизмом преобразует ход поршня во вращение через вилку, создавая крутящий момент, который увеличивается к концу хода - преимущество, когда шаровому клапану требуется дополнительная сила, чтобы протолкнуть шар в седло.

Пневматические приводы ценятся за скорость, простоту конструкции и низкую стоимость приобретения. Небольшой реечный привод может перемещать шаровой кран DN25 под давлением. 0,5 секунды . Они являются лучшим выбором для базового обслуживания трубопроводов сжатого воздуха, воды, масла и газа. При работе с азотом и природным газом под высоким давлением пневматический привод часто интегрируется на заводе с корпусом клапана, как и в случае с 304 пневматический азотный шаровой клапан высокого давления , где цилиндр, корпус клапана и монтажный фланец выполнены как один узел.

304 Поставщики пневматических азотных шаровых кранов высокого давления, завод Yancheng Yanye Гидравлический Parts Co., Ltd - это китайский пневматический азотный шаровой клапан высокого давления серии KHB-YJZQ 304 (внутренняя/внешняя резьба... Посмотреть продукт →

Электрические приводы клапанов

Электрические приводы приводят в движение клапан через электродвигатель и редуктор. Есть три семьи: многооборотный , для задвижек и шаровых кранов; неполный оборот (четвертьоборотный) , для шаровых и поворотных кранов; и линейный , для клапанов с выдвижным штоком. Типичный электрический привод содержит двигатель, зубчатую передачу, датчики предельных значений и крутящего момента, ручной дублер, плату управления и отсек электрических соединений. Обратная связь по положению обычно представляет собой сигнал 4–20 мА или 0–10 В.

Электрические приводы обогнали пневматические конструкции для многих задач регулирования, поскольку они позиционируются более точно и не требуют подачи воздуха. Они медленнее при высокочастотной езде на велосипеде — полный цикл может занять от 5 до 30 секунд в зависимости от скорости двигателя и передаточного числа, но они удерживают положение, не потребляя мощность, что является полезной функцией, когда система управления находится в автономном режиме. Для процессов, требующих точного регулирования, обычно подходит электрический вариант.

Гидравлические приводы клапанов

Гидравлические приводы обычно используют давление масла. от 70 до 350 бар , для создания крутящего момента или тяги. Поскольку гидравлическая жидкость практически несжимаема, гидравлический привод может точно удерживать положение клапана даже при остановке насоса, без включения тормоза. Гидравлические приводы представляют собой вариант для тяжелых условий эксплуатации для шаровых кранов большого диаметра, подводных установок и устройств с высоким крутящим моментом, где уже имеется гидравлический силовой агрегат. Гидравлический поршень может создавать тот же крутящий момент, что и пневматический привод гораздо большего размера, и его реакция быстрая, поскольку рабочее давление высокое. В гидравлических контурах корпус клапана должен быть рассчитан на давление в системе; тот Гидравлический шаровой кран высокого давления KHB с резьбовыми и сварными соединениями представляет собой компактный пример, предназначенный для установки в плотные гидравлические коллекторы.

Оптовая продажа KHB гидравлический шаровой кран высокого давления YJZQ с внутренней/внешней резьбой W Yancheng Yanye Hydraulic Parts Co., Ltd - это изготовленный на заказ китайский гидравлический шаровой клапан высокого давления KHB YJZQ с внутренней/внешней резьбой, сварной шаровой ... Посмотреть продукт →

Варианты ручного и пружинного возврата

Ручное управление никогда не исчезает полностью. Большинство промышленных приводов оснащены ручным дублёром – либо маховиком с зубчатым приводом, либо съемной ручкой – поэтому клапаном можно управлять в случае сбоя питания или подачи воздуха. Приводы с пружинным возвратом делают еще один шаг вперед в области отказобезопасности: пакет пружин сжимается во время рабочего хода и сохраняет энергию. При потере питания пружина переводит клапан в безопасное положение: либо закрыто (при отказе закрыто), либо открыто (при отказе открыто), в зависимости от расположения пружины и ориентации клапана.

Пневматический, электрический или гидравлический? Прямое сравнение

Краткий ответ на вопрос, какой тип лучше: это полностью зависит от ваших обязанностей, имеющихся у вас коммунальных услуг и требуемого времени реагирования. Чтобы помочь составить краткий список, в таблице ниже сравниваются три основных типа приводов по характеристикам, которые наиболее важны при эксплуатации промышленных клапанов.

Выбор начинается с долга. Если на линии имеется существующая система сжатого воздуха и клапану нужно только открываться и закрываться, пневматический вариант обычно является самым дешевым вариантом. Если процесс требует точного регулирования и на объекте уже есть надежное электроснабжение, электричество будет чище. Если клапан большой, крутящий момент высокий, а установка оснащена ГНУ, побеждает гидравлика. Сочетание этого решения с правильным корпусом клапана не менее важно; тот База знаний покупателя гидравлических шаровых кранов объясняет, как требования к расположению клапанов и крутящему моменту соответствуют размерам привода.

Как выбрать правильный привод клапана

Крутящий момент срыва, рабочий крутящий момент и посадочный крутящий момент

Первое инженерное число, которое вам понадобится, — это момент срыва клапана: трение между шаром и седлом, а также сопротивление уплотнения штока обычно являются максимальными, когда клапан закрыт. Рабочий крутящий момент ниже, а посадочный момент возникает непосредственно перед посадкой шара. В каталогах приводов публикуется номинальный крутящий момент при определенном давлении питания; крутящий момент привода должен превышать максимальный крутящий момент клапана с запасом прочности. Пневматический привод с пружинным возвратом обычно имеет размер Коэффициент запаса прочности от 1,4 до 1,5 ; пневматика двойного действия может достигать 1,3; электрические приводы используют не менее 1,5. В качестве практического примера: шаровой кран высокого давления с моментом срыва 80 Нм а пневматический привод с пружинным возвратом должен быть рассчитан на 80 x 1,4 = 112 Нм или более , измеренное при фактическом давлении подачи воздуха на заводе, а не при номинальном давлении, указанном в каталоге.

Рабочая скорость и время цикла

Скорость имеет большее значение, чем думает большинство покупателей. Линии отключения пара или газа могут потребовать полного закрытия менее чем за одну секунду; линии чистой воды могут выдерживать несколько секунд. Пневматические – самые быстрые из семейства, электрические – самые медленные. Если ваш процесс требует определенного времени хода, учитывайте не только внутреннюю скорость привода, но и время, необходимое для создания давления или стравливания объема цилиндра, а также время простоя электромагнитного клапана или позиционера.

Тип режима работы и частота переключения

Прежде чем сделать выбор, классифицируйте свое приложение. Клапан, открываемый два раза в день, режим открытия-закрытия . Клапан, который срабатывает каждые несколько минут, обязанность позиционирования . Клапан, который постоянно дросселирует для поддержания заданного значения, является регулирующая обязанность и нуждается в приводе, рассчитанном на высокую пусковую частоту. Для пневматического модуляции вам также понадобится позиционер – устройство, которое сравнивает сигнал заданного значения с фактическим положением клапана и соответствующим образом регулирует давление воздуха – поскольку голый цилиндр не может надежно удерживать промежуточное положение.

Условия окружающей среды и защита

Привод работает в той же среде, что и клапан. Температура окружающей среды, влажность, дождь и присутствие горючего газа ограничивают ваш список. Общие степени защиты от проникновения для использования вне помещений: IP65 , что означает пыленепроницаемость и защиту от водяных струй, и IP67 , что добавляет временное погружение. В огнеопасной атмосфере приводной двигатель и корпус концевого выключателя должны быть взрывозащищенными или искробезопасными, а проводка должна проходить через утвержденные кабельные вводы. При экстремально низких температурах имейте в виду, что конденсат в воздуховоде может замерзнуть; вам может понадобиться местный нагреватель позиционера и электромагнитного клапана.

Отказоустойчивое и аварийное отключение

Отказоустойчивость – это поведение срабатывающего клапана при потере энергии управления. Имеют значение два определения: действие (что делает клапан) и конфигурация привода (как клапан устроен для этого). В случае закрытия при отказе пневматический привод с пружинным возвратом закрывает шар при сбросе давления воздуха. В случае открытия при отказе пружина предназначена для открытия шара. Для электрических приводов отказоустойчивость может быть достигнута с помощью резервной батареи или пружинного модуля, который приводит двигатель в конечное положение; версия с аккумулятором также обеспечивает удаленную связь во время отключения электроэнергии. В гидравлических системах аккумулятор, заряженный азотом, хранит масло, поэтому поршень может переместиться в безопасное положение без работы основного насоса.

Полезное правило: выбирайте безопасное положение, исходя из опасностей процесса, а не по условностям. Закрытый при отказе является стандартным для линий подачи топлива или химикатов, где остановка потока защищает процесс. Открытие при отказе подходит для путей разгрузки и для охлаждающей воды, которая должна продолжать течь для защиты оборудования. Также задокументируйте требуемое время безотказной работы — для некоторых случаев срабатывания спецификация «закрывается в течение 2 секунд после сигнала», что сразу исключает медленный электрический привод.

Монтаж, интерфейс и интеграция с шаровыми кранами

Привод не сможет выполнять свою работу, пока он не будет правильно подсоединен к клапану. Большинство современных приводов клапанов соответствуют ИСО 5211 стандарт для монтажного интерфейса, с расположением болтов, направляющим отверстием и размерами привода, соответствующими крышке клапана и фланцу привода. Если вы придерживаетесь ISO 5211, вы можете сменить марку привода или перейти с пневматического на электрический без обработки новой переходной пластины.

Качественный монтажный комплект включает в себя кронштейн, муфту и болты нужной длины и класса. Муфта передает крутящий момент привода на шток клапана, а допуски ее посадки определяют люфт. Если привод привода немного больше штока клапана, вам понадобится обработанная втулка, а не прокладка. Плохо подогнанные муфты вызывают износ штока, утечку через седло и колебания органов управления. Также выровняйте привод так, чтобы открытое положение клапана соответствовало настройке концевого выключателя привода: четвертьоборотный шаровой клапан с расходом, открытым при 0 градусах и закрытым при 90 градусах, запутает систему управления, если кулачок привода установлен на 92 градуса, потому что концевой выключатель никогда не сработает.

При автоматизации ручного клапана начните с клапана, предназначенного для автоматического обслуживания. Шаровой кран высокого давления с внутренней резьбой из нержавеющей стали 304/316L представляет собой компактный пример корпуса клапана, который аккуратно открывается при умеренном крутящем моменте привода, имеет постоянный профиль штока и обеспечивает герметичное уплотнение при рабочем давлении. Монтаж пневматического или электрического привода на нем не составляет труда, если клапан заказан с правильной монтажной подушкой и удлинителем штока.

Оптовая продажа KHB YJZQ 304/316L из нержавеющей стали из углеродистой стали с внутренней резьбой High-Pr Yancheng Yanye Hydraulic Parts Co., Ltd - это китайский шарик высокого давления из нержавеющей стали KHB YJZQ 304/316L с внутренней резьбой... Посмотреть продукт →

Чтобы получить полное представление о номинальных давлениях, материалах и типах соединений, прежде чем выбирать привод, см. Полное руководство покупателя шаровых кранов охватывает логику выбора со стороны клапана, так что клапан и привод имеют одну и ту же спецификацию.

Техническое обслуживание и надежность активов

Приводные клапаны выходят из строя предсказуемым образом, и большинство отказов можно предотвратить с помощью простой процедуры. Пневматические приводы чаще всего выходят из строя из-за грязного воздуха: вода, масло и частицы разрушают уплотнения и заклинивают поршень. Держите блок фильтра-регулятора-смазки (FRL) перед каждым приводом и сливайте его еженедельно. Электрические приводы чаще всего выходят из строя при настройке концевых выключателей, контактора двигателя или моментного выключателя; они изнашиваются по количеству циклов, а не по календарю. Гидроприводы выходят из строя по штоковым уплотнениям и от загрязнения маслом; проверьте вязкость и состояние фильтра на силовом агрегате.

Практический график технического обслуживания

Также обратите внимание на интерфейс между приводом и клапаном. Если вы видите повторяющиеся утечки через уплотнение штока или клапан продолжает смещаться от заданного положения, сначала проверьте соединение привода с клапаном; Боковая нагрузка на шток – классическая причина. Пошаговые инструкции по уплотнению штока и целостности седла см. руководство по эксплуатации и техническому обслуживанию шарового крана высокого давления дает практические процедуры, которые обеспечивают надежность автоматизированной сборки в долгосрочной перспективе.

Часто задаваемые вопросы по приводу клапана

В чем разница между пневматическими, электрическими и гидравлическими приводами?

Пневматический использует сжатый воздух, электрический использует двигатель, а гидравлический использует масло под давлением. Пневматическая система обеспечивает быстрое и экономичное включение/выключение; электрический является точным и чистым для регулирования работы; гидравлическая система обеспечивает самый высокий крутящий момент относительно своего физического размера и может удерживать положение без постоянного потребления энергии.

Как узнать, какой размер привода нужен моему шаровому крану?

Получите момент срыва клапана от производителя, затем умножьте его на коэффициент запаса прочности от 1,3 до 1,5. Используйте более высокий коэффициент для пневматических и электрических приводов с пружинным возвратом. Всегда проверяйте номинальный крутящий момент привода при фактическом давлении воздуха или напряжении питания в точке установки, поскольку низкое давление питания снижает крутящий момент любого пневматического привода.

Может ли пневматический привод обеспечить плавное управление?

Да, если он оснащен позиционером и пневматическим комплектом. Позиционер сравнивает входящий сигнал управления с фактическим положением клапана и регулирует давление воздуха для удержания промежуточных точек перемещения. Практическая точность составляет примерно от 0,5 до 2 процентов хода клапана, что достаточно для многих контуров температуры и расхода процесса.

Как сделать приводной клапан отказоустойчивым?

Используйте пневматический привод с пружинным возвратом, пружину или аккумуляторный блок электрического привода или гидроаккумулятор. Безопасное действие – закрыто или открыто – должно выбираться на основе анализа опасностей технологического процесса, а не на основе позиции поставщика привода по умолчанию.

Могу ли я открыть клапан вручную, если привод выйдет из строя?

Большинство промышленных приводов имеют ручное дублирование: маховик, внешний шестигранный вал или рычаг. Убедитесь, что блокировку можно включить, пока привод все еще находится под давлением, и сравните номинальный крутящий момент маховика с крутящим моментом срыва клапана, особенно в условиях высокого давления, где силы посадки значительны.