Не начинайте выбор привода с обсуждения того, что лучше — пневматический или электрический. Этот вопрос стоит решать в последнюю очередь. Прежде чем говорить о какой-либо марке или модели, необходимо уточнить три момента:
- Момент отрыва, необходимый клапану в наименее благоприятных условиях эксплуатации
- В какое положение должен перейти клапан при потере давления или питания: в положение «открыто» при сбое, в положение «закрыто» при сбое или в контролируемое, заданное состояние
- Что сайт может фактически обеспечить: давление воздуха, напряжение и управляющие сигналы
Пока все три параметра не будут подтверждены, невозможно с уверенностью выбрать привод. Привод, подходящий по размеру трубы, но не по крутящему моменту, заглохнет при заклинивании седла. Привод с неправильным режимом работы в аварийной ситуации может оставить трубопровод открытым во время отключения электроэнергии. В данном руководстве пошагово рассмотрены все этапы принятия решения, а в конце приведен контрольный список деталей, которые поставщик должен подтвердить для обеспечения совместимости.
Крутящий момент — это не только размер клапана
Два клапана одного и того же размера могут требовать совершенно разного момента затяжки. Размер — это лишь один из факторов. Момент затяжки, необходимый для клапана с поворотом на четверть оборота, зависит от:
- Тип и размер клапана — шаровой кран, дроссельная заслонка и пробковый кран одного и того же номинального размера создают разную нагрузку на привод.
- Материал седла и конструкция клапана — Мягкие сиденья, металлические сиденья и различные конструкции штырей создают разное трение.
- Перепад давления — более высокое давление по обе стороны от закрытого клапана сильнее прижимает шарик к седлу и увеличивает крутящий момент, необходимый для его отрыва.
- Рабочая жидкость и температура — вязкие, загрязнённые или склонные к образованию отложений рабочие среды повышают крутящий момент, а перепады температуры влияют на поведение седла.
- Рабочая частота — чтобы открыть клапан, который месяцами находится в закрытом положении, требуется большее усилие, чем для клапана, который работает ежедневно.
Крутящий момент также не представляет собой однозначное число. Момент отрыва заставляет клапан начать движение из положения закрытия, рабочий крутящий момент обеспечивает его движение в середине хода, и момент затяжки крепежа прижимает его обратно к сиденью в конце хода. Усилие отрыва, как правило, является наибольшим из трёх, поэтому именно оно определяет размер привода.
Используйте данные по крутящему моменту, опубликованные производителем клапана для данной конкретной модели, рассчитанные с учетом фактического давления, рабочей среды и температуры в вашей системе. В данном руководстве намеренно не приводятся общие значения крутящего момента и универсальный коэффициент безопасности, поскольку необходимый запас прочности зависит от конкретного клапана, седла и условий эксплуатации. Если производитель клапана не может предоставить данные по усилию затяжки для ваших условий эксплуатации, этот пробел необходимо устранить до начала выбора, а не замаскировать предполагаемым значением.
Перед выбором привода необходимо определить положение отказа
Положение при отказе — это решение, связанное с безопасностью технологического процесса, а не характеристика привода, которую выбирают уже после. Сначала необходимо определить, как клапан должен вести себя при отключении пневмолинии или источника питания, а затем выбрать тип привода, который, как можно убедиться, обеспечит такое поведение.
| Тип привода | Поведение при потере давления или отключении питания | Что необходимо проверить |
|---|---|---|
| Пневматический, двойного действия (DA) | Никакой пружинный механизм не приводит его в заданное положение. Невозможно предположить, в каком положении он окажется после потери давления. | Допускает ли данный процесс наличие неопределённого положения. Если требуется определённое положение отказа, то DA само по себе не обеспечивает его. |
| Пневматический возврат под действием пружины (SR) | Пружина приводит клапан в положение, на которое рассчитан узел: «открытие при отказе» или «закрытие при отказе». | Направление действия пружины, направление вращения клапана и способ фактической установки привода на клапан. Правильно подобранная пружина, установленная на неправильно ориентированном креплении, выйдет из строя не так, как следует. |
| Стандартный электрический привод | Как правило, при потере питания устройство останавливается в том положении, в котором оно находилось в момент потери питания. Фактическое поведение зависит от конкретной модели; нельзя исходить из того, что устройство остановится в безопасном положении. | Указанные производителем характеристики потери мощности именно для данной модели, а также то, допустима ли остановка в середине хода для данного технологического процесса. |
| Электрический привод с проверенной функцией обеспечения безопасности при отключении питания от аккумулятора или источника накопленной энергии | Указанные модели, при правильной настройке, при отключении питания перемещают клапан в заданное положение. | Необходимо убедиться, что данная конкретная модель и конфигурация рассчитаны на выполнение данной функции, а также учитывать условия окружающей среды, состояние аккумулятора, фактическую нагрузку по крутящему моменту клапана и задокументированную процедуру испытаний при вводе в эксплуатацию. |
Характеристики, приведенные в третьем столбце, имеют большее значение, чем данные во втором. Любое заявление об отказоустойчивости зависит от конкретной модели, сборки и условий эксплуатации. Рассматривайте предельное положение как параметр, который необходимо проверить в ходе ввода в эксплуатацию, а не как величину, зафиксированную в каталоге.
Выберите источник питания и способ управления
Как только крутящий момент и положение отключения определены, выбор источника питания, как правило, определяется тем, что уже имеется на объекте. Именно в этот момент наконец-то становится актуальным вопрос о том, что выбрать: пневматический или электрический привод.
- Ручное управление Подходит для клапанов, которые включаются и выключаются нечасто и к которым оператор имеет доступ. Не требует подключения к инженерным сетям и прокладки кабелей, минимальная стоимость.
- Пневматические приводы подходят для объектов, на которых уже обеспечено чистое и стабильное подача сжатого воздуха и требуется возможность дистанционного включения/выключения.
- Электрические приводы подходят для объектов без подачи воздуха, но с подходящим источником электропитания, где клапан необходимо управлять дистанционно.
- Регулирование (ограничение) является отдельным требованием. Простой привод с режимами «вкл./выкл.» не превращается в регулирующий клапан; для точного управления положением требуется специальный позиционер или специально разработанный модулирующий привод, подходящий для данной задачи.
В этом решении также следует учитывать сигналы управления: то, что передает система управления (замыкание контактов, сигнал с питанием, аналоговая команда), и какую обратную связь она ожидает получить (контакты концевого выключателя, датчик положения), определяет, какие приводы подходят для данной задачи. Более подробное сравнение того, чем отличаются ручное, пневматическое и электрическое управление в повседневной эксплуатации, см. в нашем обзоре ручное, пневматическое и электрическое управление шаровым краном.
Стандарт ISO 5211 облегчает монтаж, но не обеспечивает полную совместимость
ISO 5211 — это стандарт, определяющий интерфейс крепления между приводами с частичным поворотом и клапанами. Он обеспечивает стандартную конфигурацию расположения болтов и соединительных элементов, что упрощает совместимость оборудования разных производителей. Однако он не гарантирует, что любой привод, соответствующий стандарту ISO 5211, будет подходить к любому клапану, соответствующему тому же стандарту, и работать с ним.
Прежде чем утвердить пару «клапан–привод», проверьте следующее:
- Конфигурация фланца — размер фланца клапана и привода, указанный в стандарте ISO 5211, должен совпадать.
- Размеры муфты вала — высота, форма и размеры штока должны соответствовать приводной муфте привода — либо напрямую, либо с помощью правильно обработанного переходника.
- Выходной крутящий момент привода — должен превышать требуемый крутящий момент клапана на протяжении всего хода, а не только в одной точке.
- Угол поворота — ход привода должен соответствовать повороту клапана на четверть оборота, включая регулировку упора.
- Выравнивание при монтаже — Несоосность между приводом и штоком приводит к боковой нагрузке, затрудненной работе и преждевременному износу.
- Аксессуары — Ручное управление, концевые выключатели, электромагнитные клапаны и система обратной связи по положению — все эти элементы предъявляют свои собственные требования к совместимости.
Единый стандарт сокращает перечень проверок. Но он его не отменяет.
Где применяются электрические приводы с резервным аккумуляторным питанием
В приведенной выше таблице есть один повторяющийся пробел: на объекте требуется гарантированное срабатывание при отключении электроэнергии, но сжатого воздуха нет, поэтому использование пневматического привода с пружинным возвратом не представляется возможным. Именно для таких ситуаций и предназначен электрический привод с аккумуляторным резервным питанием.
Наш сайт привод электромагнитного клапана с резервным питанием от батареи на случай сбоя представляет собой устройство типа «вкл./выкл.», встроенная литиевая батарея которого возвращает клапан в заданное безопасное положение при отключении основного питания. Опубликованные технические характеристики включают широкий диапазон входного напряжения (переменный ток 110 В / 220 В / 380 В, однофазный, или постоянный ток 24 В / 48 В), обратную связь по типу «открыто/закрыто» с сухим контактом, авиационный разъем для подключения проводов без снятия крышки, защиту батареи от перезаряда, переразряда и перегрева, а также диапазон рабочих температур от 0 °C до 45 °C.
Это не универсальный ответ. Применяются те же правила проверки, что и в таблице «Положение при отказе»: убедитесь, что температура окружающей среды находится в пределах заявленного для устройства диапазона, что состояние батареи соответствует графику технического обслуживания, что выходной момент привода соответствует фактической крутящей нагрузке вашего клапана, а также что действие при отказе проверено на установленном узле во время ввода в эксплуатацию. Для условий эксплуатации, выходящих за пределы заявленных технических характеристик, следует разработать отдельную конструкцию, а не полагаться на стандартные допущения.
Контрольный список для запроса предложений: что нужно отправить для надежного подбора предложений
Качество предложения по приводу зависит от качества информации, на которой оно основано. Если заранее предоставить эти сведения, поставщик сможет подтвердить совместимость, а не полагаться на догадки:
- Модель, размер и производитель клапана
- Требуемый крутящий момент при отсоединении, при движении и при установке (если имеются данные)
- Среда, рабочая температура и перепад давления
- Частота эксплуатации (циклы в день, неделю или месяц)
- Требуемое поведение при сбое: «fail-open», «fail-close» или отсутствие заданного положения при сбое
- Доступные параметры подачи воздуха (давление, качество) или электропитания (напряжение, фаза)
- Тип управляющего сигнала и требования к обратной связи
- Условия эксплуатации: диапазон температур, установка в помещении или на открытом воздухе, возможность промывки, коррозионная среда
- Размеры монтажного интерфейса и штока, либо чертеж клапана, на котором они указаны
- Любые средства ручного управления, концевые выключатели или требования к сертификации
Элементы, которые вы не можете предоставить, лучше отметить, чем просто пропустить. Например, отсутствие значения момента затяжки приводит к тому, что разговор переходит от составления коммерческого предложения к предварительному согласованию данных с производителем клапана, и такая последовательность действий позволяет избежать попадания привода недостаточного размера в вашу линию.
Часто задаваемые вопросы
Какие данные о крутящем моменте необходимо учесть перед выбором привода?
Вам необходимы значения момента отрыва, момента хода и момента прижатия для конкретного клапана при ваших фактических условиях эксплуатации: перепад давления, рабочая среда, температура и частота работы. Эти данные должны быть получены от производителя клапана, а не взяты из общих таблиц, поскольку материал седла и конструкция клапана существенно влияют на величину момента даже у внешне схожих клапанов. Выходной крутящий момент привода должен превышать требуемый крутящий момент на всем ходу, с запасом прочности, соответствующим условиям эксплуатации. Если данные о крутящем моменте для ваших условий отсутствуют, необходимо получить их до начала выбора, а не использовать приблизительные значения.
Переходит ли пневматический привод двойного действия в безопасное положение в случае отказа?
Нет. Привод двойного действия использует давление воздуха как для открытия, так и для закрытия и не имеет пружины. При потере подачи воздуха ничто не приводит клапан в заданное положение, поэтому его положение после сбоя нельзя предсказать. Если в вашем технологическом процессе требуется, чтобы клапан достигал заданного положения «открыт при отказе» или «закрыт при отказе», привод двойного действия сам по себе не обеспечивает этого. Используйте привод с пружинным возвратом или другую конструкцию, поведение которой при отказе было проверено для конкретной сборки.
В каких случаях пружинный возврат является более предпочтительным вариантом?
Пружинный возврат является лучшим выбором, если на объекте имеется чистый и надежный сжатый воздух, а технологический процесс требует фиксированного положения клапана при сбое подачи воздуха. Пружина приводит клапан в положение, на которое рассчитан узел, — либо в положение «открыто при сбое», либо в положение «закрыто при сбое». Прежде чем полагаться на эту систему, необходимо проверить направление действия пружины, направление вращения клапана и фактическую ориентацию при монтаже, поскольку правильно подобранная пружина, установленная на неправильно ориентированном узле, при сбое приведет клапан в неправильное положение. Устройства с пружинным возвратом также требуют большей производительности сжатого воздуха, чем устройства двойного действия с аналогичной производительностью.
Гарантирует ли стандарт ISO 5211 прямую совместимость привода?
Нет. Стандарт ISO 5211 устанавливает требования к монтажному интерфейсу между приводами с частичным поворотом и клапанами, что упрощает их совмещение, но не гарантирует совместимость всех возможных комбинаций. Вам по-прежнему необходимо проверить конкретную схему расположения фланцев с обеих сторон, размеры муфты штока, выходной крутящий момент привода в сопоставлении с требованиями клапана, угол поворота и совмещение при монтаже. Дополнительные требования предъявляют такие аксессуары, как ручное управление, концевые выключатели, электромагнитные клапаны и устройства обратной связи по положению. Рассматривайте стандарт ISO 5211 как общий шаблон расположения болтов, а не как гарантию совместимости.
Может ли электрический привод обеспечить действие, гарантирующее безопасность при потере питания?
Нет, по умолчанию — нет. Стандартный электрический привод, как правило, останавливается в том положении, в котором он находится на момент отключения питания, и его точное поведение зависит от конкретной модели, поэтому нельзя заранее предполагать наличие безопасного положения. Для обеспечения заданного поведения при потере питания требуется специальная модель с аккумуляторной батареей или функцией отказоустойчивости на основе накопленной энергии, проверенная для конкретного применения. Такая проверка охватывает условия окружающей среды, состояние аккумулятора, реальную крутящую нагрузку установленного клапана, а также испытание режима отработки при отказе во время ввода в эксплуатацию на реальной установке.