Одним з головних векторів, що визначають розвиток промислового обладнання, є зростаюча автоматизація виробничих процесів. Її найважливіший аспект ─ дистанційне керування трубопровідною арматурою, частка якої становить не менше 10-15% від загальної вартості технологічних установок. Успішне та ефективне рішення цієї задачі неможливе без застосування приводів трубопровідної арматури.
У нормативних документах трубопровідна арматура визначається як технічний пристрій, призначений для управління потоком робочого середовища шляхом зміни прохідного перетину. Для того, щоб ефективно управляти, вона сама повинна бути добре керованою, а, значить, спорядженої необхідними для цього засобами.
Протягом багатьох не століть навіть, а тисячоліть, людям доводилося обходитися ручним керуванням. В крайньому випадку, можна було задіяти кінну тягу. Нічого іншого не залишалося. А при тодішньому рівні розвитку технологій і не було потрібно.
Але це «рівновагу» відсутності потреб і неможливості їх задоволення не могло тривати нескінченно. Кінець йому поклали дві спочатку ніяк не стикається між собою тенденції.
Починаючи з винаходу парової машини, помітно прискорив своє поступальний рух науково-технічний прогрес. Найважливішою віхою на цьому шляху стало винахід електродвигуна в XIX столітті. Були придумані і буквально на очах удосконалювалися конструкції Пневмодвигуни і гідравлічних машин. З'явилася принципова можливість впливати на арматуру не тільки силою м'язів живих істот, але і за допомогою компактного, зручного і потужного механізованого приводу.
З іншого боку, у міру збільшення розмірів трубопровідної арматури і зростання тиску робочого середовища, справлятися з її управлінням звичними способами ставало важко, а іноді і зовсім неможливо. І сталося те, що мало статися, ─ в трубопровідну арматуру прийшов механізований привід. Його використання додало їй нову якість. Трубопровідна арматура стала набагато безпечніше і зручніше в експлуатації і обслуговуванні, а її робота ─ більш надійною. На порядок зросла ефективність управління процесами, що протікають з її використанням. Це дало принципово нову можливість пристрою масштабних багатокомпонентних технологічних систем, що складаються з пов'язаних в єдину систему десятків, сотень і тисяч одиниць арматури. Наявність приводів дозволило встановлювати трубопровідну арматуру в важкодоступних, незручних місцях.
Про те, наскільки значущий технологічний стрибок був здійснений завдяки впровадженню механізованого приводу, можна судити на простому прикладі. Оснащення на початку XX століття електроприводами засувок Dn 500, 600 і 700 мм дозволило скоротити час їх закриття з півгодини до півтори хвилини, т. Е. В п'ятнадцять разів.
Привід і виконавчий механізм
Привід трубопровідної арматури ─ це пристрій для управління арматурою. Він не тільки забезпечує переміщення замикаючого елементу, але при необхідності створює зусилля, яке гарантуватиме необхідну герметичність затвора.
Говорячи про привід як сукупності пристроїв, необхідно згадати про що входять до його складу силовому елементі і редукторі.
Силовий елемент перетворює споживану приводом енергію в зусилля, що приводить до переміщення з'єднаного з затвором штока (шпинделя).
Взаємодія приводу з трубопровідною арматурою може бути безпосереднім або через перехідник (редуктор). Редуктор дозволяє зменшити частоту обертання приводу і збільшити крутний момент. У приводах трубопровідної арматури можуть бути задіяні редуктори різних конструкцій ─ хвильові, зубчасті, комбіновані, конічні, планетарні, спіроїдні, циліндричні, черв'ячні.
У наведеному вище визначенні приводу трубопровідної арматури був згаданий лише замикає елемент, і нічого не сказано про регулюючому елементі. Це не випадково. Приводи регулюючої арматури. частиноюконструкції затвора якої є регулюючої елемент, отримали окрему назву ─ виконавчий механізм.
Функція виконавчого механізму ─ забезпечувати рух регулюючого елемента відповідно до командної інформацією, що надходить від зовнішнього джерела енергії.
Класифікація приводів трубопровідної арматури: зворотно-поступальні, неполнооборотние, багатооборотні, місцеві, дистанційні
Розрізняють три великих «класу» приводів трубопровідної арматури: зворотно-поступальні (прямоходні, лінійні), неполнооборотние і багатооборотні.
В зворотно-поступальному приводі, використовуваному для засувок (з жорстким і пружним клином, паралельних, шлангових), а також для запірних і мембранних клапанів вихідний елемент здійснює зворотно-поступальні рухи.
Перетворити обертальний рух приводу в зворотно-поступальний рух запірного або регулювального елементів можна за допомогою ходової гайки (різьбової втулки).
У неполноповоротние приводі вихідний кінематичне ланка здійснює менш одного повороту. У більшості випадків мова йде про поворот на 90 градусів, хоча іноді він буває і великим. Такі приводи використовують для управління кульовими і іншими кранами, дисковими затворами.
У багатооборотна приводі вихідний елемент робить більше одного повороту.
Механічний привід може бути встановлений безпосередньо на арматурі (т. Зв. «Місцевий привід»; в цьому випадку основою для його кріплення служать кришка або верхня частина корпусу) або розміщуватися окремо від неї (дистанційний привід).
І все ж найважливіший привід для класифікації приводів трубопровідної арматури ─ вид використовуваної енергіі.В залежності від споживаної енергії вони можуть бути ручними, гідравлічними, пневматичними електричними, електромагнітними або являти собою комбінацію.
Привід трубопровідної арматури, одночасно використовує енергію стисненого газу і гідравлічну енергію, носить назву «пневмогідроприводи», а електричну і гідравлічну енергію─ «електрогідравлічний привід».
Арматура з ручним приводом
Ручний привід ─ пристрій для управління арматурою, в якому використовується, як сказано в нормативних документах, «енергія людини». Ручним приводом або ручним дублером може бути оснащена арматура з механізованим приводом. Для передачі впливу на арматуру з ручним приводом служать маховик або рукоятка. Перший має вигляд колеса, встановленого на шпинделі арматури або редукторі, друга являє собою стандартне пристосування для тримання рукою.
Якщо для управління арматурою необхідний значний крутний момент на шпинделі, зусилля на рукоятці маховика можна зменшити, використовуючи редуктори з зубчастої (конічної циліндричної) або черв'ячною передачею. Трубопровідну арматуру з ручним приводом розміщують в місцях, максимально пристосованих для безпечного і зручного обслуговування: на висоті до 1,8, а при частому іспользованіі─ не більше 1,6 м.
Пневматичний привід арматури
Пневматичний привід трубопровідної арматури залишається популярним і затребуваним на протязі багатьох десятиліть. Його частіше використовують для управління неполноповоротние арматурою, але він прекрасно управляється і з прямоходовій.
Джерелами пневматичної енергії служать компресори, а енергоносієм в більшості випадків є повітря і рідше ─ інші гази. Стиснене повітря ─економічная форма зберігання енергії для аварійного включення арматури.
Залежно від принципу дії пневмоприводи бувають односторонніми і двосторонніми. Залежно від конструктивного виконання ─ лопатевими, мембранними, поршневими, сильфони, струминними.
Переваги пневматичного приводу ─ простота дії і конструкції, надійність, можливість застосування на небезпечних виробничих об'єктах. Нарешті, вони дешевше електричних і електрогідравлічних приводів.
Але є у пневматичного приводу і не найсильніші сторони. Через стисливості повітря дещо знижена його здатність зберігати положення шпиндельної арматури. Через корозію можливо «заїдання». Застосування пневмоприводов звужує істотне зростання витрат повітря при збільшенні розмірів арматури.
Гідравлічний привід трубопровідної арматури
Сьогодні до управління трубопровідною арматурою все ширше залучаються приводи, в яких використовується енергія рідини, що знаходиться під тиском.
Залежно від принципу дії розрізняють гідродинамічні і об'ємні, односторонні і двосторонні гідроприводи; в залежності від руху вихідної ланки ─ гідроприводи поступального і поворотного руху. Джерело подачі робочої рідини дозволяє розділити їх на акумуляторні, магістральні, насосні.
Гідравлічний привід арматури─ це широкі можливості вибору типорозмірів. Він часто виявляється поза конкуренцією, коли для управління арматурою великих розмірів необхідні значні зусилля, непосильні для пневмо- або електроприводу. Одночасно з цим гідропривід компактний, прекрасно поєднує високе навантаження з плавністю рухів. Оскільки створюваний ним крутний момент залежить від гідравлічного тиску на вході в привід, його можна легко регулювати, змінюючи тиск в джерелі енергії. Перевагою гідроприводу є здатність зберігати запас гідравлічної енергії на випадок аварійного включення.
Надійність гідроприводу трубопровідної арматури, втім, багато в чому залежить від якості обслуговування, підтверджується фактом його широкого використання на морських нафтових платформах.
Обмежує поширення гідроприводів для управління трубопровідною арматурою висока собівартість гідравлічної енергії. Крім того, досить складно дистанційно виявити місце падіння гідравлічної енергії. До порушень в роботі гідроприводу може привести підвищення температури навколишнього середовища.
Електричний привід трубопровідної арматури
Електричний привід ─ універсальний спосіб місцевого та дистанційного керування трубопровідною арматурою, з успіхом застосовується для широкого спектру її типів і розмірів.
Сучасний електропривод трубопровідної арматури об'єднує систему управління, електродвигун і редуктор.
Однофазні електродвигуни постійного і змінного струму використовують для управління невеликий неполнооборотной або многооборотной арматурою. Трифазні асинхронні двигуни дозволяють забезпечити управління трубопровідною арматурою більшої потужності.
До числа переваг електроприводу відноситься його хороша сполучуваність з сучасними засобами управління: комп'ютерами, приладами телеметрії і т. Д. Електропривод надзвичайно зручний при дистанційному управлінні трубопровідною арматурою, він гарантує надійну взаємозв'язок і хорошу взаємодію між двигуном і пультом управління, миттєво спрацьовує навіть при дуже великих відстанях між ними. Електропривод забезпечує стабільність положення арматури. Він простий в управлінні, його легко монтувати, перенастроювати, переналагоджувати.
Існують різні режими роботи електроприводу: рідкісна частота включень, коли цикл «закриття / відкриття» відбувається кілька разів протягом робочої зміни; короткочасні включення в кількості кілька десятків протягом години і режим регулювання, коли за цей же відрізок часу електропривод виконує сотні, а іноді тисячі запусків.
Електроприводи трубопровідної арматури випускаються в загальнопромисловому і вибухозахищеному виконанні. Так, викоренення виконання повинно мати електрообладнання приводів трубопровідної арматури, яка встановлюється на газопроводах.
До недоліків електроприводу можна віднести відмову двигуна в разі пошкодження електроживлення, чутливість до високих температурі і вологості.
Електромагнітний привід трубопровідної арматури
В електромагнітному приводі трубопровідної арматури перетворення електричної енергії в механічну відбувається в результаті взаємодії електромагнітного поля і сердечника з феромагнітного матеріалу. Залежно від типу конструкції електромагнітні приводи бувають вбудованими і блоковими; в залежності від виду дії електромагніту ─реверсівнимі, що тягнуть, штовхають, поворотними.
На сьогоднішній день трубопровідна арматура з електромагнітним приводом, в т. Ч. Його комбінаціями з гідро- і пневмоприводами зайняла важливе місце в автоматизованих система управління виробничими процесами, частиною яких є управління потоками рідких і газоподібних середовищ.
Переваги електромагнітного приводу ─ швидкодію, висока точність, технологічність виготовлення, простота обслуговування, обумовлений відсутністю механічних передач значний, вимірюваний мільйонами циклів, ресурс.
Розвиток техніки і ускладнення умов її експлуатації послужили однією з найбільш вагомих причин використання механізованого приводу в трубопровідної арматури. Сьогодні вони ж диктують напрямки його модернізації.
Механізований привід відчуває пресинг з двох сторін. З одного боку, до нього пред'являються все більш жорсткі вимоги в частині підвищення надійності і збільшення терміну служби. З іншого ─ стрімко зростаючі масштаби використання приводів в трубопровідної арматури не дозволяють залишити без уваги питання зниження витрат на виготовлення і експлуатацію. А це означає одночасне вирішення цілого комплексу питань: зниження маси, зменшення габаритів, скорочення енергоспоживання.
Тому не дивно, що саме механізований привід трубопровідної арматури став одним з головних місць докладання інноваційних конструктивних рішень, які, розширюючи можливості і якість приводів, надають потужний імпульс вдосконалення трубопровідної арматури в цілому.