Арматура запорного типа с электроприводом

Трубопроводная арматура — это специальные устройства, которые устанавливаются на трубопроводах, агрегатах или сосудах и предназначены для регулирования потока рабочей среды, находящейся в разном агрегатном состоянии (жидком, газообразном, суспензии и т. п.) путём изменения площади проходного сечения.

Сфера применения

Сегодня мировые тенденции развития промышленности направлены на автоматизацию управления технологическими процессами.

Трубопроводная арматура с электроприводомобладает большими возможностями в плане электронного управления, позволяющими в любой момент времени оценить ее состояние и работоспособность. В таких конструкциях запорный элемент арматуры приводится в движение приводом. Он может не только открыть или закрыть арматуру, но и зафиксировать затвор для обеспечения герметичности, а также в случае его заклинивания – отключить электродвигатель.

Трубопроводная арматура с электроприводом применяется как в сложных и разветвленных промышленных трубопроводных системах, так и в бытовых системах водоснабжения и отопления.

Использование электропривода обеспечивает повышение качества производственного процесса, а также возможность диагностики и предупреждения неисправностей арматуры, так как позволяет осуществлять непрерывный контроль значений крутящего момента. Благодаря этому еще на начальном этапе выявляются любые изменения в работе арматуры (например, износ или инерционность) и проводится своевременное профилактическое техобслуживание или ремонт.

Классификация электроприводов трубопроводной арматуры

Приводы классифицируются по нескольким признакам:

По движению выходного звена:поступательные (или прямоходные);вращательные, которые в свою очередь подразделяются по количеству оборотов шпинделя на:неполноповоротные (однооборотные);многооборотные (имеющие более одного оборота выходного кинематического звена).Прямоходные приводы применяют для автоматизации вентилей, имеющих гладкий шток, или регулирующих клапанов.

Многооборотным электроприводом чаще всего управляются клиновые или шиберные задвижки, запорные клапаны. Неполноповоротные электроприводы, поворачивающие рабочее звено арматуры на 90°, применяют для управления поворотными дисковыми затворами и шаровыми кранами.По конструкции редуктора, передающего момент вращения выходному валу, электроприводы делятся на:червячные;цилиндрические;планетарные;конические;сложные, включающие два и более типа передач. В зависимости от типа системы управления выделяют:электронный блок концевых выключателей;механический блок концевых выключателей;электронный интеллектуальный модуль.

Мощность и передаточное число электродвигателя увеличивается пропорционально выходному моменту вращения.

Конструкция электропривода

В конструкцию простого электропривода трубопроводной арматуры входят следующие узлы:

Электродвигатель.

Для решения различных задач могут применяться двигатели, рассчитанные на разные значения электрического тока и напряжения. Также они могут отличаться по мощности, габаритам и весу.Редуктор, предназначенный для регулировки частоты вращения вала двигателя и преобразования вида движения рабочих элементов. Это наиболее тяжелый узел устройства, на который приходится до 70% его массы.Двухстороння муфта – силовой ограничитель крутящего момента, предназначенный для защиты механизма от перегрузок, возникающих в процессе работы устройства.Блок концевых выключателей – ограничивает движение выходного вала при достижении им определенного положения путем отключения электродвигателя.

Как правило, концевые выключатели настроены на отключение напряжения при полностью закрытой или открытой арматуре, но их также можно настраивать на срабатывание в промежуточных положениях.Маховик ручного дублера. Трубопроводная арматура обязательно должна быть оснащена ручным приводом, позволяющим осуществлять регулирование в ходе ремонтных и наладочных работ, а также в случае отключения электроэнергии. Кроме того, дублер снабжен переключателем для ручного управления.

Он предохраняет от самопроизвольного включения электропривода при наладке оборудования, и таким образом предотвращает травмирование обслуживающего персонала.Датчик и указатель положения привода. Указатель положения рабочего органа локально показывает степень открытия арматуры. Датчик положения затвора дистанционно указывает степень открытия на запорной арматуре в определенный момент времени, а на регулирующей – используется как элемент обратной связи.

Жесткое крепление электропривода к арматуре обычно обеспечивает фланцевое соединение.

Принцип работы электропривода

Основная функция трубопроводной арматуры с электроприводом заключается в управлении подвижными частями затвора в результате совокупной работы всех составляющих узлов приводного механизма. Электропривод трубопроводной арматуры представляет собой управляемый электромеханический модуль, в котором взаимодействуют преобразователи, система управления, а также устройства, обеспечивающие связь привода с внешними коммуникациями системы.

Преобразователями электрической энергии в механическую и электромеханическую выступают электродвигатель и редуктор, а взаимодействие с внешними коммуникациями обеспечивают различные электрические, механические и информационные системы.

Электродвигатель

Для преобразования электрической энергии в механическую в приводе устанавливают электродвигатели, рассчитанные на работу от постоянного или переменного тока, а также от разных значений напряжения. Большинство электроприводов трубопроводной арматуры переменного тока имеют следующие номинальные параметры: напряжения в однофазной сети – 220 В, в трехфазной ─ 380 В, а также частоты тока – 50 Гц.

Редукторы. Безредукторный электропривод

Крутящий момент передается от вала электродвигателя через дифференциальный редуктор выходному кинематическому звену, которое является приводным для перемещения затвора и обеспечивает необходимую степень его герметичности. Одним из главных параметров электропривода является значение максимального крутящего момента на выходном валу, определяющего прикладываемое усилие. По виду ограничения максимального момента вращения, электроприводы классифицируют на модели с двусторонним или односторонним ограничением.

Частота вращения вала электродвигателя обычно значительно больше требуемой для трубопроводной арматуры. По этой причине в конструкцию привода входит редуктор, который уменьшает частоту вращения и увеличивает крутящий момент.

Редукторы также отличаются по своей конструкции. Например, волновой редуктор оснащен передачей в форме цилиндра с зубчатыми колесами, способными деформироваться. Планетарный редуктор имеет в своем составе передачи с подвижными осями.

В цилиндрическом редукторе применяются исключительно цилиндрические зубчатые передачи. Наиболее распространенным редуктором, используемым для регулировки трубопроводной арматуры, является червячный редуктор. Он имеет функцию самоторможения.

Наличие редуктора в конструкции привода существенно увеличивает его массу, габариты, а также стоимость всего устройства. К тому же, в таком случае снижается КПД привода. По этой причине были разработаны безредукторные электроприводы на основе тихоходных электродвигателей или вентильно-индукторных двигателей с регулируемой частотой вращения.

Система управления трубопроводной арматурой с электроприводом

Технические возможности современных электроприводов зависят не только от параметров электродвигателя, но и от характеристик системы управления трубопроводной арматурой. Система управления электроприводом обеспечивает бесперебойную работу всего устройства, контролируя и регулируя все происходящие процессы. Таким образом, она должна отвечать следующим требованиям:

обеспечивать эффективное преобразование электрической энергии в механическую;определять значение крутящего момента;обеспечивать герметичность арматуры;контролировать работу в пограничных режимах;поддерживать постоянную скорость при переменной нагрузке;обеспечивать точность положения рабочего органа затвора;обеспечивать защиту узловых элементов арматуры;сохранять данные о положении выходного звена.

Чтобы беспрекословно выполнялись все перечисленные требования, постоянно ведутся разработки, направленные на расширение функционала управления приводом. Благодаря упрощению конструкции арматуры и уменьшению количества подвижных элементов, удалось повысить надежность приводов, а ранняя диагностика позволяет предотвратить их неисправности.

Появление интеллектуального электронного модуля управления позволило программировать работу электропривода. При этом программы могут либо храниться в памяти привода, либо загружаться в него дистанционно с пункта автоматической системы управления.

Электронный блок не только обеспечивает высокую надежность и точность работы арматуры, но и позволяет вести журнал учета всех происходящих процессов, записывая текущую информацию в архив. Так контролируется время открытия и закрытия арматуры, определяется количество циклов срабатывания. Архив позволяет провести диагностику текущего состояния деталей и узлов электропривода, а в случае необходимости – подать сигнал о возникновении предаварийной и аварийной ситуации.

Преимущества электропривода трубопроводной арматуры

Использование приводов электрического типа в трубопроводной арматуре имеет множество преимуществ:

достигается высокая степень автоматизации управления всеми типами арматуры;предоставляется широкий спектр функциональных возможностей;имеется большой выбор типов и модификаций приводов, что позволяет использовать их в трубопроводных системах разных размеров и назначений;обеспечивается возможность установки арматуры практически любого размера;привод питается наиболее доступным видом энергии – электричеством, которое практически не зависит от влияния внешних факторов; обеспечивается безопасное для рабочего органа арматуры снятие привода, с целью проведения обслуживания и ремонта;имеется возможность установки привода на арматуру с ручным управлением;достигается высокий КПД, а электроэнергия затрачивается только на выполнение работы арматуры; становится доступным дистанционное управление технологическими процессами на больших расстояниях.

Однако, несмотря на очевидные достоинства использования электропривода, у такого решения существуют также ряд недостатков:

приводы, оборудованные демпфирующим устройством, обладают небольшим КПД – до 50%. поэтому, их ресурс ограничивается только несколькими десятками тысяч циклов. Для управления арматурой со средним и большим условным проходом этого количества циклов недостаточно;все механизмы электропривода относительно быстро изнашиваются и выходят из строя, из-за чего устройство требует регулярного техосмотра, обслуживания и ремонта; контакты привода создают помехи в сети, влияющие на электрические коммуникации;использование электропривода невозможно в местах, где нет источника питания.

Трубопроводная арматура с электроприводом при наличии определенных недостатков все же достаточно широко используется во многих производственно-технологических процессах, поскольку обеспечивает возможность автоматизации управления данными системами.

Управление режимами работы коммуникаций различного назначения  может быть возложено на автоматизированные системы, в которых применяется запорная арматура с электроприводом и пневмоприводом. Применение таких устройств позволяет оперативно менять режимы работы различных систем, реагировать в случае возникновения аварийных ситуаций.

↑

Механизированный привод является оптимальным решением для сложных и разветвленных систем, хотя он может успешно применяться и в бытовых системах отопления и водоснабжения.

Различают несколько основных видов механизированных приводов исполнительных устройств:

Электропривод – позволяет преобразовать вращательное движение электродвигателя в поступательное движение рабочего органа арматуры.

В комплект устройства, кроме двигателя, входят различные механизмы (редуктор, механические узлы, передающие усилие).Пневмопривод применяется при наличии источника сжатого воздуха. Может устанавливаться в условиях взрывоопасной атмосферы (угольные шахты, производства, связанные с наличием в воздухи взвешенной веществ). Запорная арматура с пневмоприводом отличается надежностью и неприхотливостью в обслуживании.

По такому же принципу работает и гидравлический привод, единственное различие — в качестве рабочего вещества выступает техническая жидкость, а не сжатый воздух.

Еще один вид привода, который стал в последнее время применяться все чаще — электромагнитный привод. Отличается минимальным наличием подвижных деталей, что позволило обеспечить существенную надежность устройства.

↑

В конструкцию обычного электрического привода входят следующие узлы.

Электрический двигатель – устройство, обеспечивающее движение всех деталей механизма. Применяются двигатели, рассчитанные на различное напряжение и вид электрического тока. В зависимости от габаритов и веса исполнительного механизма может существенно отличаться по мощности.

Силовой ограничитель – обеспечивает защиту механизма при возникновении перегрузок в работе устройства.Иногда применяется совместно с демпфером, снижающим влияние собственного веса движущихся элементов привода.

Концевые выключатели предназначены для отключения электродвигателя при достижении рабочим органом определенного положения. Чаще всего настраиваются на срабатывание при полностью открытой или закрытой арматуре, но в некоторых устройствах можно снимать напряжение и в промежуточных положениях.

Редукционное устройство, которым оснащаются приводы запорной арматуры, предназначено для уменьшения числа оборотов вала двигателя, преобразования вида движения рабочих органов.Соединение корпуса арматуры и электропривода в большинстве случаев осуществляется при помощи фланцевого устройства.А вал привода и арматура стыкуется при помощи муфты, которая часто выполняет и функцию предохранителя от повышенных нагрузок.

В устройствах, управляемых автоматическими системами применяют датчики положения задвижки, которые показывают состояние арматуры в определенный момент времени. Вся информация передается в систему по линиям сигнализации (специальный кабель небольшого сечения).

Запорная арматура в обязательном порядке должна оснащаться ручным приводом, который позволит ею управлять в случае выхода электрооборудования из строя.

Кроме того, электропривод запорной арматуры должен отключаться, это позволит исключить возможность самопроизвольного включения при выполнении наладочных работ и ручном управлении.

↑

Устройство такого привода значительно проще.

Основным его элементом является пневмоцилиндр. В зависимости от того, в какую его часть подается сжатый воздух, происходит движение штока в заданном направлении. По тому же принципу действует и гидропривод, но его конструкция несколько сложней, в его устройство входит гидродвигатель, создающий избыточное давление жидкости.

Пневмопривод для запорной арматуры,также как и электрические устройства, оснащается датчиками положения, концевыми выключателями. Отсутствие вращающихся деталей существенно упрощает конструкцию, делает ее стоимость ниже и повышает надежность устройства.

↑

Несмотря на целый ряд преимуществ, которые обеспечивает применение электропривода, необходимо помнить и о некоторых особенностях его применения, к достоинствам которые отнести нельзя:

Большое количество подвижных деталей делает необходимым регулярное техническое обслуживание механизма. Вследствие особенностей рабочего режима такие узлы очень часто выходят из строя, причиной чаще всего является износ деталей.Применяемая в качестве демпфирующего устройства червячная пара отличается низким КПД, особенно это ощутимо в устройствах, предназначенных для управления коммуникациями среднего и большого диаметра. Рабочий ресурс механизма не превышает 10-15 тысяч циклов.Электрическая часть механизма способна создавать значительные помехи в проходящих рядом сетях управления и сигнализации.Применение электропривода не допускается при наличии взрывоопасной атмосферы в месте установки.Привод нельзя применять, если существует необходимость перемещения рабочего органа в одно из крайних положений при отключении электроэнергии.

Если для подключения электропривода необходимо устройство отдельного источника питания, то его применение не является целесообразным.

↑

Но, несмотря на все недостатки,  запорная арматура, оснащенная электроприводом, применяется во многих случаях.

Это можно объяснить тем, что все недостатки практически полностью компенсируются преимуществами устройства:

Электропривод может быть смонтирован на любой тип запорной арматуры, независимо от принципа ее работы (задвижки, шиберные затворы).Его можно установить на арматуру с ручным приводом без предварительной модификации устройства, переделка практически не требуется.Питание привода осуществляется исключительно от электрической сети, подключение другого вида энергии не требуется.Возможен монтаж непосредственно на трубопровод, но при необходимости привод может быть установлен и на некотором расстоянии от него.Электрическая сеть не подвергается воздействию внешних факторов, как это бывает в случае применения пневмо- и гидроприводов (замерзание рабочих веществ, засорение системы). В особо ответственных случаях монтируются независимые источники электропитания (генераторы, резервные аккумуляторы).При отключении электропитания отсутствует опасность самопроизвольного смещения рабочих органов, что повышает безопасность выполнения работ по обслуживанию и ремонту.Существует возможность подобрать комплект оборудования для трубопроводов различного диаметра.

При эксплуатации коммуникаций с разветвленной или сложной конфигурацией, сетей, имеющих значительную протяженность, применение электро- и пневмоприводов позволяет создать эффективную систему управления производственными процессами.

Сталкиваясь с таким вопросом, как отопительные системы, часто можно слышать понятие «запорная арматура». Арматурой принято называть вспомогательные стандартные устройства, которые не входят в состав основного оборудование, но функционирование отопительных систем без которых просто невозможно. В котельных арматура используется для управления агрегатами и для обеспечения их непрерывного и безопасного функционирования.

Принято разделять арматуру на многие виды, в частности, на запорную. Часто можно встретить арматуру с электроприводом или с пневматическим приводом.Арматурой принято называть вспомогательные стандартные устройства, которые не входят в состав основного оборудование, но функционирование отопительных систем без которых просто невозможноЧто такое электрический приводЭлектрическим видом арматуры принято называть устройство, которое является всего лишь одной из множества разновидностей простых электрических приводов. В данном случае такой привод предназначен для автоматизации трубопроводной арматуры.

Подобные приводы устанавливаются не только в отопительных системах, но и во многих других, автоматизируя многие технологические процессы.Как правило, электроприводы используются для управления арматурой на расстоянии, то есть для ее дистанционного закрытия или открытия.Стоит заметить, что запорная арматура может быть оснащена не только электроприводом.Действительно, сейчас есть несколько видов приводов:электропривод;пневмопривод;гидропривод;электромагнитный привод.Классификация может быть осуществлена сразу по нескольким признакам. Например, по роду тока, который необходим для управления электроприводом, они могут быть оснащены двигателем переменного тока и двигателем постоянного тока.Стоит отметить, что двигатели с переменным током используются гораздо чаще, чем приводы с двигателями постоянного тока.Стоит отметить, что двигатели с переменным и постоянным током могут иметь в своей конструкции силовой ограничительКроме того, и те, и другие могут иметь в своей конструкции силовой ограничитель, а могут функционировать без него. Если привод оснащен силовым ограничителем, то можно разделить этот вид на несколько подвидов, которые классифицируются по принципу работы силового ограничительного устройства:фрикционный привод;фрикционно-кулачковый;электромеханический;электромагнитный;электрический;электронный.Все приводы запорной арматуры оснащены редуктором.

По конструкции этого механизма их можно классифицировать следующим образом:червячного типа;планетарного;цилиндрического;кулисно-винтового;сложного, то есть состоящего сразу из нескольких видов передач.Вся суть работы привода состоит в том, что отдельная его часть при подаче тока перемещается, закрывая или открывая арматуру. По виду перемещения и его величине приводы делят на следующие типы:многооборотного типа;неполноповоротного;прямоходного.Конструкция стандартного электропривода запорной арматурыПо своей конструкции такие устройства состоят из шести основных частей или механизмов: электродвигатель; силовой ограничитель; путевой выключатель; редуктор; крепежное приспособление; дублер ручного типа.По своей конструкции такие устройства состоят из шести основных частей или механизмов:электродвигатель;силовой ограничитель;путевой выключатель;редуктор;крепежное приспособление;дублер ручного типа.Электродвигатель является основным источником движения запорно-отпорного устройства.Силовой ограничитель имеет своим основным предназначением предупреждение поломок, а также перегрузок арматуры. В некоторых случаях это устройство ставится вместе с депфирующим механизмом, то есть тормозным механизмом, который исключает влияние инерции находящихся в движении элементов на арматуру.Путевые выключатели нужны для установления положения, в котором находится рабочий орган.

Кроме того, отключение от источника питания электродвигателя осуществляется тоже этим механизмом.Редуктор является преобразователем скорости и вида движения выходных элементов в соответствии с необходимыми параметрами арматуры.Крепежное приспособление, как правило, состоит из соединителя фланцевого типа и муфты. Фланцевый соединитель является соединителем между электроприводом и арматурой, а муфта – валом привода и арматурой.Датчики показывают, в какой степени открыта арматура в каждый отдельный момент времениДублер ручного типа представляет собой обыкновенный рычаг управления в виде колеса. Предназначен для управления арматурой вручную, например, во время производства наладки или при отсутствии электричества.

Как правило, такое устройство имеет в своем составе специальный переключатель на ручное управление, который помогает избежать травм во время использования при подаче электрического тока.В своем составе все приводы имеют датчики. Эти датчики показывают, в какой степени открыта арматура в каждый отдельный момент времени. На запорной арматуре, оснащенной электроприводом, такие датчики используются для указания степени открытия или закрытия арматуры на расстоянии.

На регулирующей же арматуре – для обратной связи.Кроме того, в конструкции обязательно должны быть различные соединения, минимум два:питание;сигнальный кабель, по которому проходят сигналы от датчиков.Использование приводов электрического типа имеет целый ряд положительных моментов, которыми не обладает, например, запорная арматура с пневмоприводомиИспользование приводов электрического типа имеет целый ряд положительных моментов, которыми не обладает, например, запорная арматура с пневмоприводами:электроприводом может быть обеспечено централизованное управление всеми классами и типами арматуры;способность работы с арматурой практически любого размера, а также на месте условного перехода от максимального до минимального размера;электроприводом потребляется только один вид энергии, поэтому есть необходимость подвода только электричества. При установке такого рода привода могут быть вынесены различные соединения, которых достаточно мало и которые весьма несложные;такой вид данного устройства может быть монтирован как непосредственно на управляемую арматуру, так и на расстоянии от нее;при снятии для обслуживания и ремонта не создается опасность того, что рабочий орган самопроизвольно изменит свое положение;есть возможность установки привода на арматуру, оснащенную устройством управления ручного типа без его переоборудования;постоянство питания, которое обуславливается отсутствием в электросети таких недостатков, как обледенение, засорение и других.Стоит заметить и то, что сейчас нет больше ни одного типа привода, который работал бы только от одного вида энергии, оставаясь при этом способным обеспечить сигнализацию крайних и промежуточных положений рабочего органа. Все датчики, будь то показатели положения рабочего органа или показатели наличия заеданий подвижных частей, работают исключительно за счет электричества.Несмотря на все достоинства, существуют у таких приводов и свои недостатки:приводы, как правило, оборудованы демпфирующим устройством – червяной парой.

Она, в свою очередь, обладает очень небольшим коэффициентом полезного действия, который в большинстве случаев не превышает 50%. По этой причине ресурс червяной пары ограничен всего несколькими десятками тысяч циклов, что очень мало для регулирования арматуры больших и даже средних условных проходов;все механизмы достаточно часто выходят из строя, что обуславливается большой степенью износа отдельных элементов. По этой причине необходимо постоянно производить обслуживание и уход за электроприводом;все контакты такого привода будут создавать дополнительные помехи, что критично, если данное устройство расположено рядом с какими-либо коммуникациями электрического типа.Однако для управления отсечной арматурой, то есть арматурой быстрого действия, рекомендовано использование именно электроприводов.

Они позволяют в значительной степени снизить влияние инерционных масс самого устройства на арматуру.Не рекомендовано использовать привод данного вида в случаях, когда его питание должно осуществляться от отдельного источника питания – в данном случае лучше использовать энергию в виде сжатого воздуха. Не рекомендуется использовать его и тогда, когда есть необходимость в том, чтобы управляющий орган занял одно из крайних положений при отключении энергии. Еще одним случаем невозможности использования электропривода является объект особой взрывоопасности.Поделитесь полезной статьей:Похожие статьи:

Источники:

• www.techmarcet.ru
• vsetrybu.ru
• experttrub.ru