В.А. Старовойтов Трубопроводная арматура с пневматическими исполнительными механизмами

10

Работа настоящего позиционера (рис. 5) основана на методе компенсации моментов на подвижном рычаге 1, развиваемых чувствительным элементов 2 (сильфоном) и пружиной обратной связи 5. В положении ВКЛ (Включено) крана-переключателя 10 входной сигнал поступает в сильфон 2, который воздействует на рычаг 1. Перемещение рычага вызывает изменение зазора между ним и соплом 4, вследствие чего давление воздуха в линии сопла изменяется. Это давление поступает к пневмореле 9, питаемому воздухом повышенного (250 кПа) давления. На выходе пневмореле формируется усиленный по мощности сигнал, который поступает в камеру мембранно-пружинного ИМ 6 и вызывает перемещение его выходного звена 7, связанного рычагом 8 с пружиной обратной связи 5. Перемещение будет происходить до тех пор, пока рычаг 1 не придет в состояние равновесия. Таким образом, каждому значению входного сигнала позиционера соответствует определенное положение выходного звена ИМ.

Корректируется начальное положение выходного звена пружиной 3. Настройка хода выходного звена производится изменением числа рабочих витков пружины обратной связи. С помощью переключателя 10 позиционер можно отключить от МИМ, в этом случае управление последним осуществляется непосредственно входным сигналом.

Позиционер монтируется на корпусе МИМ при помощи кронштейна и может комплектоваться фильтром и редуктором давления.

3.2. Поршневые исполнительные механизмы (ПИМ)

ПИМ применяются в тех случаях, когда требуется перемещать шток на большое расстояние (60-320 мм). Такие перемещения обычно характерны для шиберов, задвижек, заслонок [1, c. 58; 3, c. 247].

Основными элементами поршневого привода (рис. 6) являются рабочий цилиндр 3, поршень 4 и шток 2. Цилиндр и поршень изготовляются из чугуна или стали, а их рабочие поверхности хромируются (пористое хромирование). Уплотнение резиновыми манжетами применяется наиболее часто, а при высоких температурах и давлении пара в поршневых приводах уплотнение осуществляется асбестовой набивкой.

11

Рис. 6. Поршневой привод двустороннего действия к клиновой задвижке: 1, 6 – штуцер; 2 – шток; 3 – цилиндр; 4 – поршень; 5 – манжета резиновая; 7 – задвижка (РО)

12

Вслучае использования привода (ИМ) двустороннего действия при подаче сжатого воздуха (командного сигнала) через штуцер 6 поршень поднимается вверх, увлекая за собой шток и клиновой затвор задвижки 7. При этом осуществляется одновременный сброс давления из верхней части цилиндра через штуцер 1. Для закрытия задвижки сжатый воздух подается через штуцер 1, а сброс – через штуцер 6.

При небольших перемещениях могут использоваться ПИМ одностороннего действия с пружиной возврата.

Внастоящее время изготовление пневмоцилиндров стандартизовано [1, c. 34]. Стандартом предусмотрен выпуск пневмоцилиндров диаметром от 25 до 400 мм с различными видами крепления и конструкций подвижной части.

Типичным представителем серийно изготовляемых пневмоцилиндров является пневмоцилиндр двойного действия, имеющий перемещение S=135 мм (рис. 7).

Рис. 7. Пневматический цилиндр двойного действия

DNGS-63-135-PPV:

1 – шток; 2 – уплотнение (сальник); 3 – крышка сальника; 4 – шпилька стяжная; 5 – корпус; 6 – гильза цилиндра; 7 – тормозной цилиндр; 8 – поршень; 9 – канал подачи (отвода) воздуха

13

3.3. Аппаратура управления пневматическими исполнительными механизмами

Собственно управление пневматическими ИМ сводится к подаче сжатого воздуха в нужное место и нужное время. Для этого используются так называемые входные устройства.

Входные устройства предназначены для ввода в систему управления внешних заданий (команд), информации о состоянии и положении исполнительных механизмов или рабочих органов объекта управления, о величине параметров контролируемых процессов и т.п. Ввод внешних заданий обеспечивается устройствами ручного или автоматического ввода информации. Внешние сигналы, поступающие в систему в виде сигналов другого вида энергии, например электрические, преобразовываются в пневматические сигналы с помощью соответствующих преобразователей. Информация о состоянии параметров процесса и положении исполнительных механизмов (сигналы обратной связи) поступает от конечных выключателей и датчиков. Преобразование аналоговых сигналов обратной связи в дискретные обеспечивается выключателями граничных значений (реле давления, элементами сравнения и т.п.).

К устройствам ручного ввода информации в УСЭППА относятся пневмокнопки и пневмотумблеры, обеспечивающие ввод в систему пневматических единичных или нулевых сигналов: кратковременных (с помощью пневмокнопок) и длительных (с помощью пневмотумблеров). Пневмокнопки и пневмотумблеры аналогичны по конструкции и отличаются только исполнением нажимного органа, который обеспечивает два положения распределительного элемента.

Пневмотумблер (рис. 8) состоит из рычага 1, гайки 2, мембранного узла 3, пружины 4, клапана 5, корпуса 7, крышек 6 и 8. Детали мембранного узла 3 имеют каналы для соединения системы с атмосферой (когда на узел не воздействует рычаг 1). Накидная гайка 2 предназначена для крепления тумблера на панели. При переводе рычага 1 тумблера влево мембранный узел перемещается вниз, открывая клапан 5. Сжатый воздух, подводимый в камеру А, поступает в камеру Б и далее в систему. Перевод рычага тумблера в исходное положение приводит к запиранию камеры питания и сообщению выхода, а следовательно, и системы с атмосферой.

14

Рис. 8. Пневмотумблер

15

Как видно из устройства пневмотумблера, управляющий сигнал может быть подан только по одной пневматической линии, что вполне достаточно для привода в действие ИМ одностороннего действия, т.к. возврат осуществляется с помощью пружины.

Для обеспечения последовательного включения групп каналов (одновременной подачи нескольких сигналов в систему) используют многопозиционные переключатели. Однако они малопригодны для использования в автоматических системах. Гораздо более перспективны в этом плане пневмораспределители, которые широко используются для изменения направления или пуска и останова потоков сжатого воздуха в двух или более пневмолиниях в зависимости от внешнего управляющего воздействия [1, c. 78].

На рис. 9 представлена схема золотникового пневмораспределителя с электромагнитным управлением. Электромагнит состоит из катушки возбуждения 3 и сердечника 5 с возвратной пружиной 4. В положении, соответствующем расположению деталей на рис. 9, катушка возбуждения обесточена, и благодаря этому возвратная пружина способствует перекрытию фасонной частью сердечника канала Б и открытию канала А. Сжатый воздух, поступая по трубопроводу питания 1 через аварийный пневмотумблер 2, проходит по каналу Д и затем через канал А давит на левый торец (камера Г) золотника, перемещая его в крайнее правое положение. Результатом этого является соединение трубопровода питания и штуцера 7, ведущего к одной из камер пневмоцилиндра ПИМ, благодаря чему и происходит перемещение поршня. Одновременно по другому штуцеру 8 воздух из другой части цилиндра ПИМ выходит через штуцер 9 в атмосферу.

При подаче командного электросигнала (напряжение постоянного тока 24 В) на обмотку возбуждения происходит втягивание (подъем вверх) золотника, который своей нижней частью открывает доступ в канал В и перекрывает канал А. Сжатый воздух из канала Д поступает через камеру Б в канал В и из него давит на правый торец золотника, перемещая его в крайнее левое положение. При этом сжатый воздух поступает из трубопровода питания уже не в штуцер 7, а в штуцер 8, и вызывает перемещение ПИМ в другом направлении. Сброс воздуха в атмосферу происходит через штуцеры 7 и 10.

16

Рис. 9. Схема пневмораспределителя с электромагнитным управлением

Для бесступенчатой (плавной) подачи пневматического командного сигнала на МИМ используются так называемые панели дистанционного управления ПДУ-А, БПДУ-А, ДПУ-2, ДПУ-10, ПП12.2, устанавливаемые на пультах управления. Некоторые из них представляют собой просто переменные дроссели с манометром, а другие же, например пневматические панели ПП12.2, позволяют осуществлять как ручное, так и автоматическое управление (естественно, при наличии регулятора) мембранно-пружинными ИМ, обеспечивая при этом безударный ввод командного сигнала [2, c. 178].

Так как в работе отсутствует автоматический регулятор, то пневмопанель ПП12.2 используется только в режиме ручного дистанционного управления, как это и показано на принципиальной схеме (рис. 10). Использованию ПП12.2 в этом режиме соответствуют только сплошные линии и установка рычага 6 пневматического тумблера.

17

Рис. 10. Принципиальная схема пневматической панели ПП12.2: 1 – винт настроечный задатчика; 2, 5 – пружина; 3 – перегородка; 4 – мембрана; 6 – рычаг тумблера; 7 – тумблер пневматический; 8 – указатель сигнала задания; 9 – указатель давления воздуха в ИМ; 10 – шкала манометра МТС-712; 11 – задатчик

4. ОПИСАНИЕ СТЕНДА

Технические средства стенда расположены на вертикальном металлическом щите в соответствии с рис. 11. Объектами исследования являются мембранный и поршневой ИМ. Помимо этого в зоне стенда размещен задействованный в другой лабораторной работе клапан регулирующий 14 с мембранным ИМ, но без позиционера.

Пневматические устройства получают питание от сети сжатого воздуха. Давление питания 0,14 МПа (1,4 кгс/см2) устанавливается редуктором 2 и контролируется манометром 3. Подача питания для позиционера производится включением пневмотумблера 8. Сетевое напряжение переменного тока напряжением 220 В преобразуется в напряжение постоянного тока 24 В и используется для срабатывания клапана электропневматического 9. Положение этого клапана определяет на-

18

правление движения штока поршневого ИМ 12. Соответствующие этому команды подаются с помощью тумблера 4.

Управление движением мембранного ИМ 13 производится вращением маховичка 5 пневмопанели 6, тумблер 7 которой установлен в положение «Р».

5. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

После изучения настоящих указаний и знакомства с техническими средствами следует поставить в известность преподавателя и с его помощью включить станцию приготовления сжатого воздуха.

Для приведения в действие мембранного ИМ необходимо редуктором 2 по манометру 3 установить давление питания 0,14 МПа и пневмотумблером 8 (положение «Вкл») подать питание 0,25 МПа (2,5 кгс/см2) на позиционер.

Установить тумблер 7 пневмопанели в положение «Р» и маховичком 5 пневмопанели установить верхний указатель находящегося в нем манометра на «0».

Из этого состояния, вращая маховичок 5 против часовой стрелки и, следовательно, наращивая давление сжатого воздуха под мембраной МИМ, отмечать с помощью линейки перемещение штока, т.е. степень открытия клапана. Наращивая давление ступенчато (0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 кгс/см2) и ориентируясь по показаниям манометра не только на пневмопанели, но и на МИМ, полученные данные занести в таблицу.

Прямой	ход
Обратный	ход

Давление в мембранной	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
камере МИМ, кгс/см2
Ход штока МИМ, мм

Ход штока МИМ, мм

По полученным данным построить статическую характеристику МИМ.

19

Рис. 11. Расположение трубопроводной арматуры с пневматическим приводом и органов управления на стенде:

1 – тумблер «Сеть»; 2 – редуктор пневмопитания; 3 – манометр; 4 – переключатель электромагнита пневмораспределителя; 5 – орган управления положением клапана регулирующего 25ч7п1; 6 – пневматическая панель ПП12.2; 7 – тумблер установки режима управления для ПП12.2; 8 – пневмотумблер питания позиционера; 9 – клапан электропневматический; 10 – пневматический распределитель с электромагнитным управлением; 11 – заслонка ДУ80; 12 – пневматический поршневой ИМ; 13 – клапан регулирующий 25ч7п1 (НЗ) с мембранным исполнительным механизмом; 14 – клапан регулирующий 25ч35эм5 (НО) с мембранным исполнительным механизмом (задействован в САУ расхода)

Для приведения в действие поршневого ИМ необходимо включить электропитание стенда, нажав верхнюю часть тумблера 1 «Сеть».