Siłowniki pneumatyczne: napęd dwukierunkowy i resetowanie sprężynowe-analiza zasady podwójnego i pojedynczego działania

W systemach sterowania automatyki przemysłowej siłowniki pneumatyczne działają jak „mięśnie” urządzeń przemysłowych, przekształcając energię sprężonego powietrza na moment mechaniczny i napędzając zawory w celu otwierania, zamykania lub regulacji. Pneumatyczne siłowniki pneumatyczne dzielą się na dwa główne typy w zależności od przenoszenia energii i metod resetowania. Kluczowa różnica polega na zasadzie działania: siłowniki dwustronnego-działania wykorzystują sprężone powietrze do poruszania się w obu kierunkach, natomiast siłowniki jednostronnego działania- działają poprzez kombinację napędu sprężonym powietrzem i resetowania siły sprężyny. To różnica w zasadzie bezpośrednio określa ich charakterystykę strukturalną, wydajność funkcjonalną i scenariusze zastosowań. Poniższa analiza pozwoli zagłębić się w podstawowe różnice między nimi na podstawie zasad ich działania.

Siłowniki pneumatyczne-podwójnego działania działają na zasadzie „dwu-kierunkowego uruchamiania pneumatycznego”. Wewnątrz zwykle są wyposażone w dwutłokową przekładnię zębatkową-. Cylindry podzielone są tłokiem na dwie oddzielne komory (powszechnie zwane A i B). Obie komory wyposażone są w porty wlotowe/wylotowe. Sprężone powietrze naprzemiennie wpływa do i z tłoka, a następnie napędza wał wyjściowy przekładni od 0 do 90 stopni obrotu (w przypadku zaworów o skoku kątowym).

Specyficzny proces pracy można podzielić na dwa etapy: gdy sygnał sterujący wskazuje otwarcie zaworu, sprężone powietrze dostaje się do wlotu komory A za zaworem elektromagnetycznym. W tym momencie powietrze w komorze B jest sprężane i wydalane przez otwór wylotowy w komorze B. Ruch liniowy tłoka przekształca się w ruch obrotowy wału wyjściowego (zwykle obracającego się o 0 do 90 stopni w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara) poprzez zazębienie zębatki, która napędza zawór do otwarcia. W przypadku konieczności zamknięcia zaworu sygnał sterujący zmienia stan elektrozaworu. sprężone powietrze wchodzi przez wlot komory B, popychając tłok w przeciwnym kierunku, aby skompresować komorę A. Powietrze z komory A jest usuwane przez otwór wylotowy, a wał wyjściowy obraca się w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara od 90 stopni do 0 stopni, aby zakończyć zamykanie zaworu.

Warto zauważyć, że oba kierunki ruchu siłownika-podwójnego działania zależą od zasilania sprężonym powietrzem. Wyjściowy moment obrotowy jest stabilny i liniowy przez cały czas podróży, a konstrukcja obwodu pneumatycznego umożliwia dostosowanie ruchu do rzeczywistych potrzeb - – niezależnie od tego, czy napęd pneumatyczny w pomieszczeniu A obraca się w lewo czy w prawo – poprzez dopasowanie odpowiedniej logiki sterowania aerodynamicznego. W przypadku przerwania dopływu powietrza siłownik dwustronnego działania pozostanie w swoim bieżącym położeniu z powodu utraty zasilania. Ta funkcja zapewnia elastyczność sterowania bez konieczności awaryjnego resetowania.

W przeciwieństwie do „w pełni pneumatycznych” siłowników-dwustronnego działania, podstawowa koncepcja konstrukcyjna siłowników pneumatycznych jednostronnego-działania polega na „jednokierunkowym napędzie pneumatycznym + zwrotnym resetowaniu sprężyny”. Ich struktura obejmuje zespół sprężyny resetującej, co pozwala uzyskać konstrukcję o dwóch-działaniach. Sprężyna jest zwykle montowana na jednym lub obu końcach cylindra. Ściśnięcie i zwolnienie sprężyny zapewnia siłę reakcji, osiągając w ten sposób funkcję bezpieczeństwa „automatycznego resetowania utraty powietrza”. W zależności od stanu resetu po utracie gazu, siłowniki jednostronnego działania-można podzielić na dwa tryby: „zamknięcie utraty gazu” i „zamknięcie otwarcia utraty gazu”. Obydwa działają w tym samym trybie, z tą różnicą, że sprężyna jest zamontowana w kierunku przeciwnym do logiki działania.

Weźmy szerzej stosowany model „Nie-otwiera się-(FC)”. Zasada działania wygląda następująco: Kiedy trzeba otworzyć zawór, sprężone powietrze dostaje się przez wlot komory A. Ciśnienie powietrza przekracza siłę naciągu sprężyny, wypychając tłok na bok sprężyny i stopniowo ściskając sprężynę. Jednocześnie komora B pełni funkcję otworu wentylacyjnego usuwającego powietrze. Tłok napędza mechanizm zębatkowy, obracając wał wyjściowy w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara od 0 do 90, otwierając zawór. W przypadku przerwania sygnału sterującego lub awarii źródła gazu komora A zatrzymuje wlot i rozpoczyna odpowietrzanie. W tym momencie zanika napęd sprężonego powietrza, a ściśnięta sprężyna uwalnia energię potencjalną sprężystości, wyrzucając tłok w przeciwnym kierunku i resetując. Wał wyjściowy obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara o 90 stopni do 0 stopni, automatycznie zamykając zawór. Tryb „Nie otwiera się-(FO)” jest odwrotny: podczas procesu zasysania sprężone powietrze popycha tłok, ściskając sprężynę, zamykając zawór; po utracie powietrza sprężyna resetuje się, powodując otwarcie zaworu.

Wyjściowy moment obrotowy siłownika jednostronnego- działania wykazuje unikalny wzór zmian: w fazie napędu pneumatycznego, wraz ze wzrostem ściśnięcia sprężyny, odwrócony opór stopniowo wzrasta, co powoduje, że wyjściowy moment obrotowy skoku pneumatycznego w fazie resetu zmniejsza się od wartości maksymalnej. Ta cecha momentu obrotowego wymaga starannego dopasowania maksymalnego momentu oporu zaworu podczas procesu wyboru, aby zapewnić niezawodne działanie nawet po zakończeniu wyłączenia.

Różnica między siłownikiem pneumatycznym-dwustronnego działania a siłownikami pneumatycznymi dwu-działania i jednostronnego-działania polega nie tylko na trybie jazdy, ale także na kompleksowej różnicy od projektu konstrukcyjnego po wydajność funkcjonalną. Różnice te można jasno zdefiniować w trzech podstawowych wymiarach:
Po pierwsze, zasadnicza różnica między mechanizmami zasilania i resetowania
Kluczowa różnica między nimi polega na tym, że działanie „włączania” i „wyłączania” siłownika- dwustronnego działania opiera się na sprężonym powietrzu jako jedynym źródle mocy, a działanie resetowania to aktywny proces napędzany-pneumatycznym, podczas gdy siłownik jednostronnego-działania wykorzystuje mechanizm hybrydowy „napęd pneumatyczny + reset sprężyny”, w którym tylko jedno działanie jest napędzane ciśnieniem pneumatycznym, a drugie – elastyczną pasywnością sprężyny. Ta różnica sprawia, że ​​działanie siłowników-dwustronnego działania jest bardziej elastyczne i sterowalne, a siłowniki jednostronnego-działania posiadają funkcję resetowania bezpieczeństwa, której siłowniki dwustronnego-działania nie mogą zastąpić w przypadku utraty gazu.
Po drugie, charakterystyka wyjściowa i logika sterowania są różne.
Siłowniki dwustronnego działania pozbawione oporów- utrzymują stały liniowy wyjściowy moment obrotowy w obu kierunkach i można je zatrzymać w dowolnym położeniu (wraz z elektrozaworem w położeniu neutralnym) za pomocą zaworu elektromagnetycznego, dzięki czemu nadają się do sytuacji wymagających precyzyjnej regulacji. Zmiana siły sprężyny wpływa na siłowniki jednostronnego-działania, a charakterystyka wyjściowego momentu obrotowego maleje. Może przebywać jedynie w skrajnych pozycjach „włączony” i „wyłączony” i nie może realizować precyzyjnego sterowania położeniem pośrednim. Można je jednak zresetować bez ciągłego zasilania, co upraszcza logikę sterowania.
Po trzecie, funkcje zabezpieczeń i scenariusze zastosowań są różne.
Siłowniki dwustronnego działania-pozostają na swoim miejscu po utracie gazu, brakuje im aktywnych zabezpieczeń, dzięki czemu nadają się do zwykłych warunków pracy i nie mają specjalnych wymagań dotyczących utraty gazu, jak ma to miejsce w przypadku tradycyjnych rurociągów do transportu cieczy. Funkcja „automatycznego resetowania utraty gazu” w siłownikach jednostronnego-działania sprawia, że ​​są one niezbędne do transportu mediów łatwopalnych, wybuchowych lub toksycznych, takich jak chemikalia, rafinacja ropy naftowej i gaz ziemny, i mogą zapobiegać eskalacji wypadków związanych z bezpieczeństwem poprzez szybkie zamykanie lub otwieranie zaworów w przypadku nagłej awarii.
Wniosek: Zasady scenariuszy adaptacyjnych; Wybór decyduje o bezpieczeństwie i wydajności
Pod względem zasady działania siłowniki pneumatyczne-dwustronnego działania to „wydajny i elastyczny siłownik uniwersalny”, który zapewnia płynny i kontrolowany ruch dzięki dwukierunkowemu napędowi pneumatycznemu. Siłowniki jednostronnego działania-to „specjalny siłownik, którego rdzeniem jest zabezpieczenie”, w którym zastosowano kombinację mechanizmu „pneumatyczny + sprężyna” w celu ustanowienia linii bezpieczeństwa przed awarią. W scenariuszu przemysłowym nie ma absolutnej wyższości między nimi. Kluczem jest to, czy idealnie odpowiadają wymaganiom operacyjnym.-Zasada resetu sprężyny w siłownikach jednostronnego-działania jest niezbędna, gdy proces wymaga niezawodnej reakcji na awarie, a Zasada napędu całkowicie pneumatycznego w siłownikach-podwójnego działania jest bardziej korzystna, gdy priorytetem jest elastyczne sterowanie i stabilna moc wyjściowa. Podstawowym założeniem bezpiecznego i wydajnego działania pneumatycznych systemów sterowania jest zrozumienie różnicy między tymi dwiema zasadami działania.