نحوه انتخاب یک اکچویتور برای شیر

از آنجایی که صنعت فرآیند به دستیابی به طراحی کارآمدتر و پربارتر کارخانه ادامه می دهد، مهندسان و تکنسین های کارخانه تقریباً هر روز با طرح ها و کاربردهای تجهیزات جدید مواجه می شوند. یک محصول، اکچویتور شیر، ممکن است توسط برخی فقط به عنوان یک جعبه سیاه توصیف شود که دارای ورودی (پاور ساپلای یا سیگنال)، خروجی (گشتاور) و مکانیزم یا مداری برای عملکرد یک شیر است. کسانی که کنترل ولو را انتخاب می کنند به سرعت متوجه می شوند که انواع اکویتور های شیر برای برآورده کردن بیشتر الزامات اتوماسیون شیرهای گسترده یا فردی در دسترس هستند.

برای اینکه بهترین انتخاب فنی و اقتصادی را داشته باشد، یک مهندس باید عواملی را که برای انتخاب اکچویتورها برای اتوماسیون شیر عریض کارخانه مهم هستند، بداند. در جایی که کیفیت شیر به طراحی مکانیکی، متالورژی و ماشینکاری بستگی دارد، عملکرد آن در حلقه کنترل اغلب توسط اکچویتور دیکته می شود.

🔹ارائه دهنده: تیم تولید محتوای میراکنترل

تصمیم گیری

تصمیم برای خودکارسازی یک شیر معمولاً بر اساس یک یا همه ملاحظات زیر است :

• اکچویتور off valve ایمنی
• عملیات قابل اعتماد
• کنترل و پردازش عملکرد سیستم
• محل شیر غیر قابل دسترس یا از راه دور
• هزینه
• گشتاور بیش از حد شیر
• واکنش اضطراری و ایمن بودن آن

هدف متمایز

همه اکچویتورها چندین هدف متمایز دارند. آنها باید :

1. قسمت بستن شیر (دیسک، توپ یا پلاگ) را به موقعیت مورد نظر ببرند. اکچویتور نه تنها باید به اندازه کافی گشتاور یا نیروی رانش را برای حرکت دادن عضو بسته در شدیدترین شرایط فراهم کند، بلکه باید دارای کنترل های مناسب برای هدایت آن باشد.
2. قسمت بسته شیر را در موقعیت مورد نظر نگه دارند. به ویژه در کاربردهای شیر گاز که سیالات ممکن است گشتاور دینامیکی ایجاد کنند، اکچویتور ها باید دارای قدرت فنر یا سیال یا سختی مکانیکی کافی برای غلبه بر این پدیده باشند.
3. قسمت بسته شیر را با گشتاور کافی برای ارائه مشخصات قطعی مورد نظر قرار دهند. به عنوان مثال، یک شیر پروانه ای زمانی که دیسک در یک liner (seat) ارتجاعی قرار می گیرد، کاملاً قرار می گیرد (بسته است). در این موقعیت چرخشی، گشتاور استم شیر در بالاترین حد خود قرار دارد. اندازه اکچویتور برای شیرهای پروانه ای مستقر در گشتاور ممکن است به لوازم جانبی خاصی به ویژه در اکویتور های الکتریکی نیاز داشته باشد تا اطمینان حاصل شود که گشتاور کافی در موقعیت بسته باقی می ماند.
4. در صورت خرابی سیستم یک حالت خرابی ارائه دهند. بسته به برنامه ممکن است کاملاً باز، بسته یا همانطور که هست باز شود. برخی از الزامات حالت خرابی ممکن است اکویتور های الکتریکی را حذف کنند اما برای واحدهای پنوماتیک یا الکتروهیدرولیک ایده آل هستند.
5. سفر چرخشی مورد نیاز (90 درجه، 180 درجه و غیره) را فراهم کنند. شیرهایی که به بیش از 90 درجه چرخش نیاز دارند شامل شیرهای چند پورت هستند. تعدادی از تولیدکنندگان اکچویتور پنوماتیک، اکچویتورهای 180 درجه را ارائه می دهند. برای بیشتر از 180 درجه، اکویتورهای الکتریکی معمولاً ترجیح داده می‌شوند زیرا چرخش آنها از نظر الکتریکی و نه مکانیکی محدود است.
6. سرعت عملیات مورد نیاز را فراهم کنند. همه اکچویتورها ممکن است بسته به عناصر مدار کنترل مورد استفاده در سرعت چرخه تنظیم شوند.

سرعت چرخه سریع (کمتر از نیمی از زمان چرخه اکچویتور استاندارد) نیاز به انتخاب دقیق شیر دارد. شوک‌های فیزیکی مرتبط با دوچرخه‌سواری سریع می‌تواند به قطعات شیر آسیب برساند، به‌ویژه زمانی که با نرخ چرخه بالا ترکیب شود. آماده‌سازی ویژه اکچویتورهای پنوماتیکی – از جمله شیر برقی مخصوص، لوله‌کشی، و شیرهای خروج سریع – ممکن است برای دستیابی به سرعت‌های چرخه بالا مورد نیاز باشد.

سرعت چرخه اکویتورهای الکتریکی را نمی توان افزایش داد، فقط کاهش داد. این به راحتی با تعیین زمان چرخه خاص یا با افزودن یک کارت الکترونیکی کنترل سرعت انجام می شود. زمان‌های چرخه ویژه با مکانیزم چرخ دنده‌ای متفاوت به دست می‌آیند که بر گشتاور خروجی نیز تأثیر می‌گذارد. کنترل سرعت الکترونیکی بی نهایت قابل تنظیم است و می تواند سرعت موثر اکچویتور را تا 20 برابر بدون نیاز به کاهش دهد.

دنده مخصوص گشتاور خروجی اکچویتور در جایی که از کارت های سرعت استفاده می شود تحت تأثیر قرار نمی گیرد. اکچویتورهای پنوماتیکی را می توان با استفاده از کنترل ولوها سرعت در لوله کشی هوا کند کرد. یک کنترل ولو سرعت را در یک جهت کاهش می دهد، در حالی که دو شیر برای کاهش سرعت در هر دو جهت لازم است. کنترل های سرعت بر گشتاور خروجی اکچویتورهای پنوماتیکی تأثیر نمی گذارد.

میزان چرخه بالا به انتخاب و آماده سازی ویژه شیرها و اکچویتورها نیاز دارد. میزان چرخه بالا برای اکچویتورهای پنوماتیکی به عنوان دوچرخه سواری مداوم بیش از 30 بار در ساعت تعریف می شود. گفته می شود که اکچویتورهای الکتریکی که بیش از سیکل کاری 25 درصد استفاده می شوند دارای میزان چرخه بالایی هستند. میزان چرخه بالا تنش و سایش بیشتری را روی میل شیر وارد می کند. بازی کم بین اکویتور، استم و توپ باعث افزایش سایش استم در کاربردهای سرعت چرخه بالا می شود. این با آماده سازی ویژه برای اطمینان از عمر طولانی بسته شیر به حداقل می رسد.

مقایسه اکویتورهای پنوماتیکی و الکتریکی

گاهی اوقات برای یک مهندس فرآیند لازم است که بین یک شیر با حرکت پنوماتیک یا الکتریکی برای یک سیستم فرآیند یکی را انتخاب کند. مزایایی برای هر دو سبک وجود دارد، و داشتن اطلاعات در دسترس برای بهترین انتخاب ارزشمند است.

سازگاری (منبع برق)

اولین و مهمترین در انتخاب نوع اکچویتور (پنوماتیک یا الکتریکی) تعیین موثرترین پاور ساپلای برای اکچویتور است. نکات قابل تامل عبارتند از:

• در دسترس بودن منبع برق
• گشتاور در میل سوپاپ
• حالت شکست
• لوازم جانبی را کنترل کنید
• سرعت عمل
• فرکانس عملیات
• محیط گیاه
• اندازه دریچه
• هزینه اجزای سیستم
• تعمیر و نگهداری سیستم

عملی ترین اکچویتورهای پنوماتیکی از منبع فشار هوا 40 تا 120 psi (3 تا 8 بار) استفاده می کنند. به طور کلی آنها برای یک منبع اندازه می شوند

فشار 60 تا 80 psi (4 تا 6 بار). تضمین فشار هوای بالاتر معمولاً دشوار است و فشارهای کمتر به پیستون یا دیافراگم با قطر بسیار بزرگ برای تولید گشتاور عملیاتی مطلوب نیاز دارند.

اکچویتورهای الکتریکی اغلب با پاور ساپلای 110 VAC استفاده می شوند اما با طیف گسترده ای از موتورهای AC و DC در تک فاز و سه فاز در دسترس هستند.

محدوده دما

هر دو اکچویتور پنوماتیک و الکتریکی ممکن است در محدوده دمایی وسیعی استفاده شوند. محدوده دمای استاندارد یک اکچویتور پنوماتیک از -4 تا 174 درجه فارنهایت (20- تا 80 درجه سانتیگراد) است، اما ممکن است با آب بندی، بلبرینگ و گریس اختیاری تا -40 تا 250 درجه فارنهایت (40- تا 121 درجه سانتیگراد) افزایش یابد. در صورت استفاده از لوازم جانبی کنترل (limit سوئیچ ها، شیرهای برقی و غیره) ممکن است درجه حرارتی مشابه اکچویتور نداشته باشند و این باید در همه کاربردها در نظر گرفته شود.

در کاربردهای دمای پایین، کیفیت هوای عرضه شده نسبت به نقطه dew باید در نظر گرفته شود. نقطه dew دمایی است که در آن تراکم در هوا رخ می دهد. میعانات ممکن است یخ بزند و خطوط تامین هوا را مسدود کند و اکچویتور را از کار بیاندازد.

اکچویتورهای الکتریکی در محدوده دمایی -40 تا 150 درجه فارنهایت (40- تا 65 درجه سانتیگراد) در دسترس هستند. هنگامی که در خارج از منزل استفاده می شود یک اکچویتور الکتریکی باید از محیط آب بندی شود تا از ورود رطوبت به عملکرد داخلی جلوگیری شود. اگر از مجرای پاور ساپلای که ممکن است قبل از نصب، آب باران را گرفته باشد، ممکن است همچنان چگالش در داخل ایجاد شود. همچنین، از آنجایی که موتورها در هنگام کارکردن محفظه اکچویتور، داخل محفظه اکچویتور را گرم می‌کنند و در غیر این صورت آن را خنک می‌کنند، نوسانات دما ممکن است باعث “تنفس” محیطی و تراکم شود. به همین دلیل تمام اکچویتور های الکتریکی که در فضای باز استفاده می شوند باید دارای هیتر باشند.

مناطق خطرناک

گاهی اوقات توجیه استفاده از اکچویتورهای الکتریکی در محیط‌های خطرناک دشوار است، اما اگر هوای فشرده در دسترس نباشد یا اگر یک اکچویتور پنوماتیک ویژگی‌های عملیاتی مورد نیاز را ارائه ندهد، ممکن است از یک اکچویتور الکتریکی با محفظه طبقه‌بندی شده مناسب استفاده شود.

دستورالعمل های  NEMA

انجمن ملی تولیدکنندگان برق (NEMA) دستورالعمل هایی را برای ساخت و نصب اکچویتورهای الکتریکی (و سایر دستگاه های الکتریکی) برای استفاده در مناطق خطرناک تنظیم کرده است. در دستورالعمل NEMA VII بیان می شود:

VII مکان خطرناک کلاس I (گاز یا بخار انفجاری) الزامات کاربرد کد ملی برق را برآورده می کند. مطابق با مشخصات Underwriters’ Laboratories, Inc. است که برای اتمسفر حاوی بنزین، هگزان، نفتا، بنزن، بوتان، پروپان، استون، بنزول، بخارات حلال لاک و گاز طبیعی استفاده می شود.

تقریباً همه تولیدکنندگان اکچویتورهای الکتریکی گزینه ای برای نسخه ای از خط تولید استاندارد خود دارند که با NEMA VII مطابقت دارد.

از سوی دیگر، اکچویتورهای پنوماتیکی ذاتاً «ضد انفجار» هستند. هنگامی که کنترل‌های الکتریکی با اکچویتورهای پنوماتیکی در مناطق خطرناک استفاده می‌شوند، معمولاً مقرون به صرفه‌تر از اکچویتورهای الکتریکی هستند. شیرهای پایلوت که با شیر برقی کار می کنند ممکن است در یک منطقه غیر خطرناک نصب و تغذیه شوند و به اکچویتور لوله شوند. Limit سوئیچ ها – برای نشان دادن موقعیت – ممکن است در یک محفظه NEMA VII قرار گیرند. ایمنی ذاتی اکچویتورهای پنوماتیکی در مناطق خطرناک آنها را به یک انتخاب عملی در این کاربردها تبدیل می کند.

برگشت فنر

یکی دیگر از لوازم جانبی ایمنی که به طور گسترده در صنایع فرآیند بر روی اکچویتورهای شیر مشخص می‌شود، گزینه برگشت فنری (ایمن از کار افتادن) است. در صورت قطع برق یا سیگنال، یک اکچویتور برگشت فنر، شیر را به موقعیت ایمن از پیش تعیین شده هدایت می کند. این یک گزینه عملی و ارزان با اکچویتورهای پنوماتیکی است و دلیل مهمی برای استفاده گسترده از اکچویتورهای پنوماتیک در سراسر صنعت است.

در جاهایی که فنرها به دلیل اندازه یا وزن اکچویتور عملی نیستند، یا اگر یک واحد دو عملکرد قبلاً نصب شده باشد، ممکن است یک مخزن انباشته برای ذخیره فشار هوا نصب شود.

اکچویتورهای الکتریکی به طور گسترده در نسخه بازگشت فنری در دسترس نیستند. با این حال، یک سیستم پشتیبان باتری یک راه حل زیبا است.

برای انجام عملکرد برگشت فنر، یک اکچویتور الکترو هیدرولیک اغلب انتخاب خوبی است.

فعال سازی با انرژی دادن به یک پمپ هیدرولیک، که سیلندر برگشت فنر را تحت فشار قرار می دهد، به دست می آید. در صورت قطع برق، عمل فنر، اکچویتور را به موقعیت اصلی هدایت می کند. از آنجا که تنها پاور ساپلای برای این واحد مستقل مورد نیاز است، این یک رویکرد عملی برای فعال کردن شیر الکتریکی بدون خرابی است.

ویژگی های عملکرد

قبل از تعیین یک اکچویتور پنوماتیک یا الکتریکی برای اتوماسیون شیر، مهم است که چند ویژگی کلیدی عملکرد هر کدام را در نظر بگیرید.

چرخه کار

اکچویتورهای پنوماتیک دارای چرخه کاری 100 درصدی هستند. در واقع هر چه بیشتر کار کنند، بهتر کار می کنند.

اکچویتورهای الکتریکی معمولاً با موتورهای چرخه کاری 25 درصد در دسترس هستند. این بدان معناست که برای جلوگیری از گرمای بیش از حد در کاربردهای چرخه بالا، موتور باید مرتباً استراحت کند. از آنجایی که اکثر شیرهای خودکار روشن و خاموش، 95 درصد از زمان چرخه کاری معمولاً مشکلی ندارند. با موتورها و/یا خازن های اختیاری، یک اکچویتور الکتریکی ممکن است به چرخه کاری 100 درصد ارتقا یابد.

توقف

اکچویتورهای پنوماتیک ممکن است به طور نامحدود بدون گرم شدن بیش از حد متوقف شوند.

اکچویتورهای الکتریکی نباید متوقف شوند. توقف یک اکچویتور الکتریکی جریان بیش از حدی را می کشد که باعث ایجاد گرما در موتور می شود و می تواند باعث آسیب شود. سوئیچ های گشتاور یا سنسورهای حرارت و جریان اغلب در اکچویتورهای الکتریکی برای محافظت از دستگاه نصب می شوند.

کنترل سرعت

توانایی کنترل سرعت یک اکچویتور پنوماتیکی مزیت مهم طراحی است. ساده ترین راه برای کنترل سرعت این است که اکچویتور را با یک اوریفیس متغیر (شیر سوزنی) در درگاه خروجی پایلوت هوا قرار دهید. از آنجایی که اکچویتور های الکتریکی موتورهای دنده ای هستند، نمی توان آنها را سریعتر چرخاند مگر اینکه تغییر دنده انجام شود. برای عملکرد کندتر ممکن است یک مدار پالسی به عنوان یک گزینه اضافه شود.

کنترل تعدیل کننده

در سرویس تعدیل، یک اکچویتور الکتریکی به خوبی با سیستم های کنترل الکترونیکی موجود ارتباط برقرار می کند و نیاز به کنترل های الکتروپنوماتیکی را از بین می برد. پوزیشنر پنوماتیکی یا الکتروپنوماتیکی همراه با اکچویتورهای پنوماتیکی برای ارائه وسیله ای برای کنترل موقعیت شیر استفاده می شود.

نسبت گشتاور به وزن

اکچویتورهای الکتریکی نسبت گشتاور به وزن بالایی دارند که بالای 4000 پوند بر اینچ است. (450 نیوتن متر). اکچویتورهای پنوماتیکی نسبت گشتاور به وزن عالی زیر 4000 پوند بر اینچ دارند.

برای سفارش و یا خرید انواع محصولات ابزار دقیق و همچنین کسب اطلاعات بیشتر و مشاوره رایگان با شماره های 88341674-021 | 88341172-021 تماس حاصل فرمایید.

منبع:

instrumentationtools.com