اکچویتور

اکچویتور ها

در بلوک 5 ، "نظریه کنترل"، یک قیاس برای توصیف کنترل ساده فرآیند استفاده شد:

• ماهیچه بازو و دست (اکچویتور) شیر - (دستگاه کنترل شده) را چرخاند.

یکی از انواع دستگاه کنترل، کنترل ولو ، اکنون پوشانده شده است. اکچویتور (محرک) حوزه منطقی بعدی مورد علاقه است.
عملکرد یک کنترل ولو شامل قرار دادن قسمت متحرک آن (پلاگ، توپ یا پره) نسبت به seat ثابت شیر است. هدف از اکچویتور شیر این است که با دقت شیر را در موقعیتی که توسط سیگنال کنترلی تعیین می شود، قرار دهد.
اکچویتور سیگنالی از سیستم کنترل می پذیرد و در پاسخ، شیر را به موقعیت کاملاً باز یا کاملاً بسته یا موقعیت بازتر یا بسته تر (بسته به روشن یا خاموش بودن یا پیوسته بودن منتقل می کند. عمل کنترلی استفاده می شود).
روش های مختلفی برای ارائه این تحریک وجود دارد. اکچویتور بر دو مورد اصلی تمرکز خواهد کرد:

• پنوماتیک
• الکتریک

دیگر اکچویتور های  مهم شامل انواع هیدرولیکی و مستقیم است. این موارد در بلوک 7، "تجهیزات کنترل: کنترل های خود عمل" مورد بحث قرار گرفته است.

اکچویتور های پنوماتیکی - عملکرد و گزینه ها

اکچویتور های پنوماتیکی معمولاً برای فعال کردن کنترل ولو ها استفاده می شوند و در دو شکل اصلی در دسترس هستند. اکچویتور های پیستونی (شکل 6.6.1) و اکچویتور های دیافراگمی (شکل 6.6.2)

اکچویتور های دستی

• در مواردی که نیازی به کنترل خودکار نیست مفید است.
• برای کنترل دستی فرآیند در حین تعمیر و نگهداری یا خاموش شدن سیستم خودکار.
• بسیار ارزان تر از اکچویتور های اتوماتیک.
• در اندازه های مختلف برای شیرهای گلوب و شیرهای شافت دوار موجود هستند.

اکچویتور های پیستونی

عموماً اکچویتور های پیستونی در مواردی استفاده می شوند که ضربه یک اکچویتور (محرک) دیافراگم بسیار کوتاه باشد یا رانش بسیار کوچک باشد. هوای فشرده بر روی پیستون جامد موجود در یک استوانه جامد اعمال می شود. اکچویتور های پیستونی می توانند تک کاره یا دو کاره باشند، می توانند فشارهای ورودی بیشتری را تحمل کنند و می توانند حجم سیلندرهای کوچک تر را ارائه دهند، که می توانند با سرعت بالا عمل کنند.

• از هوای پرفشار کارخانه تا 150 psig استفاده می کند.
• سرعت stroking سریع را فراهم می کند.

انواع :

• single acting
• Double acting

اکچویتور های پیستونی single acting :

• می تواند فقط در یک جهت کار تولید کند.
• از فنر داخلی استفاده می کند

محدودیت :

• طول Stroke محدود است

کاربردها :

• عملیات باز کردن یا بسته شدن با شکست

اکچویتور های پیستون Double Acting :

• برگشتنی نیست
• قادر به کار در هر دو جهت
• از همان دو پورت برای درگاه های تامین و اگزوز استفاده می شود.

کاربرد ها :

بیشتر در جایی که حداکثر استفاده می شود. نیرو در هر دو جهت مورد نیاز است.

اکچویتور های دیافراگمی

اکچویتور های دیافراگمی دارای هوای فشرده ای هستند که روی غشایی انعطاف پذیر به نام دیافراگم اعمال می شود. شکل 6.6.2 یک دیافراگم نورد را نشان می دهد که در آن ناحیه موثر دیافراگم تقریباً در طول ضربه اکچویتور (محرک) ثابت است. این نوع اکچویتور ها (محرک ها) تک کاره هستند، زیرا هوا فقط به یک طرف دیافراگم وارد می شود و می توانند یا مستقیم (از فنر به عقب) و یا معکوس (از فنر تا امتداد) عمل کنند.

از سیگنال ورودی کانورتر I/P، پوزیشنر یا منبع دیگری مانند Manual Loader استفاده می کند.

مزایا :

• قابل اطمینان
• ساده
• مقرون به صرفه

انواع :

• Direct Acting
• Reverse Acting

عملکرد معکوس (از فنر تا امتداد)

نیروی کار از فشار هوای فشرده ناشی می شود که بر دیافراگم انعطاف پذیر اعمال می شود. اکچویتور (محرک) به گونه ای طراحی شده است که نیروی ناشی از فشار هوا، ضرب در مساحت دیافراگم، بر نیروی وارد شده (در جهت مخالف) توسط فنر ها غلبه می کند.
دیافراگم (شکل 6.6.2) به سمت بالا رانده می شود و دوک را به سمت بالا می کشد و اگر اسپیندل به یک شیر مستقیم وارد شود، پلاگ باز می شود. اکچویتور (محرک) به گونه ای طراحی شده است که با تغییر خاص فشار هوا، دوک به اندازه کافی حرکت می کند تا شیر را از طریق ضربه کامل از کاملاً بسته به طور کامل باز کند.
با کاهش فشار هوا، فنر ها اسپیندل را در جهت مخالف حرکت می دهد. محدوده فشار هوا برابر است با درجه فنر محرک، به عنوان مثال 0.2 - 1 بار.
با یک شیر بزرگتر و یا اختلاف فشار بالاتر برای کار، نیروی بیشتری برای به دست آوردن حرکت کامل شیر مورد نیاز است.
برای ایجاد نیروی بیشتر، یک منطقه دیافراگم بزرگتر یا محدوده چشمه بیشتر مورد نیاز است. به همین دلیل است که سازندگان کنترل طیف وسیعی از اکچویتور های پنوماتیکی را برای مطابقت با طیف وسیعی از شیر ها ارائه می دهند. این امر شامل افزایش مناطق دیافراگم و انتخاب محدوده فنر برای ایجاد نیروهای مختلف نیز هست.
نمودارهای شکل 6.6.3 اجزای یک محرک پنوماتیک اولیه و جهت حرکت دوک با افزایش فشار هوا را نشان می دهد.

اکچویتور (محرک) مستقیم (فنر برگشت)

محرک مستقیم با فنر زیر دیافراگم طراحی شده است، زیرا هوا به فضای بالای دیافراگم وارد شده است. نتیجه، با افزایش فشار هوا حرکت اسپیندل در جهت مخالف محرک معکوس است.
تأثیر این حرکت بر روی باز شدن شیر بستگی به طرح و نوع شیر مورد استفاده دارد و در شکل 6.6.3 نشان داده شده است.
با این حال، یک جایگزین وجود دارد که در شکل 6.6.4 نشان داده شده است. یک محرک مستقیم پنوماتیکی با یک کنترل ولو معکوس (گاهی اوقات "پلاگین آویزان" نامیده می شود) به یک شیر کنترل متصل می شود.

انتخاب بین کنترل های پنوماتیک مستقیم و معکوس بستگی به این دارد که در صورت خرابی منبع هوای فشرده، شیر باید به چه موقعیتی برگردد. آیا شیر باید بسته شود یا کاملاً باز باشد؟ این انتخاب بستگی به ماهیت کاربرد و الزامات ایمنی دارد. منطقی است که شیر های بخار در هنگام خرابی هوا بسته شوند و شیرهای خنک کننده در هنگام خرابی هوا باز شوند. ترکیبی از نوع محرک و شیر باید در نظر گرفته شود.

شکل 6.6.5 و شکل 6.6.6 اثر خالص ترکیبات مختلف را نشان می دهد.

تاثیر اختلاف فشار بر بالابر سوپاپ

هوای وارد شده به محفظه دیافراگم سیگنال کنترل کننده کنترل پنوماتیک است. بیشترین فشار هوا سیگنال 0.2 بار تا 1 بار است. یک اکچویتور (محرک) معکوس (فنر به امتداد) با استاندارد (0.2 تا 1.0 بار) فنر (ها) را که بر روی یک شیر مستقیم کار می کند، در نظر بگیرید (شکل 6.6.7).

هنگامی که مجموعه شیر و اکچویتور (محرک) کالیبره می شود (یا "Seat")، به گونه ای تنظیم می شود که فشار هوا 0.2 بار فقط برای غلبه بر مقاومت فنرها و حرکت شیر از Seat خود شروع می شود.

با افزایش فشار هوا، شیر به تدریج از Seat خود دورتر می شود، تا سرانجام در فشار 1 بار هوا، شیر 100٪ باز می شود. این به صورت گرافیکی در شکل 6.6.7 نشان داده شده است.

با افزایش فشار هوا، شیر به تدریج از Seat خود دورتر می شود، تا سرانجام در فشار 1 بار هوا، شیر 100٪ باز می شود. این به صورت گرافیکی در شکل 6.6.7 نشان داده شده است.
اختلاف فشار روی شیر 10 - 4 = 6 بار است. این فشار در قسمت زیر پلاگین شیر عمل می کند و نیرویی را ایجاد می کند که شیر را باز می کند. این نیرو علاوه بر نیروی ناشی از فشار هوا در اکچویتور (محرک) است.
بنابراین، اگر محرک هوا با 0.6 بار (در نیمه راه بین 0.2 تا 1 بار) با هوا تغذیه شود، به عنوان مثال، به جای اینکه شیر 50٪ موقعیت باز مورد انتظار را به خود اختصاص دهد، به دلیل نیروی اضافی ارائه شده، باز شدن واقعی بیشتر خواهد بود. با اختلاف فشار
همچنین، این نیروی اضافی به این معنی است که شیر در 0.2 بار بسته نشده است. برای بستن شیر در این مثال، سیگنال کنترل باید تا حدود 0.1 بار کاهش یابد.
وضعیت با شیر بخار که دما را در مبدل حرارتی کنترل می کند کمی متفاوت است، زیرا اختلاف فشار روی شیر بین موارد زیر متفاوت است:

• حداقل، هنگامی که فرایند حداکثر گرما را فرا می خواند و شیر کنترل 100 باز است.
• حداکثر، هنگامی که فرایند تا درجه حرارت بالا می رود و شیر کنترل بسته می شود.
  فشار بخار در مبدل حرارتی با افزایش بار حرارتی افزایش می یابد. این را می توان در ماژول 6.5، مثال 6.5.3 و جدول 6.5.7 مشاهده کرد.

اگر فشار بالادست شیر کنترل ثابت باقی بماند، با افزایش فشار بخار در مبدل حرارتی، اختلاف فشار روی شیر باید کاهش یابد.
شکل 6.6.8 وضعیتی را که هوا بر روی یک محرک مستقیم اعمال می کند نشان می دهد. در این حالت، نیروی وارد شده به شیر که توسط اخنلاف فشار ایجاد می شود، بر خلاف فشار هوا عمل می کند. تأثیر این امر این است که اگر به عنوان مثال، اکچویتور هوا با 0.6 بار تغذیه شود، به جای اینکه شیر 50٪ موقعیت باز مورد انتظار را به خود اختصاص دهد، به دلیل نیروی اضافی ناشی از اختلاف فشار، درصد باز شدن بیشتر خواهد بود. در این حالت، سیگنال کنترل باید به 1.1 افزایش یابد. نوار برای بستن کامل شیر است.

ممکن است بتوان شیر و محرک را مجدداً تنظیم کرد تا نیروهای ایجاد شده توسط اختلاف فشار را در نظر بگیریم یا شاید از فنرهای مختلف، فشار هوا و ترکیبات آن استفاده کنیم. این رویکرد می تواند یک راه حل اقتصادی برای شیرهای کوچک، با فشارهای افتراقی کم و در مواردی که کنترل دقیق مورد نیاز نیست، ارائه دهد. با این حال موارد عملی عبارتند از:

• شیر های بزرگتر دارای محدوده بیشتری برای اعمال اختلاف فشار هستند، بنابراین نیروهای ایجاد شده را افزایش داده و بر موقعیت شیر تأثیر بیشتری می گذارند.
• اختلاف فشار های بالاتر به این معنی است که نیروهای بیشتری تولید می شوند.
• شیر ها و محرک ها اصطکاک ایجاد می کنند و باعث ایجاد پسماند می شوند. شیرهای کوچکتر نسبت به کل نیروهای درگیر اصطکاک بیشتری دارند.
  راه حل این است که یک پوزیشنر را در مجموعه شیر/اکچویتور قرار دهید. (اطلاعات بیشتر در مورد پوزیشنر ها بعداً در این ماژول ارائه شده است).

توجه: برای سادگی، مثالهای بالا فرض می کنند که از پوزیشنر استفاده نمی شود و هیسترزیس صفر است.
فرمول های مورد استفاده برای تعیین نیروی محرک موجود برای نگه داشتن شیر روی Seat آن برای ترکیبات مختلف شیر و اکچویتور (محرک) در شکل 6.6.9 نشان داده شده است.
جایی که:
A = ناحیه موثر دیافراگم
Pmax = حداکثر فشار به محرک (معمولاً 1.2 بار)
Smax = حداکثر تنظیم فنر Seat
Pmin = حداقل فشار به آن (معمولاً 0 بار)
Smin = حداقل تنظیم فنر Seat
نیروی محرک برای بستن شیر باید سه عملکرد را ارائه دهد:
1.برای غلبه بر اختلاف فشار سیال در موقعیت بسته.
2.برای غلبه بر اصطحکاک در شیر و محرک، در درجه اول در آب بندی شیر و محرک.
3.برای ایجاد بار آب بندی بین پلاگ شیر و Seat شیر برای اطمینان از میزان سفتی مورد نیاز.
تولیدکنندگان شیر کنترلی معمولاً جزئیات کامل حداکثر اختلاف فشارهای را که در برابر آنها ترکیبات مختلف شیر و محرک/فنر آنها کار می کند، ارائه می دهند. جدول شکل 6.6.10 نمونه ای از این داده ها است.
توجه: هنگام استفاده از پوزیشنر، برای حداقل و حداکثر فشارهای هوا باید به دیتاشیت سازنده مراجعه کنید.

تعدیل کننده (Modulating)

به منظور قرار دادن کنترل ولو در پاسخ به نیاز سیستم می توان از یک اکچویتور تعدیل کننده استفاده کرد. این یونیت ها ممکن است دارای موتورهای با درجه بالاتر و یا دارای الکترونیک داخلی باشند.

یک مدار موقعیت یابی ممکن است در اکچویتور تعدیل کننده گنجانده شود که سیگنال کنترل آنالوگ را می پذیرد. سپس اکچویتور این سیگنال کنترل را به عنوان موقعیت شیر بین سوئیچ های محدود تفسیر می کند. برای دستیابی به این هدف، اکچویتور دارای یک سنسور موقعیت است که موقعیت واقعی شیر را به مدار موقعیت یابی برمی گرداند. به این ترتیب اکچویتور را می توان در امتداد حرکت خود متناسب با سیگنال کنترل قرار داد. طرحی از اکچویتور تعدیل کننده در شکل 6.6.21 نشان داده شده است.

Fig. 6.6.21 Integral positioning circuit for modulating electric actuators

اکچویتور های پنوماتیکی یک ویژگی ذاتی ایمن در برابر خرابی دارند. در صورت از کار افتادن سیگنال کنترل یا تامین هوا، شیر بسته خواهد شد. برای ارائه این عملکرد در اکچویتور‌های الکتریکی، ورژن ‌های «ذخیره فنری» موجود هستند که شیر را در هنگام برق باز یا بسته یا خرابی سیگنال را کنترل می‌کنند. از طرفی دیگر، می‌توان با استفاده از انرژی باتری، ایمن خرابی ارائه کرد.

اکچویتور های الکتریکی نیروهای مشخصی را ارائه می دهند که ممکن است در ورژن های ذخیره فنری محدود باشد. چارت های سازنده همیشه در هنگام انتخاب باید مورد توجه قرار گیرد. هنگام تعیین اندازه یک اکچویتور، منطقی است که به دیتا شیت های فنی سازنده برای حداکثر فشار دیفرانسیل در سراسر شیر مراجعه کنید.

یکی دیگر از محدودیت های یک اکچویتور الکتریکی سرعت حرکت شیر است که می تواند تا 4 ثانیه در میلی متر باشد که در سیستم هایی که به سرعت تغییر می کنند ممکن است بسیار کند باشد.

برای کسب اطلاعات بیشتر و مشاوره رایگان با شماره های 88341674-021 | 88341172-021 تماس حاصل فرمایید.

مقالات مرتبط