Сегодня нам предстоит разобраться в основных факторах, которые влияют на процесс автоматизации трубопроводной арматуры электрическим приводом. Остановимся на ключевых моментах, детально рассмотрим характеристики и параметры, принципы функционирования.
Электропривод для трубопроводной арматуры
Изобрели электроприводы достаточно давно, и первые модели не были в достаточной мере усовершенствованы. Они являлись стандартными электромоторами. Для начала работы нужно было подавать напряжение. Как достигались положения «закрыто» или «открыто», электрический мотор мог обеспечивать подачу усилия на арматуру, продолжать вращение. Несовершенство конструкции и принципа работы нередко приводило к срывам уплотнителей, к порче резьбы, а также провоцировало выход из строя самой арматуры.
На данный момент успешно работают электроприводы с современной конструкцией. Система электромеханического типа, сложная: обеспечивается полная автоматизация арматуры в конструкции трубопровода, его механизация. Открылись качественно новые возможности для инновационного управления арматурой в трубопроводе, поскольку можно оснастить сам электропривод разнообразными реле и датчиками. «Начинка» состоит из чувствительных реле, микросхем, точных датчиков.
Области использования
Актуальные тенденции в мировой промышленности нацелены на максимальную автоматизацию практически всех технологических процессов. Управление должно осуществляться в надежном автоматическом режиме, когда электронные системы тщательно контролируют функционирование оборудования.
На данный момент такая трубопроводная арматура, оснащенная дополнительными электрическими приводами, находит применение в быту и в промышленности. В первом случае это сложнейшие промышленные трубопроводы с многочисленными разветвлениями, а во втором – бытовые коммуникации отопления, а также водоснабжения.
Именно применение электрического привода обусловило рост уровня качества самого производственного процесса. Крутящий момент, все его значения, контролируются в режиме нон-стоп, благодаря чему эффективность существенно растет. Удается практически моментально проводить необходимую профилактику, предотвращать возникновение неисправностей. Если неполадки все-таки случаются, они тоже сразу же выявляются и устраняются. Можно определить инерционность, повышенный износ на начальном этапе, выявить деструктивные факторы при функционировании. Как только контроль предоставляет такие данные, проводят незамедлительное техобслуживание, соответствующий ремонт.
Привод выполняет в системе следующее:
- приводит запорный элемент в движение;
- закрывает и открывает арматуру;
- отключает двигатель, если затвор заклинило;
- фиксирует затвор и гарантирует его герметичность.
Эксперты утверждают: применение электропривода в системах трубопроводов гарантирует рациональный строгий контроль работы, исключительный рост эффективности. Всегда можно объективно оценить актуальную работоспособность, характеристики арматуры.
Основные детали
Пришло время обозначить все базовые элементы, которые входят в конструкцию электропривода.
- Указатель положения. Имеет механический принцип работы.
- Редукторный механизм. Может быть червячным, планетарным. Обеспечивает передачу вращения на шток.
- Когда выходной вал достигает заданного положения, срабатывает промежуточный выключатель.
- Остановка электропривода обеспечивается при выявленной перегрузке на арматурном штоке. Для этого предусмотрены моментальные выключатели. Это хорошая страховка на случай попадания посторонних предметов в запорную зону.
- Если конечное положение достигнуто, то вращение завершается концевыми выключателями. Они реагируют на положения «закрыто» и «открыто».
- В условиях низких температур электропривод продолжит функционировать, поскольку для этого предусмотрены специальные нагревающие элементы.
- Работает исключительно эффективная защита от перегрева: сюда вошли размыкатели механического типа, датчики тепла, а также чувствительные предохранители.
- Функционируют магнитные датчики, обозначающие положение.
- Со специальным блоком управления удается осуществлять управление в удаленном режиме, когда команды поступают через цифровую сеть.
Об аварийном состоянии, бесперебойной работе сигнализируют особые индикаторы.
Конструктивные особенности электропривода
Рассмотрим более детально все свойства конструкции современного электрического привода, работающего в трубопроводной арматуре.
Электрический двигатель
Применяют несколько двигателей, ориентированных на конкретные значения напряжения, электрического тока, поскольку перед оборудованием могут стоять различные задачи. Существуют всевозможные наименования в соответствии параметрами габаритов и веса, по мощности.
- Работает блок с концевыми выключателями. Они отключат электродвигатель, когда достигнуто заданное положение. Выходной вал при этом прекращает работу.
- Оборудование надежно защищено от перегрузок, возникающих при функционировании. Для этого предусмотрена двухсторонняя муфта, ограничивающая крутящий момент.
- Частота вращений вала регулируется при помощи редуктора. Узел имеет наибольший вес, составляет по данному параметру примерно 70% от всего устройства в целом.
- Маховик ручного дублера. Механический привод тоже является необходимым элементом. Ручное управление играет определяющую роль, когда отключена подача энергии, проводятся ремонтные или наладочные работы.
- Указатель положения привода. Обозначает, насколько открыта арматура.
- Датчик положения. Работает в дистанционном режиме: обозначает уровень открытия, имеет дополнительную опцию обратной связи.
- Обеспечивается правильная настройка концевых выключателей. Обычно они срабатывают на закрытое и открытое положение арматуры, незамедлительно отключая подачу напряжения. Дополнительная настройка доступна для промежуточных положений.
С помощью фланцевого соединения гарантируется жесткое крепление электрического привода непосредственно к арматуре.
Типы приводов
Принято делить приводы в соответствии с их типом перемещения штока, величиной, особенностями конструкции. Обозначим основные характеристики для каждого вида электропривода.
Неполнооборотные
Можно встретить и другие распространенные наименования: четвертьоборотные, однооборотные. Такие приводы нужны для арматуры, которая работает на прямой угол: это значит, что конечная точка открытия или закрытия достигается, когда шток поворачивается на 90 градусов. Сюда входят дисковые затворы, а также шаровые краны.
Главный фактор для такой арматуры – потребность в высоком стартовом крутящем моменте. Условие определено самой конструкцией арматурной системы. Здесь должно обеспечиваться плотное прилегание уплотнителя и запорного элемента. Инновации позволяют сократить трение и при этом гарантировать герметичность. Так происходит с дисковыми затворами с эксцентриситетом.
Многооборотные
Востребованы на вентилях и запорных клапанах, на разных типах задвижек, в частности, с обрезиненным клином. Здесь снижены требования к уровню крутящего момента, если сравнивать с электроприводами неполнооборотного типа и трение почти не сказывается на процессе вращения арматурного штока.
Многооборотные приводы работают в комбинациях с редукторами, когда арматура неполнооборотная. Эксперты отмечают: хорошим рациональным решением является как раз комбинация редуктора и электропривода, поскольку с ней можно установить экономичный и менее мощный электропривод для арматурных систем с большими диаметрами.
Рычажные
Эти приводы предназначены для установки на арматуру с рычажным механизмом управления. Например, сюда входят клапаны и жалюзи, заслонки.
Прямоходные
С такими приводами удобно автоматизировать вентили с гладкими штоками, которые обеспечивают регулировку клапанов. Поступательное движение штока задается при преобразовании вращательного движения самого мотора.
Стандартный электропривод
Здесь выделяют шесть основных конструктивных элементов: ручной дублер и крепеж, редуктор и электродвигатель, а также путевой выключатель и силовой ограничитель.
Именно электрический двигатель становится главным источником для приведения в движение всей запорной системы. Редуктор адаптируется к конкретным характеристикам арматуры, преобразует тип движения и скорость. Крепеж обычно включает в себя муфту и фланцевый соединитель.
Путевой выключатель отключит при необходимости питание, установят рабочее положение. С силовым ограничителем удается проводить эффективную профилактику поломок, предотвращать сбои в работе и перегрузки арматуры. Дополнительная опция для силового ограничителя – установка с тормозной системой, чтобы нивелировать инерцию, влияющую на состояние арматуры.
Характерные элементы – датчики, они обязательно есть во всех моделях электроприводов. С помощью датчиков определяется положение арматуры в конкретный момент времени, степень ее открытия или закрытия. При этом можно использовать датчики в дистанционном режиме, осуществляя строгий контроль работы всей системы запорной арматуры. Если речь идет о регулирующей арматуре, датчик обеспечит обратную связь.
Еще один рычаг управления визуально напоминает обычное колесо. Это как раз дублер ручного типа: с ним можно в ручном режиме управлять системой арматуры, когда нет энергии, ведутся наладочные работы. Важный элемент – особый переключатель для перехода на режим ручного управления. С ним существенно повышается уровень безопасности: если внезапно подадут электроэнергию, можно избежать травм. Предусмотрены в приводе и два базовых соединения: обеспечивается питание, а по отдельному кабелю поступает информация от датчиков.
Взрывозащищенные и общепромышленные приводы
Сфера применения электроприводов достаточно широкая. Они являются ключевым звеном при автоматизации арматуры практически во всех инженерных системах. Это касается объектами металлургии, нефтехимической промышленности, а также сферы атомной энергетики. Кроме того, такие приводы используют в системе водоснабжения, теплоснабжения, в бытовых коммуникациях. Эксперты отмечают, что важно отличать различные исполнения электроприводов. Они могут быть взрывозащищенными, общепромышленными. Функционируют электрические приводы в шахтах, на АЭС.
Общепромышленные
Получили максимально широкое распространение. Ориентированы на применение на объектах, которых признаны взрывобезопасными. Если зона взрывоопасная, там совсем другие требования, существенно строже. И электроприводы используются соответствующего типа.
У такого оборудования есть несколько отличительных признаков.
- В сложных условиях эксплуатации применяют специальные адаптированные приводы. У них сложнее конструкция, выше стоимость.
- Определяется допустимый предел перепада температуры окружающей среды.
- Обеспечивается надежная защита от коррозийных процессов, от влажности и пыли.
- Гарантируется бесперебойная работа без излишних опций, долговечность оборудования, функционирование без поломок и сбоев.
Области применения общепромышленных электроприводов следующие. Это системы вентиляции и кондиционирования, а также водоотведения и водоснабжения, пожаротушения. Они необходимы в химической, в пищевой промышленности, применяются в различных технических системах трубопроводов. Только поставляться по трубопроводам могут исключительно негорючие материалы: газообразные, абразивные и жидкие.
Взрывозащищенные
Данное оборудование существенно сложнее по конструкции и функциональности, если сравнивать с общепромышленными вариантами. Огромную роль здесь играет именно взрывозащита: обеспечивается безопасность при функционировании оборудования в условиях со взрывоопасной средой. Распространяется защита и на хранение и транспортировку оборудования, его реализацию и утилизацию.
Принято делить оборудование на три группы в соответствии со сферой использования.
- Пылевые среды с повышенной взрывоопасностью. Гарантируется безопасности, а также дополнительная пылезащита.
- Оборудование ориентировано на работу в шахтах, на рудниках. Эксплуатация под землей, опасность воздействия горючей пыли, специфического газа рудников. Распространяется также на некоторые наземные строения, где тоже может присутствовать рудничный газ, а также горючая пыль.
- Электроприводы могут специально предназначаться для использования в зонах наружных установок, где тоже имеется опасность взрыва.
Применяться может оборудование, чаще всего это электрооборудование, которое само по себе не провоцирует взрыв. Для таких взрывозащищенных электрических приводов предусмотрено специальное обозначение Ex.
Электроприводы в морском исполнении
Данный тип оборудования востребован на верфях, в прибрежной области, он активно применяется в сфере нефтедобычи. Выпускают электроприводы для подводных лодок, а также для многочисленных морских судов. Оборудование требуется для обеспечения функционирования систем дренажа и топлива.
Если выпускается устройство морского исполнения, оно обязательно соответствует актуальным стандартам: гарантируется устойчивость к вибрациям, ударам, практически любым умеренным негативным механическим воздействиям. Важно обеспечить минимальные габариты и вес, поскольку таковы требования в условиях ограниченного пространства кораблей.
Дополнительно обеспечивается повышенная устойчивость к отрицательным влияниям морской воды. Оболочка изготавливается из бронзы, а внешние винты привода – исключительно из нержавеющей стали повышенной прочности.
Крутящий момент, наличие редуктора
Особого рассмотрения требует крутящий момент, функционирование редуктора. Первый представляет собой момент вращения, который передается через вал. Он нужен для герметизации затвора, для движения регулирующих и запирающих элементов. Именно большой крутящий момент на арматурном штоке и является ключевой характеристикой устройства. Модели можно делить на двусторонние и односторонние.
Редуктор становится обязательным звеном в конструкции, так как зачастую частота вращения значительно превышает нужную для работы планку. С редуктором параметр уменьшается до заданного. В современных приводах используют всевозможные типы редукторов: цилиндрические и волновые, червячные и планетарные, многие другие.
Обозначим особенности наиболее распространенных редукторов.
- Червячный оптимально подходит для использования в системах трубопроводов. У него имеется опция самостоятельного торможения.
- При работе цилиндрического редуктора применяются исключительно зубчатые передачи.
- С подвижными осями функционируют планетарные редукторы.
- У волнового устройства передача цилиндрическая, а зубчатые колеса деформируемые.
Сейчас объединяют и редуктор с электродвигателем в одном корпусе: это так называемые мотор-редукторы, которые тоже востребованы при управлении арматурой.
Важно понимать, что наличие редуктора спровоцирует рост цены привода, а также увеличение его габаритов и массы. Это невыгодно, поэтому хорошей альтернативой редукторам способны стать вентильно-индукторные двигатели, тихоходные моторы.
Степень защиты оболочки
Остановимся подробнее на параметре пылевлагозащиты. Известен класс такой защиты IP. Это значит, что электрооборудование защищено от влаги, от сора и пыли, других твердых предметов, а уровень защиты соответствует международному стандарту.
Необходимо понимать, что данная сертификация никак не связана с конкретными условиями окружающей среды, а также со степенью взрывоопасности. Для уточнения информации понадобится изучать маркировку более детально. Если указана цифра 6, это гарантия стопроцентной герметичности и надежной защиты оболочки оборудования от пыли и сора. Когда указана цифра 0, здесь не гарантируется защита от твердых предметов.
- Возможна защита от пыли, при которой минимальный объем сора все-таки способен проникнуть. Но при этом гарантируется, что на функционировании оборудования это никак не отразится (5).
- Устанавливают защиту от болтов и проводов, крупного сора, предельный диаметр составляет 1 мм (класс 4 в маркировке).
- Может быть защита корпуса от твердых предметов с диаметром 2,5 мм (3).
- При наличии цифры 2 в маркировке, следует понимать: тут диаметр предметов составит 12,5 мм.
- При параметре в единицу уже отсутствует защита от сознательных контактов. Можно сказать, что ее уже совсем нет.
Рассмотрим также параметры влагозащиты оболочки оборудования. Уточнить сведения поможет маркировка. Цифра 8 здесь укажет на надежную защиту, когда гарантируется герметичность даже при продолжительном погружении оборудования в воду. Когда в маркировке указан ноль, он обозначает отсутствие влагозащиты. Если в маркировке цифра 9, защита на допустимом максимуме: оборудование будет исправно функционировать даже в режиме погружения, когда идет повышенное давление жидкости. Возможна защита от водяных струй (5 и 6), а также от брызг и льющейся воды (3 и 4), предусмотрена и ограждение оболочки от капель (1).
Важно подобрать электропривод, адаптированный к конкретным параметрам и условиям эксплуатации. Нет необходимости в избыточной функциональности, а на первый план выходит соответствие стандартам, надежность и долговечность, гарантированные производителем.
