Пневматични задвижващи механизми: двупосочно задвижване и нулиране на пружината-анализ на принципа на двойно и единично действие

В системите за управление на промишлена автоматизация пневматичните задвижващи механизми действат като промишлено оборудване „мускулите“, преобразувайки енергията на сгъстения въздух в механичен въртящ момент и задвижвайки клапаните за отваряне, затваряне или регулиране. Пневматичните пневматични задвижващи механизми са разделени на два основни типа според преноса на енергия и методите за нулиране на действието. Ключовата разлика е в принципа на работа: задвижващите механизми с двойно-действие разчитат на сгъстен въздух, за да се движат в двете посоки, докато Задвижващите механизми с едно действие работят чрез комбинация от задвижване със сгъстен въздух и нулиране на силата на пружината. По принцип тази разлика определя техните структурни характеристики, функционални характеристики и сценарии на приложение.

Двойно{0}}действащите пневматични задвижващи механизми работят на принципа на „двупосочно пневматично задвижване“. Вътре те обикновено имат дву-бутална рейка и трансмисия с пиньон. Цилиндрите са разделени от бутало на две отделни камери (известни като A и B). И двете камери са оборудвани с входни/изходни отвори. Сгъстеният въздух се редува навътре и навън от буталото и след това задвижва изходящия вал на зъбното колело от 0 до 90 градуса на въртене (за клапани с ъглов ход).

Специфичният работен процес може да бъде разделен на два етапа: когато управляващият сигнал показва, че клапанът трябва да се отвори, сгъстеният въздух навлиза във входа на камера А след електромагнитен клапан. В този момент въздухът в камера B се компресира и изтласква през изпускателния отвор в камера B. Линейното движение на буталото се трансформира във въртеливото движение на изходния вал (обикновено завъртащ се от 0 до 90 градуса обратно на часовниковата стрелка) чрез зацепването на зъбната рейка и зъбно колело, което задвижва клапана да се отвори. Когато е необходимо вентилът да се затвори, управляващият сигнал променя състоянието на електромагнитния клапан. сгъстеният въздух навлиза през входа на камера B, бутайки буталото в обратна посока, за да компресира камера A. Въздухът от камера A се изхвърля през изпускателния отвор и изходящият вал се върти по посока на часовниковата стрелка от 90 градуса до 0 градуса, за да завърши затварянето на клапана.

Струва си да се отбележи, че и двете посоки на движение на двойно{0}}действащия задвижващ механизъм зависят от сгъстения въздух за мощност. Изходният въртящ момент е стабилен и линеен по време на пътуването, а дизайнът на пневматичната верига позволява движението да бъде регулирано според действителните нужди --независимо дали въздушният двигател в стая А се върти обратно на часовниковата стрелка или по посока на часовниковата стрелка - чрез съвпадение на съответната аеродинамична контролна логика. Когато подаването на въздух бъде прекъснато, задвижващият механизъм с двойно действие ще остане в текущата си позиция поради загуба на мощност. Тази функция му дава предимството на гъвкав контрол без необходимост от спешно нулиране.

За разлика от „изцяло-пневматичните“ двойно-действащи задвижващи механизми, основната концепция на дизайна на едно-действащите пневматични задвижващи механизми е „еднопосочно пневматично задвижване + обратна пружина за нулиране“. Тяхната структура добавя пружинен модул за нулиране за дизайн с две-действия. Пружината обикновено се монтира в единия или двата края на цилиндъра. Натискането и освобождаването на пружината осигурява сила на реакция, като по този начин се постига защитната функция на „автоматично нулиране на загубата на въздух“. Според състоянието на нулиране след загуба на газ, задвижващите -действащи с единично действие могат да бъдат разделени на два режима: „затваряне при загуба на газ“ и „затваряне при отваряне при загуба на газ“. И двете работят в почти същия режим, с изключение на това, че пружината е монтирана в посока, обратна на логиката на действие.

Вземете по-широко използвания модел „Fail-to-Open (FC)“. Ето как работи: Когато трябва да отворите клапана, сгъстеният въздух навлиза през входа на камера А. Налягането на въздуха надвишава силата на предварително опъване на пружината, избутвайки буталото отстрани на пружината и постепенно компресирайки пружината. В същото време камера B действа като вентилационен отвор за изхвърляне на въздух. Буталото задвижва механизма на зъбната рейка и зъбно колело, за да завърти изходящия вал обратно на часовниковата стрелка от 0 до 90, отваряйки клапана. Когато контролният сигнал бъде прекъснат или източникът на газ се повреди, камера А спира всмукването и започва обезвъздушаването. По това време задвижването на сгъстения въздух изчезва и сгъстената пружина освобождава еластична потенциална енергия, задвижвайки буталото в обратна посока и нулиране. Изходният вал се върти по посока на часовниковата стрелка на 90 градуса до 0 градуса, автоматично затваряйки клапана. Режимът „Fail{14}}to-Open (FO)“ е обратният: по време на процеса на всмукване сгъстеният въздух натиска буталото, за да компресира пружината, затваряйки клапана; след загуба на въздух, пружината се нулира, карайки вентила да се отвори.

Изходният въртящ момент на един-действащ задвижващ механизъм показва уникален модел на промяна: във фазата на пневматичното задвижване, с увеличаването на компресията на пружината, обърнатото съпротивление постепенно се увеличава, което кара изходния въртящ момент на фазата на нулиране на пневматичния ход да намалява от максимума. Тази характеристика на въртящия момент изисква внимателно съвпадение на максималния въртящ момент на съпротивлението на клапана по време на процеса на избор, за да се осигури надеждна работа дори в края на пътуването.

Разликата между пневматичния актуатор с двойно-действие и пневматичните актуатори с двойно-действие и единично-действие е не само в режима на задвижване, но и в цялостната разлика от структурния дизайн до функционалното представяне. Тези разлики могат да бъдат ясно дефинирани в три основни измерения:
Първо, съществената разлика между механизмите за захранване и нулиране
Ключовата разлика между двете е, че действието „включване“ и „изключване“ на задвижващия механизъм с двойно{0}}действие разчита на сгъстен въздух като единствен източник на енергия, а действието за нулиране е активен пневматичен-задвижван процес, докато задвижващият механизъм с едно-действие използва хибриден механизъм на „пневматично задвижване + връщане на пружината“, при който само едното действие се задвижва от пневматично налягане, а другото от еластичната пасивност на пружината. Тази разлика прави действието на задвижващите механизми с двойно-действие по-гъвкаво и управляемо, а задвижващите механизми с едно-действие имат функцията за безопасно нулиране, която задвижващите механизми с двойно-действие не могат да заменят в случай на загуба на газ.
Второ, изходните характеристики и логиката на управление са различни.
Без пружинно съпротивление, двойно{0}}действащите задвижващи механизми поддържат стабилен линеен изходен въртящ момент в двете посоки и могат да бъдат спрени във всяка позиция (заедно с електромагнитен клапан в неутрална позиция) от електромагнитния клапан, което го прави подходящ за ситуации, които изискват прецизна настройка. -Задвижките с еднократно действие се влияят от промяната на силата на пружината и характеристиката на изходния въртящ момент намалява. Той може да остане само в крайно положение „включено“ и „изключено“ и не може да реализира прецизен контрол на междинното положение. Те обаче могат да бъдат нулирани без непрекъснато захранване, което прави логиката на управление по-проста.
Трето, функциите за сигурност и сценариите за приложение са различни.
Двойно{0}}действащите задвижващи механизми остават на позиция след загуба на газ, липсват активни функции за безопасност, което ги прави подходящи за обикновени работни условия и нямат специални изисквания за загуба на газ, като традиционните тръбопроводи за транспортиране на течности. Функцията „Автоматично нулиране при загуба на газ“ на задвижващи механизми с едно-действие я прави от съществено значение за транспортирането на запалими, експлозивни или токсични среди, като химикали, рафиниране на нефт и природен газ, и може да предотврати ескалацията на аварии, свързани с безопасността, чрез бързо затваряне или отваряне на клапани в случай на внезапна повреда.
Заключение: Принципи за адаптационни сценарии; Изборът определя безопасността и ефективността
По отношение на принципа на работа, двойно{0}}действащите пневматични задвижващи механизми са „ефективни и гъвкави универсални задвижващи механизми“, които постигат плавно и контролируемо движение чрез двупосочно пневматично задвижване. задвижващи механизми с едно-действие е „специален задвижващ механизъм с безопасност като ядро“, който възприема комбинирания механизъм на „пневматични + пружинни“ за установяване на линия за безопасност при повреда. В промишлен сценарий няма абсолютно превъзходство между двете. Ключът е дали отговарят идеално на оперативните изисквания-принципът на връщане на пружината на задвижващи механизми с едно-действие е незаменим, когато процесът изисква надеждни аварийна реакция и принципът на изцяло-пневматичното задвижване на задвижващите механизми с двойно действие е по-изгоден, когато гъвкавото управление и стабилният изход са приоритетни. Това е основната предпоставка за реализиране на безопасна и ефективна работа на пневматичните системи за управление, за да се разбере разликата между двата принципа на работа.