В стремительно развивающемся мире промышленной автоматизации инновации постоянно меняют наши представления об эффективности и точности. Одним из таких революционных достижений, изменивших различные отрасли, является интеграция автоматизированных клапанов. Эти сложные клапаны, созданные на основе передовых технологий, стали играть важную роль, оптимизируя процессы, улучшая контроль и повышая общую эффективность работы.

In this article, we’ll delve into the fascinating realm of how automated valves work and the functioning of automated gate, globe, and butterfly valves.

Что такое автоматизированные клапаны?

Автоматические клапаны это передовые устройства управления, использующие автоматизированную технологию для регулирования потока жидкостей, газов или других веществ в системе. В отличие от традиционных ручных клапанов, требующих ручного управления, автоматические клапаны оснащены приводами, датчиками и контроллерами, которые работают автоматически на основе заданных условий или обратной связи в режиме реального времени.

Автоматизированные клапаны находят широкое применение в таких отраслях, как нефтегазовая промышленность, водоподготовка, производство и др. Их возможности автоматизации повышают эффективность, снижают необходимость ручного вмешательства и способствуют более безопасному и точному управлению жидкостными системами. Автоматизированные клапаны играют важнейшую роль в современных промышленных процессах - от простых функций включения/выключения до сложного пропорционального управления.

Как работают автоматические клапаны?

Цель автоматизация клапанов Это позволяет сделать их самодействующими и реагирующими на факторы процесса или конкретные условия работы. Для этого датчики фиксируют изменения таких величин, как давление и температура, а система управления посылает сигнал на привод, предписывая ему принять необходимые меры. Хотя основной принцип работы автоматических клапанов одинаков, принцип действия меняется в зависимости от типа используемого привода. Распространенными типами являются пневматические, гидравлические и электрические приводы.

Пневматические приводы

Эти приводы приводятся в действие давлением воздуха, которое варьируется от 3 до 8 бар в зависимости от размера и скорости работы клапана. Блок управления подает воздух на мембрану или поршень, соединенный со штоком, для управления автоматическим клапаном. Воздушный сигнал, поступающий в клапан, определяется измеряемой величиной, такой как температура или давление процесса, и поэтому не требует участия человека.

Привод считается прямого действия, когда давление воздуха закрывает клапан, пружина клапана открывает его, и клапан обычно закрывается. Если же давление воздуха открывает клапан, а пружина закрывает его, то привод действует в обратном направлении, и клапан, как правило, открыт. Существуют также приводы двойного действия, которые позволяют воздуху поступать с обеих сторон мембраны. В результате положение клапана определяется перепадом давления на мембране.

Гидравлические приводы

Гидравлические приводы, как и пневматические, используют давление масла или воды для управления клапанами. Кроме того, поршень преобразует давление сигнала в движение штока клапана под действием пружины, возвращая клапан в нормальное положение при потере давления. Они могут работать с большими усилиями, но не могут активировать клапаны так же быстро, как пневматические приводы. Как правило, линия подачи жидкости к клапану составляет один дюйм или меньше, чтобы обеспечить скорость и высокое давление для управления. Соленоид активируется для подачи жидкости и управления клапаном.

Электрические приводы

Для открытия, закрытия и регулирования клапанов в электрических приводах обычно используются реверсивные высокоскоростные двигатели. Они более энергоэффективны, нетоксичны и бесшумны, чем пневматические и гидравлические системы. Кроме того, соединение двигателя с клапаном часто осуществляется через систему шестерен, что ограничивает скорость и одновременно увеличивает крутящий момент, передаваемый на шток. Реверсивный двигатель обеспечивает работу клапана в обоих направлениях (открытие и закрытие). Электрические приводы подходят для больших клапанов и клапанов высокого давления, поскольку они быстро реагируют и обладают большим крутящим моментом.

Факторы, которые необходимо учитывать при автоматизации клапанов

Автоматизация клапанов предполагает тщательный учет различных факторов для обеспечения оптимальной производительности, эффективности и безопасности промышленных процессов. Ниже перечислены ключевые факторы, которые необходимо учитывать:

Номинальный крутящий момент

This is an essential consideration in valve automation since the torque rating of a valve affects actuator requirements. The actuator’s proper sizing ensures it can open or close the valve whenever needed. The torque rating of valves varies depending on the kind and size of the valve, with quarter-turn valves requiring the least.

The flow media pressure is another aspect that influences torque rating. Breakaway torque is an important metric when defining a valve torque rating because it is the greatest torque necessary to operate the valve. The rotational force necessary to open a valve from a fully closed position is called breakaway torque. It is more than the valve’s running torque, and valve manufacturers usually provide its value in terms of nominal pressure.

Коэффициент безопасности

После получения номинального крутящего момента необходимо применить коэффициент безопасности. Номинальный крутящий момент, предоставляемый поставщиком/производителем арматуры, может включать коэффициент безопасности. Однако это должно быть указано в явном виде, а не подразумеваться. На выбор адекватного коэффициента безопасности влияют расход среды, частота эксплуатации и вид работы.

Размер привода

После определения потребности в крутящем моменте следующим шагом будет выбор подходящего привода. Чем больше размер привода для пневматических и гидравлических клапанов, тем ниже давление управления. Независимо от размера привода, он должен обеспечивать крутящий момент, равный или превышающий номинальный крутящий момент клапана, включая коэффициент безопасности.

Производители разрабатывают клапаны с интерфейсом ISO 5211 для монтажных площадок, что упрощает автоматизацию. Этот стандарт гарантирует, что интерфейс между клапаном и приводом одинаков для всего оборудования, работающего в одном диапазоне крутящего момента. Он также позволяет отказаться от использования дорогостоящих монтажных комплектов, которые занимают место и увеличивают вес узла. Если следовать этому стандарту, то шток клапана и вал привода, скорее всего, будут совпадать. Однако в других случаях вал привода имеет больший размер. Поэтому для их правильного сопряжения достаточно простой редукционной втулки.

Требования к заявке

Поймите специфические потребности вашей области применения, включая расход, уровень давления и условия окружающей среды. Для разных областей применения могут потребоваться различные типы клапанов и методы автоматизации.

Тип клапана

Выберите подходящий тип клапана для вашего применения. К распространенным типам относятся шаровые краны, поворотные затворы, шаровые краны и другие. Тип клапана должен соответствовать желаемым характеристикам управления и свойствам жидкости.

Метод приведения в действие

Выберите подходящий метод приведения в действие в зависимости от требований вашего приложения. Варианты включают электрическое, пневматическое, гидравлическое или ручное приведение в действие. Учитывайте такие факторы, как время отклика, требования к крутящему моменту и доступность питания.

Совместимость систем управления

Обеспечьте совместимость с существующей или планируемой системой управления. Интеграция с распределенными системами управления (DCS) или программируемыми логическими контроллерами (PLC) имеет решающее значение для обеспечения бесперебойной связи и координации в рамках общей инфраструктуры промышленной автоматизации.

Требования к обслуживанию

Оцените простоту обслуживания и частоту необходимых проверок. Выбирайте клапаны с конструкцией, облегчающей доступ к ним и устранение неисправностей, что позволит свести к минимуму время простоя и затраты на обслуживание.

Масштабируемость и будущее расширение

Планируйте будущие потребности и расширение. Убедитесь, что автоматизированная система клапанов может масштабироваться с учетом изменений объема производства или модификаций производственного процесса.

Анализ затрат и выгод

Проведите тщательный анализ затрат и выгод, чтобы оправдать инвестиции в автоматические клапаны. Учитывайте такие факторы, как энергоэффективность, снижение трудозатрат, а также потенциал повышения производительности и надежности.

Автоматизированные задвижки

Автоматические задвижки подходят для систем перекрытия, в которых клапан либо полностью открыт, либо полностью закрыт. Это связано с нелинейной зависимостью между вертикальным перемещением задвижки и расходом. Чтобы открыть или закрыть задвижку в автоматическом режиме, приводу приходится многократно поворачивать шток. Таким образом, крутящий момент является важным фактором, который необходимо учитывать при автоматизации задвижек. Для автоматизации задвижек часто используется пневматический или электрический привод.

В случае пневматического привода мембрана обычно устанавливается в цилиндр, чтобы давление воздуха поступало с одной или двух сторон. Этот цилиндр обычно располагается в верхней части клапана. Автоматическая система управления реагирует на измеряемые параметры, такие как объем потока, температура, давление и т. д.

При достижении порога измеряемой величины система управления подает давление воздуха в цилиндр, чтобы переместить мембрану вверх или вниз. Поскольку мембрана соединена со штоком клапана, она перемещает диск клапана, закрывая или открывая его. Если клапан должен быть аварийно открыт или аварийно закрыт, то срабатывание должно происходить только в одном направлении, а пружина возвращает его в безопасное положение при потере давления.

С другой стороны, в электрических приводах используется двигатель, вращающий шток для подъема или опускания ворот. Для повышения крутящего момента электродвигатель соединяется со штоком через систему шестерен. Электрические приводы лучше подходят для конструкций, не требующих обслуживания, и быстрее приводят в действие задвижки.

Автоматизированные шаровые клапаны

The automation of globe valves is similar to gate valves as they are both rising stem valves and require linear force to open and close. However, the torque requirement for globe valve actuators is less as the disc’s distance is less traveled. Pneumatic, hydraulic, and electric actuators can be used in automated globe valves.

Автоматизированные поворотные затворы

Из трех видов клапанов поворотные заслонки предлагают самый простой путь к автоматизации, поскольку требуют минимального крутящего момента: диск клапана поворачивается в середине трубы с помощью привода, вращающего диск. Положение, параллельное трубе, пропускает поток, а перпендикулярное - препятствует. Поэтому поворотные затворы классифицируются как "четвертьоборотные". Они идеально подходят для больших труб с минимальным количеством мусора и эффективны при дросселировании.