שסתום פנאומטי עשוי לפעול רק כמה פעמים בשעה ועדיין להיכשל בדרישת סגירה של שתי שניות. זו לא סתירה. המדחס עשוי להיות בעל קיבולת כוללת מספקת, בעוד שהווסת, הסולנואיד, הצינור או נתיב הפליטה אינם יכולים לספק את הזרימה הנדרשת במהלך התנועה הקצרה.

מדריך זה מתייחס למפעיל כחלק מחבילת שסתומים משולבת. דרישת מומנט השסתום קובעת את גודל המפעיל; גודל המפעיל קובע את נפח החדר; ונפח החדר, הלחץ וזמן הנסיעה קובעים את מערכת אספקת האוויר. אם המפעיל עדיין לא נבחר, השלם את גודל מומנט של מפעיל שסתום תחילה ואשר את הממשק המכני באמצעות מדריך הרכבה לשסתום המופעל לפי ISO 5211.

שלושה מספרים שעונים על שלוש שאלות שונות

"כמה אוויר צריך המפעיל הזה?" אינו שלם אלא אם הוגדר הפלט הנדרש. חישוב מעשי צריך לדווח על כל שלושת הערכים להלן.

בלבול ערכים אלה גורם לשגיאות צפויות. הכפלת אוויר למחזור במחזורים לדקה נותן ביקוש ממוצע, אבל הממוצע הזה לא מתאר אירוע פתיחה של שתי שניות. לעומת זאת, בחירת מדחס מהזרימה השיא של כל שסתום יכולה להגזים במידה ניכרת בביקוש המפעל כאשר השסתומים אינם זזים בו זמנית.

הגדר את גבול החישוב לפני השימוש בנוסחה

החליטו מה כולל החישוב. גליון הנתונים של המפעיל עשוי לציין רק את צריכת החדר הפנימי. החבילה המותקנת מכילה גם חללי צינורות ואביזרים בלחץ ומותש. לפיכך, חישוב פרויקט צריך לרשום:

• סוג מפעיל: פעולה כפולה או החזרת קפיץ;
• דגם מפעיל ונפח תא לכל כיוון מופעל;
• לחץ מינימלי ומקסימלי זמין בכניסת המפעיל;
• זמני פתיחה וסגירה נדרשים;
• תדירות מחזור רגילה, שיא וחרום;
• קוטר ואורך פנימי של צינור;
• סולנואיד, ווסת, בקרת זרימה, משתיק קול וסידור פליטה מהיר;
• טמפרטורת האוויר ותנאי ההתייחסות לנפח רגיל של הפרויקט;
• קצבת נזילה וכל קצבת תפעול עתידית הנדרשת בפרויקט.

מפעילי מתלה ו-Scotch Yoke הם בעלי גיאומטריה פנימית שאינה מיוצגת במדויק על ידי חישוב צילינדר חיצוני פשוט. טבלת נפח האוויר של היצרן היא הקלט המועדף. אם היצרן נותן "צריכת אוויר למחזור" בלחץ מוצהר, אשר אם ערך זה הוא אוויר חופשי מנורמל והאם הוא מייצג מהלך אחד או מחזור פתיחה וסגירה שלם.

שלב 1: המרת נפח קאמרי לאוויר מנורמל

תא מפעיל בנפח 2.8 ליטר אינו צורך רק 2.8 ליטר נורמלי כאשר הוא מלא עד 6 בארג. הגז בתוך החדר נדחס. לאומדן הנדסי המבוסס על הקשר האידיאלי-גז:

V_N = V_תא × (עמ'_{שרירי הבטן, אספקה} / פ_{שרירי הבטן, נורמלי}) × (ת_רגיל / ט_אספקה)

אם טמפרטורות ההתייחסות והאספקה דומות, יחס הטמפרטורה מתייחס לרוב כ-1:

V_N ≈ V_תא × (עמ'_g + עמ'_כספומט) / עמ'_כספומט

איפה:

• V_N = נפח אוויר מנורמל או חופשי;
• V_תא = נפח תא מפעיל בלחץ;
• p_g = לחץ מד אספקה;
• p_כספומט = לחץ אטמוספרי מקומי;
• P_{שרירי הבטן} = לחץ מוחלט;
• T = טמפרטורה מוחלטת בקלווין.

אם רק מידות צילינדר זמינות

עבור גליל בוכנה ליניארי קונבנציונלי, ניתן להעריך את הנפח הגיאומטרי מקידוח, קוטר המוט ומהלך:

נפח קצה קצה = πD²s / 4

נפח קצה מוט = π(D² − d²)s / 4

הנה, D הוא קדח בוכנה, d הוא קוטר מוט ו s הוא שבץ. הוסף נפח מיון קצה אם ידוע. אין ליישם את המשוואות הללו על מפעיל מתלה עם רבע סיבוב או סקוץ' yoke אלא אם כן היצרן מספק ספציפית את המידות הפנימיות הדרושות לדגם זה.

שלב 2: ספור את המהלכים המופעלים בצורה נכונה

מפעיל דו-פעולי

מפעיל כפול פועל משתמש באוויר דחוס כדי לפתוח ולסגור. אם שני נפחי החדר שונים, חשב אותם בנפרד:

V_{נ, מחזור} = V_{נ, פתוח} + V_{נ, קרוב}

מחזור אחד פירושו פתיחה אחת מלאה וסגירה אחת מלאה. קטלוגים מסוימים משתמשים ב"פעולה" במשמעות של קו בודד, ולכן יש לבדוק את הגדרת גליון הנתונים.

מפעיל קפיץ-החזרה

מפעיל קפיצי חוזר בדרך כלל משתמש באוויר דחוס רק בכיוון אחד; אנרגיית קפיץ מאוחסנת מניעה את כיוון הכשל. לכן צריכת האוויר הדחוס שלו למחזור מבוססת על מילוי החדר המופעל, בתוספת אביזרים מחוברים ונפח צינורות. זה לא אומר שהמפעיל קטן יותר או יעיל יותר: הצד הפנאומטי חייב גם להתגבר על עומס הקפיץ, שלעתים קרובות מגדיל את גודל המפעיל.

בחירת ההפעלה צריכה לפעול לפי מיקום הכשל ופילוסופיית הבטיחות הנדרשת, ולא צריכת אוויר בלבד. להבדלים התפקודיים, ראה מפעילים חד-פעמיים לעומת כפולים.

דוגמה עובדת: מחזור אחד משתמש ב-34.6 NL, אך פתיחה צריכה 582 NL/דקה

שקול מפעיל כפול רבע סיבוב עם נתוני היצרן ודרישות השירות הבאות:

• נפח תא הפתיחה: 2.8 ליטר;
• נפח תא סגירה: 2.2 ליטר;
• לחץ אספקה במפעיל: 6 בארג;
• לחץ אטמוספרי: 1.013 בר;
• קצב הפעלה רגיל: 12 מחזורים שלמים לשעה;
• זמן פתיחה נדרש: 2 שניות;
• זמן סגירה נדרש: 2 שניות;
• תיקון טמפרטורה הושמט עבור אומדן ראשוני זה מכיוון שטמפרטורות ייחוס ואספקה משוערות דומות.

1. חשב את יחס הלחץ

יחס לחץ = (6 + 1.013) / 1.013 = 6.92

2. חשב אוויר מנורמל לכל שבץ

אוויר פתיחה = 2.8 × 6.92 = 19.4 NL

אוויר סגירה = 2.2 × 6.92 = 15.2 NL

3. חשב אוויר לכל מחזור שלם

אוויר למחזור = 19.4 + 15.2 = 34.6 NL/מחזור

4. חשב ביקוש ממוצע לצמחים

ביקוש ממוצע = 34.6 × 12 = 415 NL/h = 6.9 NL/דקה

5. חשב את הזרימה הנדרשת במהלך כל שבץ

זרימת פתיחה = (19.4 / 2) × 60 = 582 NL/דקה

זרימת סגירה = (15.2 / 2) × 60 = 456 NL/דקה

המדחס רואה רק 6.9 NL/דקה כממוצע לטווח הארוך עבור שסתום זה, אך נתיב האוויר הנפתח חייב לספק כ-582 NL/דקה במהלך התנועה לפני שיחשבו על תוספת קצבאות והפסדי לחץ. זו הסיבה שבחירה בסולנואיד מ-6.9 NL/min תהיה טעות חמורה.

אלו הן תוצאות חישוב אידאליות, לא דירוגי רכיבים סופיים. עדיין יש לקחת בחשבון נפח מת של צינורות, עקומות זרימת שסתומים, ירידת לחץ, טמפרטורת אוויר, דליפה וקצבת התכנון המאושרת על ידי הפרויקט.

לחץ מצמיד את צריכת האוויר למומנט השסתום

הגדלת לחץ אספקת המפעיל מגבירה בדרך כלל את מומנט המפעיל, אך היא גם מגבירה את האוויר המנורמל המשמש לכל מילוי תא. הלחץ השמיש הוא הלחץ הזמין במפעיל בזמן שהוא נע, לא הלחץ ללא זרימה המוצג במדחס או בווסת הקיר.

בדוק שני קצוות של טווח הלחץ:

• לחץ דינמי מינימלי: המפעיל חייב לייצר מומנט מספיק לאחר אובדן הרגולטור, הסולנואיד, ההתאמה והצינורות.
• לחץ מקסימלי אפשרי: אסור להעמיס יתר על המידה על גזע השסתום, הצימוד, התושבת ותיבת ההילוכים אם הווסת מוגדר גבוה או כשל.

מומנט שבירת השסתומים יכול לעלות על מומנט הריצה, במיוחד לאחר תקופות סטטיות ארוכות, בטמפרטורה נמוכה, עם מדיה יבשה או תחת לחץ דיפרנציאלי מלא. מפעיל שזז בחופשיות במהלך מבחן סדנה ללא עומס עלול עדיין להיתקע בשירות. לפיכך יש להשתמש באותן הנחות לחץ.

נתיב האוויר, לא יציאת המפעיל, קובע לעתים קרובות את זמן המחזור

זרימת המהלך המחושבת חייבת לעבור דרך כל הגבלה בין הכותרת למפעיל - ודרך מסלול הפליטה בתא הנגדי. סקור את השרשרת המלאה:

כותרת צמח ← שסתום בידוד ← מסנן/ווסת ← שסתום סולנואיד ← אביזרים ← צינורות ← בקרת מהירות ← יציאת מפעיל ← אביזרי פליטה או משתיק קול

שסתום סולנואיד

בחר את תצורת הסולנואיד עבור המפעיל ופעולת הכשל - בדרך כלל 5/2 עבור פעולה כפולה ו-3/2 עבור החזרת קפיץ - ולאחר מכן השתמש בעקומת הזרימה של היצרן, Cv, Kv או דירוג זרימה סטנדרטי בתנאי הכניסה והיציאה בפועל. גודל יציאה נומינלי לבדו אינו מגדיר זרימת אוויר שמישה.

ווסת ומסנן

ווסת יכול להחזיק את הלחץ הסטטי הנכון אך לצנוח במהלך מהלך מהיר. בדוק את עקומת הזרימה שלו וודא שרכיב המסנן בגודל ונשמר לשיא הביקוש. יש להקפיד על לחץ במעלה הזרם ובמורד הזרם במהלך התנועה בעת אבחון נסיעה איטית.

צינורות ואביזרים

השתמש בקוטר פנימי של הצינור - לא רק בקוטר חיצוני - וכולל אורך, עיקולים, טי, פתחי דחיפה ומגבלות פליטה. צינור ארוך על שסתום מרוחק גם מוסיף נפח וגם מגביר את ירידת הלחץ. הצבת הסולנואיד ליד המפעיל יכולה לקצר את נתיב הזרימה הסופי, בכפוף לדרישות החשמל, הסביבה והתחזוקה.

בקרות מהירות, משתיקי קול ואגזוז

בקרות זרימה של מד החוצה שימושיות לנסיעה יציבה, אך בקרה סגורה מדי יוצרת תנועה איטית או לא אחידה. משתיקי פליטה מזוהמים הם הגבלה נסתרת נפוצה. שסתום פליטה מהיר או מאיץ נפח עשויים לשפר את התגובה היכן שפילוסופיית הבקרה מאפשרת זאת, אך יש לבחור ולבדוק אותו כחלק מהמעגל השלם במקום להוסיף אותו כתרופה גנרית.

הקרנת מקלט אוויר מקומי להפעלת חירום

ייתכן שיידרש מקלט מקומי כאשר ראש המפעל אינו יכול לתמוך בשיא זרימת הזרימה, כאשר השסתום מרוחק, או כאשר יש להשלים תנועה אחת או יותר לאחר אובדן אספקת האוויר. לחישוב סקר איזותרמי ראשוני:

V_מקלט ≈ V_{N, חובה} × P_כספומט / (עמ'_{1, abs} - פ_{2, אבס})

איפה P₁ הוא לחץ מקלט ראשוני ו P₂ הוא לחץ המקלט הנמוך ביותר המותר לאחר הפעולה. שניהם חייבים להיות לחצים מוחלטים. הלחץ הסופי המינימלי עדיין חייב לספק מומנט מספק של המפעיל לאחר הפסדי הווסת ונתיב הזרימה.

באמצעות מהלך הפתיחה של 19.4 NL של הדוגמה, מקלט של 8 בארג שעשוי ליפול ל-5 בארג נותן:

V_מקלט ≈ 19.4 × 1.013 / [(8 + 1.013) − (5 + 1.013)] = 6.55 ל'

תוצאה זו של 6.55 ל' היא ערך ראשוני אידיאלי עבור מהלך מנוע אחד. זה לא כולל נפח קו, דליפה, התנהגות ווסת, שינוי טמפרטורה, רזרבה, פעימות חירום חוזרות או דרישות קוד. החל את קצבת הפרויקט המתועדת, בחר מקלט סטנדרטי מתאים ובדוק את המערכת הפנאומטית הסופית עבור דרישות כלי לחץ ובטיחות.

איכות אוויר היא חלק מהאמינות

זרימה לא מספקת היא לא הבעיה היחידה באספקת האוויר. מים, שמן וחלקיקים יכולים להשפיע על אטמים, סולנואידים, מנחים ורכיבי פליטה. ISO 8573-1:2010 מגדיר כיתות טוהר אוויר דחוס עבור חלקיקים, מים ושמן. המחלקה הנדרשת לחבילת שסתום חייבת להגיע מיצרני המפעיל והאביזרים בתוספת מפרט הפרויקט; אין להניח את זה מהכותרת הסטנדרטית בלבד.

וודא גם את נקודת הטל המותרת בטמפרטורת הסביבה הנמוכה ביותר. קונדנסט שקופא בסולנואיד חיצוני או בנתיב פליטה יכול למנוע את תנועת הבטיחות הנדרשת גם כאשר חישוב צריכת האוויר בטמפרטורת החדר נכון.

תסמינים המצביעים על בעיה בזרימה או בנפח האוויר

אם חבילה מיושרת מכנית נקשרת שוב ושוב או נעה בצורה לא אחידה, בדוק גם את התושבת, הצימוד ויישור הציר. ההשלכות נדונות ב מפעילי שסתומים פנאומטיים לא מיושרים.

מידע שיש לשים על גיליון המידות או הצעת המחיר

בקשה שימושית לאספקת אוויר של מפעיל צריכה לכלול מספיק מידע כדי שהשסתום, המפעיל והאביזרים ייבדקו יחד:

• סוג שסתום, גודל, דרגת לחץ ואמצעי תהליך;
• לחץ דיפרנציאלי מרבי ומומנט או דחף שסתום נדרשים;
• סט יוצר, דגם, פעולה וקפיצים במידת הצורך;
• נפח תא היצרן או צריכת אוויר ותנאי דירוג מוצהרים;
• לחץ אוויר מינימלי/רגיל/מקסימלי במיקום השסתום;
• זמן פתיחה וסגירה, כולל סובלנות;
• קצב מחזור רגיל, קצב שיא מחזור ותנועות שסתומים בו זמנית;
• תפקוד סולנואיד, מתח, דירוג זרימה ושיטת הרכבה;
• חומר צינור, קוטר פנימי, אורך וסידור התאמה;
• טווח סביבה, דרישת מתחם/אזור מסוכן ואיכות אוויר מוגדרת;
• מיקום כשל ומספר התנועות הנדרשות לאחר אובדן אספקת אוויר;
• קריטריוני קבלה לדליפה, זמן נסיעה ומשוב על מיקום.

עבור יישומי שסתום פרפר, ה מדריך שסתום פרפר פנאומטי מספק הקשר נוסף לבחירת חבילה. ניתן לסקור גם משפחות שסתומים זמינות תחת שסתומי כדור, שסתומי פרפר ו שסתומי בקרה.

אמת את חבילת השסתום שהושלמה

ההוכחה הסופית היא מבחן משולב. השתמש בלחץ האוויר שצוין ובסידור האביזרים הסופי, ולאחר מכן:

1. רשום לחץ סטטי לפני תנועה;
2. רשום לחץ מינימלי במפעיל במהלך הפתיחה והסגירה;
3. למדוד את שני זמני השבץ על פני מחזורים חוזרים;
4. לאשר חיווי מיקום פתוח וסגור;
5. בדוק דליפה חיצונית בצינורות, אביזרים ויציאות אביזרים;
6. לאשר את פעולת הכשל הנדרשת על ידי הדמיית אובדן כוח ו/או אוויר לפי נוהל הבדיקה המאושר;
7. אם מותקן מקלט, ודא את מספר התנועות הנדרש מלחץ מאוחסן מינימלי שצוין;
8. הגדרת וסת מסמך, מיקום בקרת מהירות וטמפרטורת בדיקה.

עבור חבילה ספציפית לפרויקט, שלח את חובת השסתום, לחץ ההפרש, טווח לחץ האוויר הזמין, זמן הנסיעה הנדרש, קצב המחזור ופעולת הכשל דרך דף יצירת קשר. מידע זה מאפשר להשלים את בדיקת המומנט ובדיקת הזרימה הפנאומטית כבחירה משולבת אחת.

שאלות נפוצות

הפניות טכניות

• מחשבון צריכת אוויר של Festo - תשומות החישוב כוללות סוג צילינדר, גודל, מהלך, לחץ פעולה ומחזורים.
• תיעוד מפעיל פנאומטי של Rotork RC200 - נתוני צריכת האוויר של היצרן וזמן הפעולה מסופקים לבחירת מפעיל.
• דוגמה לסולנואיד ASCO של אמרסון - ממחיש את תפקוד השסתום הכיווני ואת נתוני זרימת ה-Cv/Kv המשמשים בבחירת אביזרים.
• מגבר נפח Rotork YT-315 - דוגמה לאביזר שנועד להפחית את זמן התגובה של המפעיל כאשר המעגל דורש קיבולת זרימה נוספת.
• ISO 8573-1:2010 - כיתות טוהר אוויר דחוס עבור חלקיקים, מים ושמן.