Een pneumatische klep werkt mogelijk maar een paar keer per uur en voldoet nog steeds niet aan de sluitvereiste van twee seconden. Dat is geen tegenstrijdigheid. Het kan zijn dat de compressor voldoende totale capaciteit heeft, terwijl de regelaar, solenoïde, slang of uitlaattraject tijdens de korte beweging niet de vereiste stroom kan leveren.

In deze handleiding wordt de actuator behandeld als onderdeel van een geïntegreerd kleppakket. Het vereiste koppel van de klep bepaalt de grootte van de actuator; actuatorgrootte bepaalt het kamervolume; en kamervolume, druk en looptijd bepalen het luchttoevoersysteem. Als de actuator nog niet is geselecteerd, voltooit u de procedure koppelbepaling van klepactuator eerst en bevestig de mechanische interface met behulp van de ISO 5211 montagehandleiding voor bediende kleppen.

Drie cijfers die drie verschillende vragen beantwoorden

“Hoeveel lucht heeft deze actuator nodig?” is onvolledig tenzij de vereiste uitvoer is gedefinieerd. Een praktische berekening zou alle drie onderstaande waarden moeten rapporteren.

Het verwarren van deze waarden veroorzaakt voorspelbare fouten. Het vermenigvuldigen van lucht per cyclus met cycli per minuut geeft een gemiddelde vraag, maar dat gemiddelde beschrijft geen openingsgebeurtenis van twee seconden. Omgekeerd kan het selecteren van een compressor uit het piekdebiet van elke klep de vraag van de installatie aanzienlijk overschatten als de kleppen niet tegelijkertijd bewegen.

Definieer de berekeningsgrens voordat u een formule gebruikt

Bepaal wat de berekening omvat. Het gegevensblad van de actuator vermeldt mogelijk alleen het interne kamerverbruik. Het geïnstalleerde pakket bevat ook holtes voor slangen en accessoires die onder druk staan ​​en leeg zijn. Een projectberekening moet daarom het volgende vastleggen:

• type aandrijving: dubbelwerkend of veerretour;
• actuatormodel en kamervolume voor elke aangedreven richting;
• minimale en maximale druk beschikbaar bij de inlaat van de actuator;
• verplichte openings- en sluitingstijden;
• normale, piek- en noodcyclusfrequentie;
• interne diameter en lengte van de buis;
• solenoïde, regelaar, stroomregeling, geluiddemper en snelle uitlaatopstelling;
• luchttemperatuur en de referentieomstandigheden van het project met normaal volume;
• lekkagetoeslag en eventuele toekomstige exploitatietoeslag die voor het project nodig is.

Tandheugel- en scotch-yoke-actuators hebben een interne geometrie die niet nauwkeurig wordt weergegeven door een eenvoudige externe cilinderberekening. De luchtvolumetabel van de fabrikant is de voorkeursinvoer. Als de fabrikant ‘luchtverbruik per cyclus’ bij een aangegeven druk vermeldt, bevestig dan of die waarde genormaliseerde vrije lucht is en of deze één slag vertegenwoordigt of een volledige open-en-dicht-cyclus.

Stap 1: Converteer het kamervolume naar genormaliseerde lucht

Een actuatorkamer van 2,8 liter verbruikt niet slechts 2,8 normale liters wanneer deze tot 6 barg is gevuld. Het gas in de kamer wordt gecomprimeerd. Voor een technische schatting op basis van de ideaal-gasrelatie:

V_N = V_kamer × (pag_{buikspieren, aanbod} / P_{buikspieren, normaal}) × (T_normaal / T_aanbod)

Als de referentie- en aanvoertemperaturen vergelijkbaar zijn, wordt de temperatuurverhouding vaak als ongeveer 1 beschouwd:

V_N ≈ V_kamer × (pag_g + blz_pinautomaat) / blz_pinautomaat

Waar:

• V_N = genormaliseerd of vrij luchtvolume;
• V_kamer = onder druk gebracht actuatorkamervolume;
• p_g = voorraadoverdruk;
• p_pinautomaat = lokale atmosferische druk;
• P_buikspieren = absolute druk;
• T = absolute temperatuur in Kelvin.

Als er alleen cilinderafmetingen beschikbaar zijn

Voor een conventionele lineaire zuigercilinder kan het geometrische volume worden geschat op basis van de boring, de staafdiameter en de slag:

Cap-end-volume = πD²s / 4

Volume staafeinde = π(D² − d²)s / 4

Hier, D is de zuigerboring, d is staafdiameter en s is een beroerte. Voeg het eindspelingsvolume toe, indien bekend. Pas deze vergelijkingen niet toe op een kwartslag tandheugel- of scotch-yoke-actuator, tenzij de fabrikant specifiek de interne afmetingen verstrekt die nodig zijn voor dat model.

Stap 2: Tel de aangedreven slagen correct

Dubbelwerkende aandrijving

Een dubbelwerkende actuator gebruikt perslucht om te openen en te sluiten. Als de twee kamervolumes verschillen, bereken ze dan afzonderlijk:

V_{N, cyclus} = V_{N, geopend} + V_{N, dichtbij}

Eén cyclus betekent één volledige opening en één volledige sluiting. In sommige catalogi wordt met 'bewerking' een enkele slag bedoeld, dus de definitie van de datasheet moet worden gecontroleerd.

Actuator met veerretour

Een actuator met veerretour gebruikt normaal gesproken perslucht in slechts één richting; opgeslagen veerenergie drijft de faalrichting aan. Het persluchtverbruik per cyclus is daarom gebaseerd op de aangedreven kamervulling, plus het aangesloten accessoire- en slangvolume. Het betekent niet dat de actuator automatisch kleiner of efficiënter wordt: de pneumatische kant moet ook de veerbelasting overwinnen, waardoor de actuator vaak groter wordt.

De bedieningskeuze moet de vereiste faalpositie en veiligheidsfilosofie volgen, en niet alleen het luchtverbruik. Voor de functionele verschillen, zie enkelwerkende versus dubbelwerkende actuatoren.

Uitgewerkt voorbeeld: één cyclus verbruikt 34,6 NL, maar bij het openen is 582 NL/min nodig

Overweeg een dubbelwerkende kwartslagactuator met de volgende fabrikantgegevens en servicevereisten:

• volume openingskamer: 2,8 l;
• volume sluitkamer: 2,2 l;
• toevoerdruk bij de aandrijving: 6 barg;
• atmosferische druk: 1,013 bar;
• normale bedrijfssnelheid: 12 volledige cycli per uur;
• vereiste openingstijd: 2 seconden;
• benodigde sluittijd: 2 seconden;
• temperatuurcorrectie is voor deze voorlopige schatting weggelaten omdat wordt aangenomen dat de referentie- en aanvoertemperaturen vergelijkbaar zijn.

1. Bereken de drukverhouding

Drukverhouding = (6 + 1,013) / 1,013 = 6,92

2. Bereken genormaliseerde lucht per slag

Openingslucht = 2,8 × 6,92 = 19,4 NL

Sluitlucht = 2,2 × 6,92 = 15,2 NL

3. Bereken lucht per volledige cyclus

Lucht per cyclus = 19,4 + 15,2 = 34,6 NL/cyclus

4. Bereken de gemiddelde vraag naar installaties

Gemiddelde vraag = 34,6 × 12 = 415 NL/u = 6,9 NL/min

5. Bereken de benodigde stroom tijdens elke slag

Openingsdebiet = (19,4 / 2) × 60 = 582 NL/min

Sluitstroom = (15,2 / 2) × 60 = 456 NL/min

De compressor beschouwt slechts 6,9 NL/min als het langetermijngemiddelde voor deze klep, maar het openende luchtpad moet tijdens beweging ongeveer 582 NL/min leveren voordat rekening wordt gehouden met extra toeslagen en drukverliezen. Dit is de reden waarom het een ernstige vergissing zou zijn om de solenoïde vanaf 6,9 NL/min te selecteren.

Dit zijn geïdealiseerde berekeningsresultaten, geen definitieve componentbeoordelingen. Er moet nog steeds rekening worden gehouden met het dode volume van de slangen, de stroomcurven van de kleppen, de drukval, de luchttemperatuur, de lekkage en de door het project goedgekeurde ontwerpmarge.

Druk koppelt luchtverbruik aan klepkoppel

Het verhogen van de toevoerdruk van de actuator verhoogt normaal gesproken het actuatorkoppel, maar verhoogt ook de genormaliseerde lucht die voor elke kamervulling wordt gebruikt. De bruikbare druk is de beschikbare druk op de actuator terwijl deze beweegt, niet de nuldruk die wordt weergegeven op de compressor of wandregelaar.

Controleer twee uiteinden van het drukbereik:

• Minimale dynamische druk: de actuator moet voldoende koppel produceren na verlies van de regelaar, solenoïde, fitting en slang.
• Maximaal mogelijke druk: de klepsteel, koppeling, beugel en tandwielkast mogen niet overbelast worden als de regelaar hoog staat of uitvalt.

Het breekkoppel van de klep kan groter zijn dan het draaimoment, vooral na lange statische perioden, bij lage temperaturen, met droge media of onder volledig drukverschil. Een actuator die tijdens een onbelaste werkplaatstest vrij beweegt, kan tijdens bedrijf nog steeds afslaan. De koppelbepaling en de luchtstroombepaling moeten daarom dezelfde drukaannames gebruiken.

Het luchtpad, en niet de actuatorpoort, stelt vaak de cyclustijd in

De berekende slagstroom moet door elke restrictie tussen de header en de actuator gaan, en door het uitlaatpad in de tegenoverliggende kamer. Bekijk de volledige keten:

Installatiekop → isolatieklep → filter/regelaar → magneetklep → fittingen → slangen → snelheidsregeling → actuatorpoort → uitlaatfitting of geluiddemper

Magneetventiel

Selecteer de solenoïdeconfiguratie voor de actuator en de storingsactie (gewoonlijk 5/2 voor dubbelwerkend en 3/2 voor veerretour) en gebruik vervolgens de stroomcurve van de fabrikant, Cv, Kv of gestandaardiseerde stroomwaarde bij de werkelijke inlaat- en uitlaatomstandigheden. Een nominale poortgrootte alleen definieert geen bruikbare luchtstroom.

Regelaar en filter

Een ademautomaat kan de juiste statische druk vasthouden en toch zakken tijdens een snelle slag. Controleer de stroomcurve en zorg ervoor dat het filterelement de juiste afmetingen heeft en wordt onderhouden voor de piekvraag. Bij het diagnosticeren van langzaam rijden moet de druk stroomopwaarts en stroomafwaarts worden waargenomen tijdens beweging.

Buizen en fittingen

Gebruik de binnendiameter van de buis (niet alleen de buitendiameter) en vermeld lengte, bochten, T-stukken, insteekfittingboringen en uitlaatbeperkingen. Lange slangen op een regelventiel voegen volume toe en vergroten de drukval. Het plaatsen van de solenoïde in de buurt van de actuator kan het uiteindelijke stroompad verkorten, afhankelijk van elektrische, milieu- en onderhoudsvereisten.

Snelheidsregelaars, geluiddempers en uitlaat

Debietregelaars met uitmeter zijn handig voor stabiel reizen, maar een te gesloten regelaar zorgt voor langzame of ongelijkmatige bewegingen. Vervuilde uitlaatdempers zijn een veel voorkomende verborgen beperking. Een sneluitlaatklep of volumebooster kan de respons verbeteren waar de regelfilosofie dit toelaat, maar deze moet worden geselecteerd en getest als onderdeel van het volledige circuit in plaats van toegevoegd als een generieke remedie.

Screening van een lokale luchtontvanger voor noodbediening

Een lokale ontvanger kan nodig zijn als de header van de installatie de piekstroom niet kan ondersteunen, als de klep op afstand staat of als een of meer bewegingen moeten worden voltooid na verlies van luchttoevoer. Voor een voorlopige berekening van de isotherme screening:

V_ontvanger ≈ V_{N, vereist} × P_pinautomaat / (P_{1, buikspieren} − P_{2, buikspieren})

Waar P₁ is de initiële ontvangerdruk en P₂ is de laagst toegestane ontvangerdruk na bedrijf. Beide moeten absolute druk zijn. De minimale einddruk moet nog steeds voldoende actuatorkoppel bieden na de verliezen van de regelaar en het stroompad.

Gebruikmakend van de openingsslag van 19,4 NL uit het voorbeeld, geeft een ontvanger van 8 barg die kan dalen tot 5 barg:

V_ontvanger ≈ 19,4 × 1,013 / [(8 + 1,013) − (5 + 1,013)] = 6,55 L

Dit resultaat van 6,55 liter is een ideale voorlopige waarde voor één arbeidsslag. Het houdt geen rekening met lijnvolume, lekkage, gedrag van de regelaar, temperatuurverandering, reserve, herhaalde noodslagen of codevereisten. Pas de gedocumenteerde projectruimte toe, kies een geschikte standaardontvanger en laat het uiteindelijke pneumatische systeem beoordelen op drukvat- en veiligheidseisen.

Luchtkwaliteit is een onderdeel van betrouwbaarheid

Onvoldoende doorstroming is niet het enige probleem met de luchttoevoer. Water, olie en deeltjes kunnen afdichtingen, elektromagneten, klepstandstellers en uitlaatcomponenten aantasten. ISO8573-1:2010 definieert de zuiverheidsklassen van perslucht voor deeltjes, water en olie. De vereiste klasse voor een kleppenpakket moet afkomstig zijn van de fabrikanten van actuatoren en accessoires, plus de projectspecificatie; het mag niet alleen uit de standaardtitel worden afgeleid.

Controleer tevens het toegestane dauwpunt bij de laagste omgevingstemperatuur. Condensaat dat bevriest in een buitensolenoïde of uitlaatkanaal kan de vereiste veiligheidsbeweging verhinderen, zelfs als de berekening van het luchtverbruik op kamertemperatuur correct is.

Symptomen die wijzen op een probleem met de stroming of het luchtvolume

Als een mechanisch uitgelijnd pakket herhaaldelijk vastloopt of ongelijkmatig beweegt, inspecteer dan ook de uitlijning van de beugel, koppeling en as. De gevolgen worden besproken in verkeerd uitgelijnde pneumatische klepactuators.

Informatie die op het maatblad of de offerteaanvraag moet worden geplaatst

Een nuttig verzoek om luchttoevoer van een actuator moet voldoende informatie bevatten om de klep, actuator en accessoires samen te kunnen controleren:

• kleptype, maat, drukklasse en procesmedium;
• maximale drukverschil en vereist klepkoppel of stuwkracht;
• merk, model, actie en veerset van de actuator, indien van toepassing;
• kamervolume van de fabrikant of opgegeven luchtverbruik en nominale omstandigheden;
• minimale/normale/maximale luchtdruk op de kleplocatie;
• openings- en sluitingstijd, inclusief tolerantie;
• normale cyclussnelheid, piekcyclussnelheid en gelijktijdige klepbewegingen;
• magneetfunctie, spanning, debiet en montagemethode;
• buismateriaal, binnendiameter, lengte en fittingopstelling;
• omgevingsbereik, vereisten voor behuizing/gevaarlijk gebied en gespecificeerde luchtkwaliteit;
• faalpositie en aantal bewegingen vereist na verlies van luchttoevoer;
• acceptatiecriteria voor lekkage, reistijd en positiefeedback.

Voor vlinderkleptoepassingen is de pneumatische vlinderklepgeleider biedt aanvullende context voor pakketselectie. Beschikbare ventielfamilies kunt u ook bekijken onder kogelkranen, vlinderkleppen en regelkleppen.

Controleer het voltooide kleppakket

Het uiteindelijke bewijs is een geïntegreerde test. Gebruik de gespecificeerde luchtdruk en de uiteindelijke accessoire-opstelling en doe dan het volgende:

1. registreer statische druk vóór beweging;
2. registreer de minimale druk op de actuator tijdens het openen en sluiten;
3. meet beide slagtijden over herhaalde cycli;
4. bevestig open en gesloten positie-indicatie;
5. controleer externe lekkage bij buizen, fittingen en accessoirepoorten;
6. bevestig de vereiste storingsactie door stroom- en/of luchtverlies te simuleren volgens de goedgekeurde testprocedure;
7. als er een ontvanger is gemonteerd, controleer dan het vereiste aantal bewegingen vanaf de minimaal gespecificeerde opgeslagen druk;
8. documentregelaarinstelling, snelheidsregelaarpositie en testtemperatuur.

Voor een projectspecifiek pakket stuurt u de klepplicht, verschildruk, beschikbaar luchtdrukbereik, benodigde looptijd, cyclussnelheid en faalactie via het contactpagina. Met deze informatie kunnen de koppelcontrole en de pneumatische stroomcontrole als één geïntegreerde selectie worden uitgevoerd.

Veelgestelde vragen

Technische referenties

• Festo luchtverbruikcalculator — berekeningsinvoer omvat cilindertype, grootte, slag, bedrijfsdruk en cycli.
• Documentatie voor Rotork RC200 pneumatische actuator — Er worden gegevens over het luchtverbruik en de bedrijfstijd van de fabrikant verstrekt voor de selectie van de actuator.
• Emerson ASCO-magneetvoorbeeld — illustreert de richtingsklepfunctie en Cv/Kv-stroomgegevens die worden gebruikt bij de selectie van accessoires.
• Rotork YT-315 volumeversterker — een voorbeeld van een accessoire bedoeld om de responstijd van de actuator te verkorten wanneer het circuit extra stroomcapaciteit vereist.
• ISO8573-1:2010 — zuiverheidsklassen van perslucht voor deeltjes, water en olie.