Пневматический клапан может срабатывать всего несколько раз в час и при этом не выдерживать двухсекундное требование закрытия. Это не противоречие. Компрессор может иметь достаточную общую мощность, в то время как регулятор, соленоид, трубки или выхлопной тракт не могут обеспечить необходимый поток во время короткого движения.

В данном руководстве привод рассматривается как часть интегрированного комплекта клапанов. Требуемый крутящий момент клапана определяет размер привода; размер привода определяет объем камеры; а объем камеры, давление и время перемещения определяют систему подачи воздуха. Если привод еще не выбран, выполните определение крутящего момента привода клапана сначала и подтвердите механический интерфейс с помощью Руководство по монтажу приводного клапана ISO 5211.

Три числа, которые отвечают на три разных вопроса

«Сколько воздуха нужно этому приводу?» является неполным, если не определен требуемый результат. Практический расчет должен показать все три значения ниже.

Смешение этих значений приводит к предсказуемым ошибкам. Умножение воздуха за цикл на количество циклов в минуту дает среднюю потребность, но это среднее значение не описывает двухсекундное событие открытия. И наоборот, выбор компрессора по пиковому расходу каждого клапана может значительно завысить потребность установки, когда клапаны не движутся одновременно.

Определите границу расчета перед использованием формулы

Определитесь, что включает в себя расчет. В технических характеристиках привода может быть указан только расход внутренней камеры. Установленный комплект также содержит полости для трубок и принадлежностей, которые находятся под давлением и откачивают воздух. Таким образом, в расчете проекта должно быть отражено:

• тип привода: двойного действия или с пружинным возвратом;
• модель привода и объем камеры для каждого направления привода;
• минимальное и максимальное давление, доступное на входе привода;
• необходимое время открытия и закрытия;
• нормальная, пиковая и аварийная частота цикла;
• внутренний диаметр и длина трубки;
• соленоид, регулятор, регулятор расхода, глушитель и устройство быстрого выпуска;
• температура воздуха и стандартные условия проекта при нормальном объеме;
• допуск на утечку и любые будущие эксплуатационные допуски, требуемые проектом.

Реечные приводы и приводы с кулисным механизмом имеют внутреннюю геометрию, которая не может быть точно отображена простым расчетом внешнего цилиндра. Предпочтительным является таблица объемов воздуха производителя. Если производитель указывает «расход воздуха за цикл» при указанном давлении, подтвердите, является ли это значение нормализованным свободным воздухом и соответствует ли оно одному ходу или полному циклу открытия и закрытия.

Шаг 1. Преобразование объема камеры в нормализованный воздух

Камера привода объемом 2,8 л потребляет не только 2,8 обычных литра, когда она заполнена до давления 6 бар (изб.). Газ внутри камеры сжимается. Для инженерной оценки, основанной на соотношении идеального газа:

V_N = В_палата × (П_{абс, поставка} / П_{пресс, нормальный}) × (Т_{нормальный} / Т_{поставка})

Если опорная температура и температура подачи одинаковы, соотношение температур часто принимается примерно равным 1:

V_N ≈ В_палата × (р_g + р_{банкомат}) / п_{банкомат}

Где:

• V_N = нормированный или объем свободного воздуха;
• V_палата = объем камеры привода под давлением;
• p_g = манометрическое давление питания;
• p_{банкомат} = местное атмосферное давление;
• P_пресс = абсолютное давление;
• T = абсолютная температура в Кельвинах.

Если доступны только размеры цилиндра

Для обычного цилиндра с линейным поршнем геометрический объем можно оценить по диаметру отверстия, диаметру штока и ходу:

Объем крышки = πD²s / 4

Объем стержня = π(D² − d²)с / 4

Здесь, D это отверстие поршня, d - диаметр стержня и s это инсульт. Добавьте объем конечного зазора, если он известен. Не применяйте эти уравнения к четвертьоборотному реечному приводу или приводу с кулисным механизмом, если производитель специально не указал внутренние размеры, необходимые для этой модели.

Шаг 2: Правильно считайте мощные удары

Привод двойного действия

Привод двойного действия использует сжатый воздух для открытия и закрытия. Если объемы двух камер различаются, рассчитайте их отдельно:

V_{Н, цикл} = В_{Н, открыть} + В_{Н, закрыть}

Один цикл означает одно полное открытие и одно полное закрытие. В некоторых каталогах слово «операция» используется для обозначения одного хода, поэтому необходимо проверить определение в таблице данных.

Привод с пружинным возвратом

Привод с пружинным возвратом обычно использует сжатый воздух только в одном направлении; накопленная энергия пружины определяет направление отказа. Таким образом, расход сжатого воздуха за цикл зависит от наполнения рабочей камеры, а также объема подключенных аксессуаров и трубок. Это не означает, что привод автоматически становится меньше или эффективнее: пневматическая сторона также должна преодолевать нагрузку пружины, что часто увеличивает размер привода.

Выбор режима работы должен основываться на требуемом положении отказа и философии безопасности, а не только на потреблении воздуха. Функциональные различия см. приводы одностороннего и двойного действия.

Рабочий пример: в одном цикле используется 34,6 НЛ, но для открытия требуется 582 НЛ/мин.

Рассмотрим четвертьоборотный привод двойного действия со следующими данными производителя и требованиями к обслуживанию:

• объем открывающейся камеры: 2,8 л;
• объем закрывающей камеры: 2,2 л;
• давление питания на приводе: 6 бар изб.;
• атмосферное давление: 1,013 бар;
• нормальная скорость работы: 12 полных циклов в час;
• необходимое время открытия: 2 секунды;
• необходимое время закрытия: 2 секунды;
• Температурная поправка опущена для этой предварительной оценки, поскольку опорная температура и температура подачи предполагаются одинаковыми.

1. Рассчитайте степень давления

Степень давления = (6 + 1,013) / 1,013 = 6,92

2. Рассчитайте нормализованное количество воздуха на один ход.

Открытый воздух = 2,8 × 6,92 = 19,4 НЛ.

Замыкающий воздух = 2,2 × 6,92 = 15,2 Нл.

3. Рассчитайте количество воздуха за полный цикл.

Воздух за цикл = 19,4 + 15,2 = 34,6 нл/цикл

4. Рассчитайте среднюю потребность завода

Средняя потребность = 34,6 × 12 = 415 НЛ/ч = 6,9 НЛ/мин

5. Рассчитайте расход, необходимый во время каждого хода.

Поток при открытии = (19,4/2) × 60 = 582 Нл/мин.

Поток закрытия = (15,2/2) × 60 = 456 нл/мин.

Компрессор считает долгосрочное среднее значение для этого клапана только 6,9 Нл/мин, но путь открытия воздуха должен обеспечивать примерно 582 НЛ/мин во время движения, прежде чем будут учтены дополнительные допуски и потери давления. Вот почему выбор соленоида со скоростью 6,9 Нл/мин был бы серьезной ошибкой.

Это идеализированные результаты расчетов, а не окончательные оценки компонентов. По-прежнему необходимо учитывать мертвый объем трубопровода, кривые расхода клапана, перепад давления, температуру воздуха, утечки и утвержденные проектом проектные допуски.

Сочетание давления с расходом воздуха на крутящий момент клапана

Увеличение давления питания привода обычно увеличивает крутящий момент привода, но при этом также увеличивается нормализованный воздух, используемый для заполнения каждой камеры. Полезное давление — это доступное давление. на приводе во время его движения, а не давление отсутствия потока, отображаемое на компрессоре или настенном регуляторе.

Проверьте два конца диапазона давления:

• Минимальное динамическое давление: привод должен создавать достаточный крутящий момент после потерь в регуляторе, соленоиде, фитингах и трубках.
• Максимально возможное давление: шток клапана, муфта, кронштейн и редуктор не должны перегружаться, если регулятор установлен на высокий уровень или вышел из строя.

Крутящий момент разрыва клапана может превышать рабочий крутящий момент, особенно после длительных статических периодов, при низкой температуре, с сухой средой или при полном перепаде давления. Привод, который свободно перемещается во время заводских испытаний без нагрузки, все равно может заглохнуть в работе. Поэтому при определении крутящего момента и расхода воздуха необходимо использовать одни и те же предположения о давлении.

Путь воздуха, а не порт привода, часто определяет время цикла

Рассчитанный рабочий поток должен пройти через все препятствия между коллектором и приводом, а также через выхлопной канал противоположной камеры. Просмотрите всю цепочку:

Коллектор установки → запорный клапан → фильтр/регулятор → электромагнитный клапан → фитинги → трубки → регулятор скорости → порт привода → выпускной фитинг или глушитель.

Электромагнитный клапан

Выберите конфигурацию соленоида для привода и действие при отказе — обычно 5/2 для двойного действия и 3/2 для пружинного возврата — затем используйте кривую расхода производителя, Cv, Kv или стандартизированный номинальный расход при фактических условиях на входе и выходе. Номинальный размер порта сам по себе не определяет полезный поток воздуха.

Регулятор и фильтр

Регулятор может поддерживать правильное статическое давление, но при этом падать во время быстрого хода. Проверьте кривую потока и убедитесь, что фильтрующий элемент имеет размер и обслуживается в соответствии с пиковой нагрузкой. При диагностике медленного хода необходимо наблюдать давление вверх и вниз по течению во время движения.

Трубки и фитинги

Используйте внутренний диаметр трубы, а не только внешний диаметр, и укажите длину, изгибы, тройники, отверстия для вставных фитингов и ограничения выхлопа. Длинная трубка на выносном клапане увеличивает объем и увеличивает перепад давления. Размещение соленоида рядом с приводом может сократить конечный путь потока в зависимости от электрических, экологических требований и требований по техническому обслуживанию.

Регуляторы скорости, глушители и выхлопная система

Регуляторы расхода на выходе полезны для стабильного движения, но чрезмерно закрытый регулятор приводит к медленному или неравномерному движению. Загрязненные глушители выхлопных газов являются распространенным скрытым ограничением. Клапан быстрого выпуска или объемный бустер могут улучшить реакцию там, где это позволяет философия управления, но их следует выбирать и тестировать как часть всей схемы, а не добавлять в качестве универсального средства.

Проверка местного воздушного ресивера на аварийную работу

Локальный ресивер может потребоваться, когда коллектор установки не может поддерживать пиковый поток, когда клапан удален или когда необходимо выполнить одно или несколько перемещений после потери подачи воздуха. Для предварительного расчета изотермического скрининга:

V_{получатель} ≈ В_{Н,обязательно} × П_{банкомат} / (П_{1, абс} − П_{2, абс})

Где P₁ - начальное давление в ресивере и P₂ — минимально допустимое давление в ресивере после работы. И то и другое должно быть абсолютным давлением. Минимальное конечное давление должно по-прежнему обеспечивать достаточный крутящий момент привода после потерь в регуляторе и на пути потока.

Используя примерный ход открытия 19,4 NL, ресивер с манометрическим давлением 8 бар, давление которого может упасть до 5 бар, дает:

V_{получатель} ≈ 19,4 × 1,013 / [(8 + 1,013) − (5 + 1,013)] = 6,55 л

Этот результат в 6,55 л является идеальным предварительным значением для одного рабочего хода. Сюда не входят объем трубопровода, утечки, поведение регулятора, изменение температуры, резерв, повторные аварийные ходы или требования норм. Примените документированные проектные допуски, выберите соответствующий стандартный ресивер и проверьте окончательную пневматическую систему на соответствие требованиям к сосуду под давлением и безопасности.

Качество воздуха — часть надежности

Недостаточный поток – не единственная проблема с подачей воздуха. Вода, масло и частицы могут повредить уплотнения, соленоиды, позиционеры и компоненты выхлопной системы. ИСО 8573-1:2010 определяет классы чистоты сжатого воздуха по частицам, воде и маслу. Требуемый класс для комплекта клапанов должен быть указан производителями привода и аксессуаров, а также спецификацией проекта; это не следует предполагать только на основании стандартного названия.

Также проверьте допустимую точку росы при самой низкой температуре окружающей среды. Конденсат, который замерзает в наружном соленоиде или вытяжном тракте, может препятствовать необходимому безопасному движению, даже если расчет потребления воздуха при комнатной температуре верен.

Симптомы, указывающие на проблему с потоком или объемом воздуха

Если механически выровненный пакет постоянно заедает или движется неравномерно, проверьте также кронштейн, муфту и выравнивание вала. Последствия обсуждаются в несоосные приводы пневматических клапанов.

Информация для включения в калибровочную таблицу или запрос предложения

Полезный запрос на подачу воздуха в привод должен включать достаточно информации для совместной проверки клапана, привода и аксессуаров:

• тип, размер клапана, класс давления и технологическая среда;
• максимальный перепад давления и требуемый крутящий момент или усилие клапана;
• марка, модель, действие и комплект пружин привода, если применимо;
• объем камеры производителя или заявленное потребление воздуха и номинальные условия;
• минимальное/нормальное/максимальное давление воздуха в месте расположения клапана;
• время открытия и закрытия, включая допуск;
• нормальная частота цикла, пиковая частота цикла и одновременные движения клапана;
• функция соленоида, напряжение, номинальный расход и метод монтажа;
• материал трубки, внутренний диаметр, длина и расположение фитингов;
• диапазон окружающей среды, требования к ограждению/опасной зоне и заданное качество воздуха;
• положение отказа и количество движений, необходимых после потери подачи воздуха;
• критерии приемки по утечке, времени перемещения и обратной связи по положению.

Для применения в дроссельных заслонках пневматическая направляющая дроссельной заслонки предоставляет дополнительный контекст выбора пакета. Доступные семейства клапанов также можно просмотреть в разделе шаровые краны, дисковые затворы и регулирующие клапаны.

Проверка готового комплекта клапанов

Последним доказательством является интегрированный тест. Используйте указанное давление воздуха и окончательное расположение принадлежностей, затем:

1. фиксировать статическое давление перед движением;
2. зафиксировать минимальное давление на приводе при открытии и закрытии;
3. измерьте время обоих ходов в повторяющихся циклах;
4. подтвердить индикацию открытого и закрытого положения;
5. проверьте внешние утечки в трубках, фитингах и дополнительных портах;
6. подтвердить требуемое действие при отказе, моделируя потерю мощности и/или воздуха в соответствии с утвержденной процедурой испытаний;
7. если установлен ресивер, проверьте необходимое количество движений от минимального заданного сохраняемого давления;
8. документировать настройку регулятора, положение регулятора скорости и температуру испытания.

Для пакета, специфичного для проекта, отправьте данные о работе клапана, перепаде давления, доступном диапазоне давления воздуха, требуемом времени перемещения, частоте циклов и действиях при отказе через страница контактов. Эта информация позволяет выполнить проверку крутящего момента и проверку пневматического потока как один комплексный выбор.

Часто задаваемые вопросы

Технические ссылки

• Калькулятор расхода воздуха Festo — Входные данные для расчета включают тип цилиндра, размер, ход, рабочее давление и циклы.
• Документация пневматического привода Rotork RC200 — для выбора привода предоставляются данные производителя о расходе воздуха и времени работы.
• Пример соленоида Emerson ASCO — иллюстрирует функцию гидрораспределителя и данные расхода Cv/Kv, используемые при выборе аксессуаров.
• Объемный бустер Rotork YT-315 - пример аксессуара, предназначенного для сокращения времени срабатывания привода, когда контуру требуется дополнительная пропускная способность.
• ИСО 8573-1:2010 — классы чистоты сжатого воздуха по частицам, воде и маслу.