Van khí nén có thể chỉ hoạt động vài lần mỗi giờ và vẫn không đạt yêu cầu đóng trong hai giây. Đó không phải là một mâu thuẫn. Máy nén có thể có đủ công suất, trong khi bộ điều chỉnh, bộ điện từ, ống hoặc đường xả không thể cung cấp lưu lượng cần thiết trong thời gian chuyển động ngắn.

Hướng dẫn này coi bộ truyền động như một phần của gói van tích hợp. Yêu cầu mô-men xoắn của van xác định kích thước bộ truyền động; kích thước bộ truyền động xác định thể tích buồng; và thể tích buồng, áp suất và thời gian di chuyển xác định hệ thống cung cấp không khí. Nếu bộ truyền động vẫn chưa được chọn, hãy hoàn thành phần kích thước mô-men xoắn thiết bị truyền động van đầu tiên và xác nhận giao diện cơ học bằng cách sử dụng Hướng dẫn lắp van dẫn động ISO 5211.

Ba Số Trả Lời Ba Câu Hỏi Khác Nhau

“Bộ truyền động này cần bao nhiêu không khí?” không đầy đủ trừ khi đầu ra yêu cầu được xác định. Một tính toán thực tế sẽ báo cáo cả ba giá trị dưới đây.

Việc nhầm lẫn các giá trị này gây ra lỗi có thể dự đoán được. Nhân không khí mỗi chu kỳ với số chu kỳ mỗi phút sẽ cho ra nhu cầu trung bình, nhưng mức trung bình đó không mô tả sự kiện mở đầu kéo dài hai giây. Ngược lại, việc chọn máy nén từ lưu lượng cao nhất của mỗi van có thể làm tăng nhu cầu của nhà máy quá mức khi các van không di chuyển đồng thời.

Xác định ranh giới tính toán trước khi sử dụng công thức

Quyết định những gì tính toán bao gồm. Bảng dữ liệu của bộ truyền động có thể chỉ nêu mức tiêu thụ buồng bên trong. Gói đã lắp đặt cũng chứa các khoang ống và phụ kiện được điều áp và xả khí. Do đó, tính toán dự án phải ghi lại:

• loại thiết bị truyền động: tác động kép hoặc hồi xuân;
• mô hình bộ truyền động và thể tích buồng cho từng hướng được cấp nguồn;
• áp suất tối thiểu và tối đa có sẵn ở đầu vào của bộ truyền động;
• thời gian mở và đóng yêu cầu;
• tần số chu kỳ bình thường, cao điểm và khẩn cấp;
• đường kính và chiều dài bên trong của ống;
• điện từ, bộ điều chỉnh, kiểm soát dòng chảy, bộ giảm thanh và bố trí ống xả nhanh;
• nhiệt độ không khí và các điều kiện tham chiếu thể tích bình thường của dự án;
• khoản trợ cấp rò rỉ và bất kỳ khoản trợ cấp vận hành nào trong tương lai mà dự án yêu cầu.

Các bộ truyền động thanh răng và bánh răng có hình dạng bên trong không được thể hiện chính xác bằng phép tính hình trụ bên ngoài đơn giản. Bảng thể tích không khí của nhà sản xuất là đầu vào ưu tiên. Nếu nhà sản xuất đưa ra “mức tiêu thụ không khí trên mỗi chu kỳ” ở áp suất đã nêu, hãy xác nhận xem giá trị đó có phải là không khí tự do chuẩn hóa hay không và liệu nó đại diện cho một hành trình hay một chu trình đóng và mở hoàn chỉnh.

Bước 1: Chuyển đổi thể tích buồng thành không khí chuẩn hóa

Buồng truyền động 2,8 L không chỉ tiêu thụ 2,8 lít bình thường khi nó được đổ đầy tới 6 barg. Khí bên trong buồng được nén. Đối với ước tính kỹ thuật dựa trên mối quan hệ khí lý tưởng:

V_N = V_buồng × (P_{cơ bụng,cung cấp} / P_{cơ bụng, bình thường}) × (T_{bình thường} / T_{cung cấp})

Nếu nhiệt độ chuẩn và nhiệt độ nguồn là tương tự nhau thì tỷ số nhiệt độ thường được coi là xấp xỉ 1:

V_N ≈ V_buồng × (p_g + p_atm) / p_atm

Ở đâu:

• V_N = thể tích không khí tự do hoặc chuẩn hóa;
• V_buồng = thể tích buồng truyền động có áp;
• p_g = áp suất đo cung cấp;
• p_atm = áp suất khí quyển cục bộ;
• P_{cơ bụng} = áp suất tuyệt đối;
• T = nhiệt độ tuyệt đối tính bằng kelvin.

Nếu chỉ có kích thước xi lanh

Đối với một xi lanh piston tuyến tính thông thường, thể tích hình học có thể được ước tính từ lỗ khoan, đường kính thanh truyền và hành trình:

Âm lượng giới hạn = πD²s / 4

Thể tích đầu thanh = π(D² − d²)s / 4

Ở đây, D là lỗ khoan piston, d là đường kính thanh và s là đột quỵ. Thêm khối lượng giải phóng cuối cùng nếu biết. Không áp dụng các phương trình này cho bộ truyền động thanh răng bánh răng hoặc thanh răng một vòng một phần tư trừ khi nhà sản xuất cung cấp cụ thể các kích thước bên trong cần thiết cho kiểu máy đó.

Bước 2: Đếm chính xác các cú đánh được hỗ trợ

Thiết bị truyền động tác động kép

Bộ truyền động tác động kép sử dụng khí nén để đóng và mở. Nếu thể tích của hai buồng khác nhau, hãy tính riêng chúng:

V_{N, chu kỳ} = V_{N, mở} + V_{N, đóng}

Một chu kỳ có nghĩa là một lần mở hoàn toàn và một lần đóng hoàn toàn. Một số danh mục sử dụng “thao tác” có nghĩa là một nét đơn, do đó phải kiểm tra định nghĩa biểu dữ liệu.

Thiết bị truyền động hồi xuân

Bộ truyền động hồi xuân thường chỉ sử dụng khí nén theo một hướng; năng lượng mùa xuân được lưu trữ dẫn đến hướng thất bại. Do đó, mức tiêu thụ khí nén trên mỗi chu kỳ của nó dựa trên lượng nạp vào buồng được cấp điện, cộng với thể tích ống và phụ kiện được kết nối. Điều đó không có nghĩa là bộ truyền động tự động nhỏ hơn hoặc hiệu quả hơn: phía khí nén cũng phải khắc phục tải lò xo, điều này thường làm tăng kích thước bộ truyền động.

Lựa chọn vận hành phải tuân theo vị trí hư hỏng cần thiết và triết lý an toàn, không chỉ tiêu thụ không khí. Để biết sự khác biệt về chức năng, hãy xem bộ truyền động tác động đơn và tác động kép.

Ví dụ đã thực hiện: Một chu kỳ sử dụng 34,6 NL nhưng nhu cầu mở đầu là 582 NL/phút

Hãy xem xét một bộ truyền động quay một phần tư tác động kép với các yêu cầu dịch vụ và dữ liệu của nhà sản xuất sau:

• thể tích buồng mở: 2,8 L;
• thể tích buồng đóng: 2,2 L;
• áp suất cung cấp tại cơ cấu chấp hành: 6 barg;
• áp suất khí quyển: 1,013 bar;
• tốc độ hoạt động bình thường: 12 chu kỳ hoàn chỉnh mỗi giờ;
• thời gian mở yêu cầu: 2 giây;
• thời gian đóng yêu cầu: 2 giây;
• Việc hiệu chỉnh nhiệt độ đã bị bỏ qua trong ước tính sơ bộ này vì nhiệt độ tham chiếu và nhiệt độ cung cấp được giả định là tương tự nhau.

1. Tính tỷ số áp suất

Tỷ lệ áp suất = (6 + 1,013) / 1,013 = 6,92

2. Tính toán lượng khí chuẩn hóa trên mỗi hành trình

Không khí mở = 2,8 × 6,92 = 19,4 NL

Không khí đóng = 2,2 × 6,92 = 15,2 NL

3. Tính toán không khí trên mỗi chu trình hoàn chỉnh

Không khí mỗi chu kỳ = 19,4 + 15,2 = 34,6 NL/chu kỳ

4. Tính toán nhu cầu trung bình của nhà máy

Nhu cầu trung bình = 34,6 × 12 = 415 NL/h = 6,9 NL/phút

5. Tính toán lưu lượng cần thiết trong mỗi hành trình

Lưu lượng mở = (19,4 / 2) × 60 = 582 NL/phút

Lưu lượng đóng = (15,2 / 2) × 60 = 456 NL/phút

Máy nén chỉ coi 6,9 NL/phút là mức trung bình dài hạn cho van này, nhưng đường dẫn khí mở phải cung cấp khoảng 582 NL/phút trong quá trình di chuyển trước khi xem xét trợ cấp bổ sung và tổn thất áp suất. Đây là lý do tại sao việc chọn điện từ từ 6,9 NL/phút sẽ là một sai lầm nghiêm trọng.

Đây là những kết quả tính toán lý tưởng hóa, không phải là xếp hạng thành phần cuối cùng. Thể tích chết của ống, đường cong dòng chảy của van, độ giảm áp suất, nhiệt độ không khí, rò rỉ và phụ cấp thiết kế được dự án phê duyệt vẫn phải được xem xét.

Cặp áp suất tiêu thụ không khí tới mô-men xoắn của van

Việc tăng áp suất cung cấp cho bộ truyền động thường làm tăng mô-men xoắn của bộ truyền động, nhưng nó cũng làm tăng lượng không khí chuẩn hóa được sử dụng cho mỗi lần nạp buồng. Áp suất hữu dụng là áp suất có sẵn tại bộ truyền động khi nó đang di chuyển, không phải áp suất không chảy được hiển thị ở máy nén hoặc bộ điều chỉnh trên tường.

Kiểm tra hai đầu của dải áp suất:

• Áp suất động tối thiểu: bộ truyền động phải tạo ra đủ mô-men xoắn sau khi tổn thất bộ điều chỉnh, điện từ, khớp nối và ống.
• Áp lực tối đa có thể: Thân van, khớp nối, giá đỡ và hộp số không được phép bị quá tải nếu bộ điều chỉnh được đặt ở mức cao hoặc bị hỏng.

Mô-men xoắn ngắt van có thể vượt quá mô-men xoắn đang chạy, đặc biệt là sau thời gian tĩnh dài, ở nhiệt độ thấp, với môi trường khô hoặc dưới áp suất chênh lệch hoàn toàn. Bộ truyền động di chuyển tự do trong quá trình thử nghiệm tại xưởng không tải vẫn có thể ngừng hoạt động. Do đó, việc xác định kích thước mô-men xoắn và kích thước luồng không khí cần phải sử dụng các giả định về áp suất giống nhau.

Đường dẫn khí, không phải cổng thiết bị truyền động, thường đặt thời gian chu kỳ

Dòng hành trình được tính toán phải đi qua mọi hạn chế giữa đầu phun và bộ truyền động—và qua đường xả ở buồng đối diện. Xem lại chuỗi hoàn chỉnh:

Đầu nối nhà máy → van cách ly → bộ lọc/bộ điều chỉnh → van điện từ → phụ kiện → ống → điều khiển tốc độ → cổng truyền động → ống xả hoặc bộ giảm thanh

Van điện từ

Chọn cấu hình điện từ cho bộ truyền động và hành động hỏng hóc—thường là 5/2 cho tác động kép và 3/2 cho hồi xuân—sau đó sử dụng đường cong dòng chảy của nhà sản xuất, Cv, Kv hoặc định mức dòng tiêu chuẩn ở điều kiện đầu vào và đầu ra thực tế. Chỉ riêng kích thước cổng danh nghĩa không xác định được luồng không khí có thể sử dụng được.

Bộ điều chỉnh và bộ lọc

Bộ điều chỉnh có thể giữ áp suất tĩnh chính xác nhưng lại giảm xuống khi di chuyển nhanh. Kiểm tra đường cong dòng chảy của nó và đảm bảo phần tử lọc có kích thước và được duy trì cho nhu cầu cao nhất. Áp suất phải được quan sát ngược dòng và xuôi dòng trong quá trình di chuyển khi chẩn đoán di chuyển chậm.

Ống và phụ kiện

Sử dụng đường kính trong của ống—không chỉ đường kính ngoài—và bao gồm chiều dài, chỗ uốn cong, điểm chữ T, lỗ lắp đẩy vào và hạn chế khí thải. Ống dài trên van từ xa vừa tăng thể tích vừa tăng độ sụt áp. Đặt bộ điện từ gần bộ truyền động có thể rút ngắn đường dẫn dòng chảy cuối cùng, tùy theo yêu cầu về điện, môi trường và bảo trì.

Kiểm soát tốc độ, bộ giảm thanh và ống xả

Bộ điều khiển dòng chảy ra của đồng hồ đo rất hữu ích để di chuyển ổn định, nhưng bộ điều khiển đóng quá mức sẽ tạo ra chuyển động chậm hoặc không đều. Bộ giảm thanh ống xả bị ô nhiễm là một hạn chế tiềm ẩn phổ biến. Van xả nhanh hoặc bộ tăng âm lượng có thể cải thiện phản ứng khi triết lý điều khiển cho phép, nhưng nó phải được chọn và thử nghiệm như một phần của mạch hoàn chỉnh thay vì được thêm vào như một biện pháp chữa trị chung.

Sàng lọc máy thu không khí cục bộ để vận hành khẩn cấp

Có thể cần một bộ thu cục bộ khi phần đầu của nhà máy không thể hỗ trợ lưu lượng đỉnh, khi van ở xa hoặc khi phải hoàn thành một hoặc nhiều chuyển động sau khi mất nguồn cung cấp không khí. Để tính toán sàng lọc đẳng nhiệt sơ bộ:

V_{người nhận} ≈ V_{N,bắt buộc} ×P_atm / (P_{1, cơ bụng} − P_{2, cơ bụng})

Ở đâu P₁ là áp suất máy thu ban đầu và P₂ là áp suất máy thu thấp nhất cho phép sau khi vận hành. Cả hai đều phải là áp lực tuyệt đối. Áp suất cuối cùng tối thiểu vẫn phải cung cấp đủ mô-men xoắn cho bộ truyền động sau khi tổn thất bộ điều chỉnh và đường dẫn dòng chảy.

Sử dụng hành trình mở 19,4 NL của ví dụ, một bộ thu 8 xà có thể giảm xuống còn 5 xà sẽ cho:

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

Kết quả 6,55 L này là giá trị sơ bộ lý tưởng cho một hành trình chạy bằng điện. Nó không bao gồm thể tích đường dây, rò rỉ, hoạt động của bộ điều chỉnh, thay đổi nhiệt độ, dự trữ, đột quỵ khẩn cấp lặp lại hoặc các yêu cầu về mã. Áp dụng trợ cấp dự án đã được ghi lại, chọn một máy thu tiêu chuẩn phù hợp và xem xét hệ thống khí nén cuối cùng về các yêu cầu về bình chịu áp và an toàn.

Chất lượng không khí là một phần của độ tin cậy

Lưu lượng không đủ không phải là vấn đề duy nhất về cung cấp không khí. Nước, dầu và các hạt có thể ảnh hưởng đến vòng đệm, van điện từ, bộ định vị và bộ phận xả. ISO 8573-1:2010 xác định các cấp độ tinh khiết của khí nén cho các hạt, nước và dầu. Loại bắt buộc cho gói van phải đến từ nhà sản xuất thiết bị truyền động và phụ kiện cùng với thông số kỹ thuật của dự án; nó không nên được giả định chỉ từ tiêu đề tiêu chuẩn.

Đồng thời xác minh điểm sương cho phép ở nhiệt độ môi trường thấp nhất. Nước ngưng tụ đóng băng trong đường dẫn điện hoặc ống xả ngoài trời có thể cản trở chuyển động an toàn cần thiết ngay cả khi tính toán mức tiêu thụ không khí ở nhiệt độ phòng là chính xác.

Các triệu chứng chỉ ra vấn đề về lưu lượng hoặc thể tích không khí

Nếu gói hàng được căn chỉnh cơ học liên tục bị kẹt hoặc di chuyển không đều, hãy kiểm tra giá đỡ, khớp nối và căn chỉnh trục. Hậu quả được thảo luận ở thiết bị truyền động van khí nén bị lệch.

Thông tin cần đưa vào Bảng định cỡ hoặc RFQ

Yêu cầu cung cấp không khí cho bộ truyền động hữu ích phải bao gồm đủ thông tin để kiểm tra van, bộ truyền động và phụ kiện cùng nhau:

• loại van, kích thước, cấp áp suất và môi trường xử lý;
• áp suất chênh lệch tối đa và mô-men xoắn hoặc lực đẩy van yêu cầu;
• kiểu dáng, kiểu dáng, cơ cấu truyền động và bộ lò xo nếu có;
• thể tích buồng của nhà sản xuất hoặc mức tiêu thụ không khí đã nêu và các điều kiện đánh giá;
• áp suất không khí tối thiểu/bình thường/tối đa tại vị trí van;
• thời gian mở và đóng, bao gồm cả dung sai;
• tốc độ chu kỳ bình thường, tốc độ chu kỳ cao điểm và chuyển động van đồng thời;
• chức năng điện từ, điện áp, định mức dòng chảy và phương pháp lắp đặt;
• vật liệu ống, đường kính trong, chiều dài và cách bố trí phụ kiện;
• phạm vi xung quanh, yêu cầu về khu vực bao vây/khu vực nguy hiểm và chất lượng không khí được chỉ định;
• vị trí hư hỏng và số lượng chuyển động cần thiết sau khi mất nguồn cung cấp không khí;
• tiêu chí chấp nhận về rò rỉ, thời gian di chuyển và phản hồi vị trí.

Đối với các ứng dụng van bướm, hướng dẫn sử dụng van bướm khí nén cung cấp bối cảnh lựa chọn gói bổ sung. Các dòng van có sẵn cũng có thể được xem xét theo van bi, van bướm và van điều khiển.

Xác minh gói van đã hoàn thành

Bằng chứng cuối cùng là một bài kiểm tra tích hợp. Sử dụng áp suất không khí được chỉ định và cách bố trí phụ kiện cuối cùng, sau đó:

1. ghi lại áp suất tĩnh trước khi di chuyển;
2. ghi lại áp suất tối thiểu tại cơ cấu chấp hành trong quá trình đóng và mở;
3. đo cả hai lần hành trình trong các chu kỳ lặp lại;
4. xác nhận chỉ báo vị trí mở và đóng;
5. kiểm tra rò rỉ bên ngoài tại các ống, phụ kiện và cổng phụ kiện;
6. xác nhận hành động hư hỏng cần thiết bằng cách mô phỏng việc mất điện và/hoặc mất không khí theo quy trình thử nghiệm đã được phê duyệt;
7. nếu một máy thu được lắp, hãy xác minh số lượng chuyển động cần thiết từ áp suất lưu trữ tối thiểu được chỉ định;
8. cài đặt bộ điều chỉnh tài liệu, vị trí kiểm soát tốc độ và nhiệt độ thử nghiệm.

Đối với gói dành riêng cho dự án, hãy gửi nhiệm vụ của van, áp suất chênh lệch, phạm vi áp suất không khí có sẵn, thời gian di chuyển cần thiết, tốc độ chu kỳ và hành động hỏng hóc thông qua trang liên hệ. Thông tin đó cho phép hoàn thành việc kiểm tra mô-men xoắn và kiểm tra lưu lượng khí nén dưới dạng một lựa chọn tích hợp.

Câu hỏi thường gặp

Tài liệu tham khảo kỹ thuật

• Máy tính tiêu thụ không khí Festo - đầu vào tính toán bao gồm loại xi lanh, kích thước, hành trình, áp suất vận hành và chu kỳ.
• Tài liệu thiết bị truyền động khí nén Rotork RC200 - dữ liệu về mức tiêu thụ không khí và thời gian vận hành của nhà sản xuất được cung cấp để lựa chọn bộ truyền động.
• Ví dụ về điện từ Emerson ASCO - minh họa chức năng van định hướng và dữ liệu dòng Cv/Kv được sử dụng trong việc lựa chọn phụ kiện.
• Bộ tăng âm lượng Rotork YT-315 - ví dụ về phụ kiện nhằm giảm thời gian đáp ứng của bộ truyền động khi mạch yêu cầu công suất dòng bổ sung.
• ISO 8573-1:2010 - cấp độ tinh khiết của khí nén đối với các hạt, nước và dầu.