7. Исполнительные устройства

Исполнительные устройства (ИУ) состоят из привода — испол­нительного механизма (ИМ) и регулирующего органа (РО). ИМ воспринимает командные сигналы регулятора или другого управляющего устройства и развивает перестановочное усилие, вызывающее перемещение его выходного элемента. РО непо­средственно воздействует на технологический процесс. Наибо­лее распространен РО дроссельного типа, который устанавлива­ют на трубопроводе, он представляет собой местное гидравли­ческое сопротивление. При перемещении затвора, жестко свя­занного с выходным элементом ИМ, относительно неподвижно­го седла гидравлическое сопротивление дроссельного РО изме­няется, что приводит к изменению расхода протекающей через него среды. ИУ могут представлять собой конструктивно единое целое или могут комплектоваться по месту из отдельно постав­ляемых ИМ и РО. Для возможности работы от пневматического или электрического сигнала ИУ должны иметь пневматический или электрический ИМ.

Рис. 18. Пневматическое исполнительное устройство

Пневматические исполнительные устройства. Применяют в химических производствах более чем в 90% случаев. Это объясняется их взрыво- и пожаробезопасностью, высокой надежностью, простотой обслужива­ния, развитием достаточно больших переста­новочных усилий, небольшими габаритами. Их входным сигналом является изменение давления командного воздуха в интервале 20—100 кПа, а выходным — изменение рас­хода вещества или энергии. Они обычно ра­ботают в комплекте с пневматическими регу­ляторами. При необходимости работы от электрических устройств командный сигнал должен подаваться через электропневмопреобразователь.

Наибольшее распространение получили ИУ, состоящие из пневматического мембранного ИМ и клапана, называемые пневматическими регулирующими клапанами (рис. 18). Прорезиненная мембрана 3 с жестким центром, связанным со што­ком 5, зажата между двумя крышками, образующими в верх­ней части герметически закрытую полость. Сжатый воздух oт регулятора подается в полость над мембраной и перемещает ее вместе со штоком 5 вниз. При этом пружина 4, расположенная под мембраной, сжимается и уравновешивает усилие, действу­ющее на мембрану сверху. Перемещаясь в седле 1, затвор 2 изменяет проходное сечение клапана и дросселирует поток сре­ды, протекающей через него. При увеличении давления воздуха над мембраной шток вместе с затвором движется вниз и прикрывает проходное сечение клапана, что вызывает снижение расхода. При уменьшении давления воздуха затвор силой пружины приподнимается и клапан открывается.

Чтобы предотвратить просачивание из корпуса клапана среды, проходящей через РО, используют сальниковое уплотне­ние 6 с лубрикатором 7 для периодического ввода смазки в сальник. При подаче через РО веществ при высокой или низкой температуре для поддержания нормальных условий работы сальникового уплотнения клапаны обычно изготавливают с теп-ловыми ребрами 8.

Пневматические регулирующие клапаны выполняют нормально открытыми НО (с прекращением подачи воздуха на мембрану проходное сечение между затвором и седлом полностью открывается) и нормально закрытыми НЗ, — проходное сечение которых закрывается. При повышении давления командного воздуха клапаны типа НО закрываются, а клапаны типа НЗ открываются. Клапаны типа НО применяют в тех случаях, когда при аварийном прекращении подачи воздуха на мембрану по технологическим условиям более безопасно иметь открытую линию. В противном случае устанавливают клапаны ти­па НЗ.

Клапаны устанавливают на трубопроводах с учетом воз­можности их замены без остановки технологического оборудова­ния (рис. 19). До этого на трубопроводе до и после клапана монтируют запорные вентили, а на обводном трубопроводе — вентиль с ручным приводом. При замене клапана перекрывают запорные вентили и пропускают технологический поток по об­водной линии, регулируя его расход вручную.

Рис. 19. Схема установки пневматическо­го регулирующего клапана на трубопро­воде

Для обеспечения точности установки штока и повышения быстродействия пневматические ИУ при работе в тяжелых усло­виях (при больших скоростях протекающей среды, повышенной вязкости среды, больших размерах клапана, большой длине пневматической соединительной линии, при работе одного регулятора с двумя ИУ и др.) снабжают позиционерами.

По­зиционер представляет собой усилитель с обратной связью по положению штока ИМ. Он содержит чувствительный элемент — блок мембран, пружину обратной связи, одним концом закрепленную со штоком ИМ, и золотниковое устройство, в которое подается воздух питания давлением до 0,25 МПа. На чувстви­тельном элементе сравниваются сила давления пневматического командного сигнала и сила сжатия пружины обратной связи, зависящая от текущего положения штока ИМ. При рассогласо­вании этих сил чувствительный элемент управляет работой зо­лотникового устройства, которое изменяет количество сжатого воздуха, направляемого в полость на мембрану ИУ.

Электрические исполнительные механизмы (ЭИМ). Работают в комплекте с электрическими регуляторами. Они могут со­здавать большие перестановочные усилия; их можно устанав­ливать на значительном удалении от регулятора. Но они име­ют большие габариты, потребляют много энергии, сложны в на­ладке и обслуживании. ЭИМ состоят из электродвигателя, ре­дуктора, выходного элемента и дополнительных устройств.

В ЭИМ используются различные электродвигатели с посто­янной скоростью перемещения выходного элемента. ЭИМ по­стоянной скорости могут находиться в трех установившихся со­стояниях: перемещение выходного элемента с постоянной ско­ростью S, неподвижное состояние, перемещение выходного эле­мента в противоположном направлении со скоростью — S. ЭИМ реализуют типовые законы регулирования в результате кратко­временных включений электродвигателя с определенным соотношением между длительностями включенного и выключенного состояний. Все ЭИМ допускают до 300 включений в час при общей продолжительности включений до 25%. Они могут иметь контактное и бесконтактное управление. В первом случае для включения, отключения и реверсирования электродвигателей применяют релейную или контактную аппаратуру, во втором,— тиристорные усилители.

Редукторы применяют для увеличения крутящего момента и обеспечения определенной скорости перемещения выходного элемента. Выходные элементы ЭИМ выполняют в виде враща­ющегося выходного вала или в виде штока, совершающего пря­молинейное движение. ЭИМ с вращающимся валом бывают однооборотные с углом поворота вала меньше 360° и многообо­ротные ЭИМ комплектуют бесконтактными датчиками положе­ния выходного элемента и сигнала обратной связи, пропорцио­нального положению затвора РО. Выходной элемент ЭИМ сое­динен тягами, рычагами, и другими приспособлениями с РО (клапанам, заслонкой, задвижкой).

Рис. 20. Односедельный (а) и двухседельный- (б) регулирующие клапаны

Заслонки предназначены для регулирования расходов до 10 000 м³/ч при небольших перепадах давления. Они просты по конструкции, невелики по габаритам. Заслоночный РО (рис. 20) представляет собой кольцевой корпус 1, в котором на ва­лу 2, расположенном перпендикулярно направлению потока, вращается затвор — диск 3. Конец вала 2 через сальниковое уплотнение выводится наружу и закрепляется с кривошипом 4 исполнительного механизма.

Диск промышленных заслоночных РО поворачивается от 0, когда он расположен перпендикулярно оси трубопровода, до 60°. При этом пропускная способность изменяется от минимальной до макси­мальной. Вследствие небольшого кольцевого зазора между диском и внутренней поверхностью корпуса даже при перпендикулярном рас­положении диска заслоночные РО не являются запорными устройст­вами. Их условный проход колеб­лется от 80 до 600 мм.

Рис. 21. Заслоночный регулирующий орган

Для регулирования потоков агрессивных сред разработан диафрагмовый РО (рис. 21). Чугунный корпус 1 с входным и выход­ным патрубками футерованы изнутри химически стойкими ма­териалами (полиэтиленом, резиной, фторопластом) или покры­ты эмалью. Гибкий затвор — эластичная диафрагма 2, выпол­ненная из резины или фторопласта-4,—зажат по периферии между корпусом 1 и крышкой 3, а в центре прикреплен к кре­стовине 4. Для предохранения диафрагмы от выгибания под давлением рабочей среды служит телескопическая oпopa 5, на­бранная из колец. Перемещение центра диафрагмы вызывает изменение проходного сечения диафрагмового РО. Диафрагмовые РО рассчитаны на работу при низком давлении и нормаль­ной температуре.

Рис. 22. Диафрагмовый регулирующий орган

Рис. 23. Шланговый регулирующий орган

Для изменения расхода шламообразных потоков и сред, содержащих твердые частицы, используют шланговые РО (рис. 23). Между корпусом 1 и фланцами 2 зажимают отрезок ци-линдрического шланга 3, выполняющего роль гибкого затвора. В середине шланг пережимается валиками-траверсами 5 и 6, перемещающимися в противоположных направлениях. Верхняя траверса закреплена на штоке 4. При перемещении его вниз траверсы сближаются, шланг пережимается, гидравлическое сопротивление возрастает и поток уменьшается. Шланг выпол­няют из резины с тканевой прослойкой, химически стойкой к технологической среде. Шланговые РО применяют при темпера­турах среды до 80⁰С и давлении не выше 1 МПа.

Для регулирования расходов сыпучих материалов применяют заслонки и различные питатели: ленточные, шнековые, скребковые, дисковые и др.