Пневматичні приводи: двонаправлений привід і пружинне відновлення-аналіз принципу подвійної та одинарної дії

У системах керування промисловою автоматизацією пневматичні приводи діють як «м’язи» промислового обладнання, перетворюючи енергію стисненого повітря в механічний крутний момент і керуючи клапанами для відкриття, закриття або регулювання. Пневматичні пневматичні приводи поділяються на два основні типи відповідно до методів передачі енергії та дії. Ключова відмінність полягає в принципі роботи: приводи подвійної -дії покладаються на стиснене повітря для руху в обох напрямках, а Приводи односторонньої дії працюють за допомогою комбінації приводу стисненого повітря та скидання сили пружини. Ця принципова різниця безпосередньо визначає їхні структурні характеристики, функціональні характеристики та сценарії застосування. У наступному аналізі буде розглянуто основні відмінності між ними, виходячи з принципів їх роботи.

Пневматичні приводи-подвійної дії працюють за принципом «дво-пневматичного приводу». Усередині вони зазвичай мають дво-поршневу рейкову трансмісію та шестерню. Циліндри розділені поршнем на дві окремі камери (відомі як A і B). Обидві камери оснащені входом/виходом. Стиснене повітря по черзі надходить у поршень і виходить із нього, а потім повертає вихідний вал шестерні від 0 до 90 градусів (для клапанів з кутовим ходом).

Конкретний робочий процес можна розділити на два етапи: коли керуючий сигнал вказує на відкриття клапана, стиснене повітря надходить на вхід камери А після електромагнітного клапана. У цей момент повітря в камері B стискається та витісняється через випускний отвір у камері B. Лінійний рух поршня перетворюється на обертальний рух вихідного вала (зазвичай повертається на 0–90 градусів проти годинникової стрілки) через зачеплення зубчатої рейки та шестерні, що змушує клапан відкриватися. Коли необхідно закрити клапан, керуючий сигнал змінює стан електромагнітного клапана. стиснене повітря надходить через впускний отвір камери B, штовхаючи поршень у протилежному напрямку, щоб стиснути камеру A. Повітря з камери A виходить через випускний отвір, а вихідний вал обертається за годинниковою стрілкою від 90 градусів до 0 градусів, щоб повністю закрити клапан.

Варто зазначити, що обидва напрямки руху приводу подвійної -дії залежать від стисненого повітря. Вихідний крутний момент є стабільним і лінійним протягом усієї поїздки, а конструкція пневматичного контуру дозволяє регулювати рух відповідно до реальних потреб --незалежно від того, чи обертається повітряний привід у кімнаті A проти годинникової стрілки чи за годинниковою стрілкою – за допомогою відповідної логіки аеродинамічного керування. Коли подача повітря припиняється, привод подвійної дії залишатиметься в поточному положенні через втрату живлення. Ця функція дає перевагу гнучкого керування без необхідності екстреного скидання.

На відміну від «повністю-пневматичних» приводів подвійної-дії, основною концепцією конструкції пневматичних приводів-односторонньої дії є «односпрямований пневматичний привід + скидання зворотної пружини». Їх структура додає вузол пружини скидання для дво-дизайну. Пружина зазвичай встановлюється на одному або обох кінцях циліндра. Стиснення та відпускання пружини забезпечує силу реакції, таким чином досягаючи функції безпеки «автоматичного скидання втрати повітря». Відповідно до стану скидання після втрати газу приводи одно-дії можна розділити на два режими: «закриття втрати газу» та «закриття відкриття втрати газу». Обидва працюють приблизно в однаковому режимі, за винятком того, що пружина встановлена ​​в протилежному напрямку до логіки дії.

Візьмемо більш поширену модель "Fail-to-Open (FC)". Ось як це працює: коли вам потрібно відкрити клапан, стиснене повітря надходить через вхідний отвір камери А. Тиск повітря перевищує силу попереднього натягу пружини, штовхаючи поршень у бік пружини та поступово стискаючи пружину. У той же час камера B діє як вентиляційний отвір для видалення повітря. Поршень приводить в дію рейковий механізм для обертання вихідного вала проти годинникової стрілки від 0 до 90, відкриваючи клапан. Коли керуючий сигнал переривається або джерело газу виходить з ладу, камера A припиняє всмоктування та починає випускати повітря. У цей час привід для стисненого повітря зникає, і стиснута пружина вивільняє пружну потенціальну енергію, штовхаючи поршень у протилежному напрямку та скидаючись. Вихідний вал обертається за годинниковою стрілкою на 90 градусів до 0 градусів, автоматично закриваючи клапан. Режим «Fail{14}}to-Open (FO)» протилежний: під час процесу всмоктування стиснене повітря штовхає поршень, щоб стиснути пружину, закриваючи клапан; після втрати повітря пружина скидається, відкриваючи клапан.

Вихідний крутний момент приводу одно-дії демонструє унікальну схему зміни: у фазі пневматичного приводу зі збільшенням стиснення пружини інвертований опір поступово зростає, що призводить до зменшення вихідного крутного моменту фази скидання пневматичного ходу від максимального. Ця функція крутного моменту вимагає ретельного підбору максимального крутного моменту опору клапана під час процесу вибору, щоб забезпечити надійну роботу навіть у кінці поїздки.

Різниця між пневматичним приводом подвійної-дії та пневматичними приводами подвійної-дії та одинарної-дії полягає не лише в режимі руху, але й у великій відмінності від конструктивного дизайну до функціональних характеристик. Ці відмінності можна чітко визначити за трьома основними вимірами:
По-перше, суттєва різниця між механізмами живлення та скидання
Ключова різниця між ними полягає в тому, що дії «ввімкнення» та «вимкнення» приводу подвійної -дії покладаються на стиснене повітря як єдине джерело енергії, а дія скидання є активним пневматичним-процесом, тоді як у приводі одноразової-дії використовується гібридний механізм «пневматичний привід + скидання пружини», у якому лише одна дія керується пневматичним тиском, а інша — пружна пасивність пружини. Ця різниця робить дію приводів подвійної-дії більш гнучкою та контрольованою, а приводи односторонньої-дії мають функцію безпечного скидання, яку приводи подвійної-дії не можуть замінити у разі втрати газу.
По-друге, відрізняються вихідні характеристики і логіка управління.
Без опору пружини приводи подвійної -дії зберігають постійний лінійний вихідний крутний момент в обох напрямках і можуть бути зупинені в будь-якому положенні (разом із електромагнітним клапаном у нейтральному положенні) електромагнітним клапаном, що робить його придатним для ситуацій, які потребують точного регулювання. На приводи-одинарної дії впливає зміна сили пружини, і характеристика вихідного крутного моменту зменшується. Він може залишатися лише в крайньому положенні «увімкнено» та «вимкнено» і не може реалізувати точне керування проміжним положенням. Однак їх можна скинути без постійного живлення, що спрощує логіку керування.
По-третє, функції безпеки та сценарії застосування різні.
Приводи-подвійної дії залишаються на місці після втрати газу, не мають активних функцій безпеки, що робить їх придатними для звичайних робочих умов і не мають особливих вимог щодо втрати газу, як-от традиційні трубопроводи для транспортування рідини. Функція «Автоматичне скидання втрати газу» приводів одно-дії робить її необхідною для транспортування легкозаймистих, вибухонебезпечних або токсичних середовищ, таких як хімікати, нафтопереробка та природний газ, і може запобігти ескалації аварій безпеки шляхом швидкого закриття або відкриття клапанів у разі раптової несправності.
Висновок: Принципи сценаріїв адаптації; Вибір визначає безпеку та ефективність
З точки зору принципу роботи пневматичні приводи-подвійної дії є «ефективним і гнучким універсальним приводом», який забезпечує плавний і контрольований рух за допомогою двонаправленого пневматичного приводу. приводи одинарної-дії — це ``спеціальний привод із безпекою в якості основного'', який використовує комбінований механізм ``пневматика + пружина" для встановлення лінії безпеки від несправності. У промисловому сценарії немає абсолютної переваги між ними. Ключовим є те, чи вони ідеально відповідають експлуатаційним вимогам-принцип повернення пружини приводів одинарної-дії є незамінним, коли процес вимагає надійної надійності реагування на надзвичайні ситуації, і повністю{8}}пневматичний принцип приводу-подвійної дії є більш вигідним, коли гнучке керування та стабільний вихід мають пріоритет. Це основна передумова для реалізації безпечної та ефективної роботи пневматичних систем керування, щоб зрозуміти різницю між двома принципами роботи.