НПАА. А. С. Плешков. Need for speed. Быстродействие трубопроводной арматуры с пневматическим исполнительным механизмом
От редакции:
Уважаемые читатели, наша редакция старается рассказывать вам о преимуществах и новых разработках не только в области трубопроводной арматуры, но и в автоматизации процессов управления этим оборудованием. Не зря на сегодняшний день все чаще встречаются запросы на пневмоприводы, а наши экскурсии на предприятия и созданные в рамках этих визитов видеорепортажи, например, с той же производственной площадки FESTO, показывают, насколько сегодня загружено производство и велик спрос на пневматические приводы для управления трубопроводной арматурой. Еще в 2013 году мы публиковали статью наших коллег — компании ROTORK о преимуществах и работе приводов, производимых английской компанией для рынка нефтегазового спектра. Однако ранее мы размещали материалы, которые раскрывали тему одного изготовителя, редко затрагивая общую ситуацию на рынке пневмоприводных устройств. Но время идет, и наша редакция расширяет свой профессиональный кругозор благодаря партнерам «Вестника», одним из которых стал технический эксперт НПАА Андрей Сергеевич Плешков, который любезно предоставил уникальный обзор основных преимуществ существующих конструкций пневматических приводов.

Уникальность данного материала заключается в том, что обзор подготовлен с учетом реального опыта эксплуатации пневмомеханизмов на трубопроводной арматуре в наиболее часто встречающихся ситуациях и компоновках. Автор статьи имеет колоссальный опыт в применении и эксплуатации подобных механизмов, и от лица редакционной коллегии мы считаем, что, делясь подобным опытом с коллегами на примере Андрея Сергеевича, в конечном итоге можно будет сделать вывод о наиболее актуальных продуктах и услугах, которые сегодня востребованы конечным потребителем и проектными организациями. Данная статья является одной из первых в цикле публикаций о применяемости и назначении разнообразных систем, благодаря которым читатель без труда в будущем сможет подобрать наиболее подходящую систему автоматизации в подконтрольном ему парке трубопроводной арматуры.
Пневмопривод трубопроводной арматуры по сравнению с электроприводом имеет ряд общепризнанных и неоспоримых технических преимуществ.
Первое существенное преимущество пневмопривода в сравнительном анализе с электроприводом — быстродействие.

Стандартный четвертьоборотный электропривод имеет скорость перемещения запорного органа арматуры на 90 градусов примерно 60 секунд. Безусловно, промышленные предприятия выпускают электрические приводы специальных серий или/и комбинации гидравлических и электрических приводов для решения задачи быстродействия, но мы будем рассматривать стандартные, не специализированные серии исполнительных механизмов.

Стандартный реечный пневматический привод с номинальным моментом 8000 Н*м имеет скорость поворота на 90 градусов около 12 секунд. Кроме того, к стандартному 12-секундному быстродействию многие производители пневмооборудования предлагают ряд конструктивных решений, позволяющих увеличить быстродействие вплоть до 1,5 секунд. В базовом исполнении быстродействие пневматического привода в несколько раз меньше, чем электропривода.
Вторым значительным преимуществом пневмопривода трубопроводной арматуры в сравнении с электроприводом являются простота управления исполнительным механизмом и возможность изменения скорости цикла.
Для управления электроприводом трубопроводной арматуры в общем случае необходимо использовать шкаф управления, либо встроенный в него блок управления, что, в свою очередь, обеспечивает пуск и реверс электродвигателя, а также остановку по концевым выключателям электропривода в крайних положениях запорного органа.

В то же время для управления пневмоприводом достаточно пневматического распределителя с электрическим, пневматическим или ручным управлением. Стоимость пневматического распределителя в несколько раз меньше самого элементарного по конструктиву и функционалу шкафа или блока управления.

Одновременно с простотой системы управления пневмоприводом технический процесс регулирования скорости цикла арматуры в пневмоавтоматике решается гораздо проще, чем в системах с электроприводом.
Одновременно с простотой системы управления пневмоприводом технический процесс регулирования скорости цикла арматуры в пневмоавтоматике решается гораздо проще, чем в системах с электроприводом. При необходимости уменьшения скорости (частоты вращения) электродвигателя электропривода в сравнении с единственным общепризнанным и промышленно широко распространенным способом является применение частотного регулирования/преобразователя. Применение частотного преобразователя является достаточно дорогостоящим техническим мероприятием как на этапе проектирования, так и ввода в эксплуатацию и обслуживания. В свою очередь, техническая задача регулирования скорости цикла запорного органа трубопроводной арматуры под управлением пневмопривода решается с помощью дросселирования (уменьшения) проходного сечения порта сброса или подвода воздуха пневмопривода. Предпочтительным является дросселирование проходного сечения порта сброса воздуха. В этом случае движения запорного органа арматуры будут плавными, без рывков (рис 2).
Но одновременно с вышесказанным существуют технические процессы, где необходимо сохранить номинальную или близкую к номинальной скорость цикла. При внедрении трубопроводной арматуры с пневматическим исполнительным механизмом в систему регулирования необходимо применять позиционер. Позиционер — это устройство, перераспределяющее давление воздуха между двумя цилиндрами пневмопривода и, как следствие, осуществляющее перестановку запорного органа трубопроводной арматуры в прямо пропорциональной зависимости от задающего (управляющего) сигнала. Порты позиционера имеют существенно меньшие проходные сечения портов подвода воздуха, чем у пневмопривода. Это вызывает дросселирование воздуха в системе управления и, соответственно, замедление скорости перестановки запорного органа арматуры с пневматическим приводом. В ряде технических процессов это нежелательно. В таких случаях для восстановления скорости близкой к номинальной скорости цикла пневмопривода необходимо исключить заужение портов, т. е. избавиться от дросселирования воздуха. Для решения этой задачи применяется бустер. Пневматический бустер — это устройство, позволяющее получить на выходе сигнал с давлением равным входному давлению, но с большим расходом. Установка бустера между пневматическим выходом позиционера и портом пневмопривода позволяет обеспечить необходимый для номинального быстродействия пневмопривода расход воздуха и исключить эффект дросселирования (рис. 1).

При всех преимуществах пневматического исполнительного механизма, рассмотренных в этой статье, данный привод обладает и рядом существенных недостатков по сравнению с электроприводом. Именно понимание требований к техническому процессу, комплексный анализ эксплуатационных задач позволяет принять верное решение о применении того или иного исполнительного механизма в каждом конкретном случае.

If a building becomes architecture, then it is art