Особенности использования запорно-регулирующего клапана с электроприводом

Виды, устройство, выбор и монтаж запорно-регулирующего клапана с электроприводом

Здравствуйте, уважаемый читатель! В промышленных трубопроводах, по которым беспрерывно продвигается огромный поток жидкостей, необходимо регулировать это движение, уменьшая или увеличивая скорость потока, давление в трубах. В таких случаях незаменимую роль играет клапан запорно регулирующий с электроприводом. В нашей статье рассмотрим его виды и характеристики, способы подключения, правила использования, познакомимся с советами специалистов по установке и эксплуатации агрегата.

Что это такое и для чего он нужен

Запорный кран с различными типами приводов представляет собой устройство, с помощью которого можно полностью или частично перекрывать движущийся поток жидкости в трубопроводе.

Особенность конструкции с электроприводом заключается в том, что позволяет производить эти действия дистанционно, практически в любой точке магистрали.

Назначение и сферы применения

Регулирующие клапаны позволяют автоматически управлять на расстоянии процессом регулирования расхода жидкости, силы давления в трубопроводах.

Применяются в крупных магистральных, технологических и коммунально-сетевых каналах, по которым транспортируется среда.

Электроприводные устройства могут быть как запорными, с функцией только полного перекрытия трубы, так и с функцией регулирования силы потока путем полного или частичного его приостановления.

Управление и технические характеристики

Управление клапаном осуществляется за счёт линейного перемещения штока с плунжером. Пуск устройства осуществляется нажатием пусковой кнопки на пульте. Под действием электротока привод передает усилие на плунжер. Тот, перемещаясь вверх-вниз, меняет площадь сечения пропускного отверстия.

Основными техническими характеристиками запорно регулирующей арматуры являются:

  1. значение номинального давления в системе, которое способно выдержать устройство;
  2. размер диаметра условного прохода в мм;
  3. условная пропускная способность в м3/ч;
  4. пределы температурных значений, при которых агрегат функционирует нормально;
  5. напряжение в сети, предназначенное для электропривода.

Тип подключения

По типу подключения запорно-регулирующие устройства подразделяют на

Первый вариант наиболее предпочтительный. Как правило, клапаны подобного типа уже укомплектованы фланцами. Их используют в сетях с высоким давлением. Через фланец агрегат можно прикрепить к любым, подходящим по размеру условного прохода трубам. Также не зависит, какого типа устройство будет подключаться.

Сварной метод соединения не рекомендуется использовать, когда предстоит установить обратный механизм, съемные модели и задвижки. Применяют его только для стальных агрегатов.

Устройство

Простейший регулирующий клапан состоит из корпуса с фланцами, в котором расположены седло, шток с плунжером на конце и уплотняющий узел, отвечающий за герметизацию всей запорной арматуры.

Когда плунжер закрывает только часть проходного отверстия, расход воды в системе уменьшается. Плотно опущенный в седло плунжер перекрывает поток, давление в трубе после арматуры падает до нуля.

Если в бытовых трубопроводах применяются шаровые краны, то в магистралях промышленного назначения и коммунальных сетях предпочтения отдаются золотникам и задвижкам с электродвигателем.

Принцип работы

Принцип действия клапана с электроприводом во много схож с работой обычного вентиля. Отличают их способ управления и функциональность.

По принципу действия выделяют перекрывающие, смешивающие или разделяющие магистральный поток устройства.

К перекрывающим агрегатам относят двухходовые седельные затворы, широко применяемые в коммунальных тепловых сетях.

Для смешения и разделения потока используют трёхходовые варианты, имеющие три патрубка для подсоединения к магистрали.

Виды и отличия конструкций

Клапаны по устройству привода разделяют на управляемые:

  • вручную;
  • электроприводами;
  • пневмоприводами;
  • электромагнитным способом.

По запорному механизму конструкции подразделяют на:

  • запорные, рассчитанные только на перекрытие среды;
  • мембранные, с резиновой мембраной в корпусе, приспособленные для работы в газовых сетях;
  • обратный, закрывающийся при перемене направления потока;
  • золотниковый, регулирующий интенсивность потока за счет перемещения подвижного золотника;
  • седельный, с линейным перемещением штока с плунжером, закрывающего или открывающего с помощью седелок путь для потока.

Преимущества и недостатки

Достоинства пневматического привода заключаются в его демократичной цене, устройства с такими управлением дешевле электрических аналогов.

Клапаны с электромагнитным приводом значительно облегчают процесс дистанционного управления средой на длительном отрезке магистрали, позволяют внедрять электронную систему управления.

Устройство само сможет снимать точные показатели состояния того же теплоносителя в трубопроводах, передавать оператору сведения об уровне давления, количестве жидкости в потоке и даже переустанавливать позиции запорных деталей конструкции.

Однако цена и сложность аппаратов будет возрастать.

Советы по выбору

Оптимальный выбор устройства должен обеспечить высокую точность в регулировании. Необходимо учесть множество факторов, чтобы принять правильное решение по приобретению агрегата.

Важно обратиться к опытному и зарекомендовавшему себя на рынке поставщику, обладающему заслуженной репутацией.

При подборе арматуры обращайте внимание на:

  • маркировку изделия, где указаны пропускная способность и номинальное давление для прибора;
  • условия технического обслуживания устройства, можно ли провести его ремонт без снятия с линии;
  • возможно ли изменять пропускную способность прибора;
  • наличие конструктивных элементов в устройстве, снижающих величину шума.

Правила монтажа и эксплуатации прибора

Перед установкой аппарата проверяют крепежи, внутреннюю часть клапана и труб магистрали на предмет выявления и удаления посторонних частиц. Если возникла необходимость, прибор промывают и делают его продувку.

После установки проверяют аппарат на работоспособность.

В ходе эксплуатации необходимо периодически, не реже двух раз в год, осматривать прибор и проводить регламентные работы.

Проверяют общее состояние устройства и его крепежа.

Все работы с электроклапаном необходимо вести, руководствуясь прилагаемой к нему инструкцией.

Необходимые инструменты и материалы

Понадобится следующий набор инструментов:

шуруповерт с соответствующими насадками;

  • отвертка;
  • плоскогубцы;
  • шланг для промывки.
  • набор болтов;
  • медные трубки для проводов;
  • электропровод.

Схема подключения

Классическая схема монтажа двухходового регулирующего клапана

Ход работ

Устанавливая фланцы, следят за тем, чтобы не было перекосов. Нельзя применять излишнюю силу при устранении перекоса, иначе можно деформировать фланцы корпуса прибора.

При монтаже строго следят за тем, чтобы стрелка на корпусе совпадала с направлением движения потока.

После установки прибор открывают, тщательно промывают и продувают.

Проверяют герметизацию соединений и уплотнительного узла штока.

Проверку работоспособности устройства производят подключением к электросети. Клапан должен пятикратно сработать на полный ход без подачи среды. Все детали должны перемещаться легко и без рывков.

Частые ошибки и проблемы при установке

Приобретение изделия с завышенным условным проходом (ДУ). Пропускная способность выше нормируемой повлияет отрицательно на точность регулирования.

При выборе клапана с заниженным условным проходом он будет не в состоянии дать нужный расход пара при выставленных показателях давления. Это приведет к тому, что давление и температура среды в трубе после запорного устройства станут ниже значений, которые необходимы для нормального функционирования тепловой сети.

Несоблюдение технологии при монтаже арматуры.

Указанные ошибки способны вызвать нестабильность в работе системы регулирования и привести к неисправности клапана и электропривода.

Советы специалистов

В паропроводах перед регулирующей арматурой обязательно устанавливается конденсатоотводчик, обеспечивающий своевременный вывод конденсата.

В период монтажа нельзя вести сварку на трубопроводе с установленным клапаном, чтобы не повредить уплотнения.

От нежелательных последствий гидроударов трубопровод может защитить система обратных поворотных затворов, в которых запорным элементом является стальной диск. Они устанавливаются посредством фланцевых соединений через определенные промежутки, что позволяет эффективно противостоять гидроударам.

Видео

На данном видео наглядно продемонстрированы устройство и принцип работы запорно-регулирующего затвора.

Заключение

Надеемся, что статья для вас оказалась познавательной и полезной. Желаем вам удачи в ремонтных работах, подписывайтесь на наши статьи и делитесь своим опытом в социальных сетях.

Особенности использования запорно-регулирующего клапана с электроприводом

Клапан запорно-регулирующий с электроприводом относится к трубопроводной арматуре непрямого действия. Для его регулировки используется внешний источник энергии. В данном случае это электрическая энергия.

Регулирующие краны, управляемые на расстоянии и способные выдерживать значительное давление, применяют в транспортировочных трубопроводах промышленного значения. Краны с электроприводом востребованы в системах, где регулирование потоков проводят на расстоянии в автоматическом режиме.

Что собой представляет клапан с электроприводом

Клапан (бытовое – кран или вентиль) на трубопроводе – это специальное устройство, с помощью которого регулируют по силе, перекрывают совсем или открывают поток.

Вентиль, который открывается и закрывается с помощью электропривода, по своей сути и функциям мало отличается от обычных вентилей. Он также служит для регулировки или перекрытия потока в трубе.

Отличие в механизме его действия, в мощности, габаритах, в принципе управления. Если бытовой регулирующий вентиль работает по принципу механического приложения усилия извне (человек крутит ручку крана), то электроприводный клапан работает от электричества.

Клапан с электроприводом может быть:

  • запорным – прямое или обратное полное перекрытие потока в магистрали;
  • запорно-регулирующим – полное или частичное перекрытие потока, с возможностью регулировки его интенсивности.

Обратите внимание! Особое значение имеют клапаны с электроприводом при магистральной транспортировке нефтепродуктов, природного газа, теплоносителя. Они позволяют дистанционно, в режиме реального времени управлять потоками на расстоянии или установить работу на автоматически заданные параметры.

Наряду с электрическими задвижками, дистанционно могут управляться клапаны:

  • пневматические – механизм их работает на сжатом газе;
  • электромагнитные (газовые) клапаны – механизм открывается от электрического импульса, закрывается автоматически при прерывании электроснабжения.

Электрические регулирующие задвижки являются универсальными, полностью управляющими прямым или обратным потоком.

Назначение

Существует 2, 3, 4-х ходовые регулирующие (разделяющие, смешивающие) клапаны. Двухходовой клапан имеет одно входное и одно выходное отверстие, являясь запорным. К регулирующим силу потока относят 3 и 4 ходовые клапаны. Они имеют соответственно одно отверстие на вход и несколько – на выход. Перекрывая задвижкой часть из них можно регулировать интенсивность выходного потока.

Двухходовой вентиль является наиболее простым в устройстве. Он может работать в следующих режимах:

  • полностью закрыть подачу;
  • номинальная мощность – вентиль открыт полностью, на заранее установленную величину потока;
  • промежуточная мощность – задвижка устанавливается на пропуск от 10 % до половины потока от номинальной мощности.

Механизм, открывающий газовый вентиль с электроприводом, растягивает и удерживает возвратную пружину. Как только подача электричества прекращается, эта пружина возвращает заслонку в положение «закрыто».

Обратите внимание! Установка электрического клапана, с вышеописанным механизмом действия, является обязательной для противопожарных вентиляционных систем (ГОСТ РФ 53301 для огнезапорного клапана).

В противопожарных системах сертификация невозможна без установки на вентиляционных коммуникациях подобных электрозапорных клапанов. Благодаря их автоматическому срабатыванию прекращается подача кислорода в помещение, что ингибирует процесс горения.

Будет полезно:  Желтеют листья помидоров в теплице: почему и что делать, пожелтели томаты, побелели и сохнут

В отопительных, водоснабжающих транспортных магистралях установка подобной арматуры не является обязательной. Однако ее использование в разы упрощает и ускоряет процессы регулировки интенсивности потоков, давления в системе.

Управление и технические характеристики

Клапан запорно-регулирующий с электроприводом управляется простым нажатием кнопки на пульте, когда оператор находится на большом расстоянии от задвижки. Электрический импульс приводит в движение запорный механизм клапана.

Обратите внимание! Процесс преображения электрической энергии в механическую осуществляет специальный электромагнитный блок – электропривод.

Особенности линейных электроприводов

Электропривод запорного механизма должен быть прочным, работать долго и качественно даже при высоких нагрузках. Основное требование – обеспечение точности позиции перекрывающего механизма.

Современные модели электроприводов производства Германии можно регулировать после установки арматуры на трубопровод.

Так, покупка электропривода серий PSL и PSL-AMS от немецкого производителя PS-Automation позволяет воспользоваться услугами ее специалистов.

Стандартный привод может быть оснащен дополнительными устройствами, которые расширяют функционал изделия. Опции электропривода, которые могут быть поставлены по желанию заказчика:

  • потенциометр;
  • резистор обогрева;
  • концевые выключатели;
  • преобразователь сигнала положения.
  • давление в системе от 16 до 40 бар;
  • диаметр трубы от 15 до 300 мм;
  • температура эксплуатации от -40 до +300 градусов;
  • работа электропривода в сети напряжением от 10 до 380 В

Запорно-регулирующие клапана могут быть из латуни, чугуна или нержавейки. Сигнал управления – аналоговый, HART, трехпозиционный.

В функционал электроприводов для клапанов входит:

  • автоматическое отключение по достижении необходимого положения регулирующего механизма клапана (крайняя, средняя позиция);
  • автоматическое отключение при перегреве движка;
  • возможность ручного регулирования позиции запорного механизма клапана при аварийном отключении электричества.

Обратите внимание! Использование электропривода в трубопроводах, которые работают в потенциально взрывоопасной среде запрещено.

Достоинства запорно-регулирующих клапанов с электроприводом заключаются:

  • в автоматизации процессов регулирования пропускной способности трубопроводов;
  • в возможности работы с пульта автоматизированной системы в удаленном режиме;
  • в вариативности температурного режима эксплуатации;
  • в широком диапазоне размеров изделий;
  • в вариативности материалов клапанов;
  • в простоте установки на работающую магистраль.

Единственным недостатком запорной арматуры с электроприводом можно назвать отключение системы от питания. Для минимизации рисков предусматривают подключение к автономному генератору.

Разновидности регулирующих клапанов на электроприводе

Механизм запорного устройства на клапане с электроприводом может быть следующим:

  • Запорный – клапан работает в двух положениях «закрытооткрыто», без возможности промежуточного регулирования.
  • Обратный – срабатывает на «закрыто» при перемене направления потока.
  • Мембранный – имеет в середине чувствительную резиновую мембрану. Находит широкое применение в газовых трубопроводах, в том числе и бытовых.
  • Золотниковый – имеет подвижный золотник, которым перекрывает входныевыходные отверстия, регулируя интенсивность потока.
  • Седельный – работает по типу золотникового, только для перекрытия входавыхода работают плунжер и седелки.
  • Перекидной – клапан с возможностью смещения потока в другом направлении. Имеет одно входное и несколько выходных, разнонаправленных отверстий.

Установку электрических запорно-регулирующих клапанов осуществляют фланцевым (разборным) способом. Сварное соединение трубопровода и вентиля ограничивает возможность технического обслуживания, ремонта или замены.

Особенности регулирующих клапанов с электроприводом

К востребованному типу трубопроводной арматуры относятся регулирующие клапаны, оснащенные электроприводом. Они служат для контроля параметров перемещаемых газов и жидкостей. Устройства для регулировки используются в энергетике, сетях газоснабжения, отопления и вентиляции. Они необходимы для функционирования промышленных трубопроводов, систем по снабжению горячей водой, тепловых пунктов и котельных.

Виды и характеристики электроприводов

В основе работы клапанов с сервоприводом — преобразование электроэнергии в механическое усилие, приводящее к перемещению запорного механизма. Различают следующие варианты приводов для таких устройств:

  • Электропривод. Он представляет собой совокупность электродвигателя, передаточного механизма и управляющей системы. Клапаны малого диаметра комплектуются однофазными силовыми элементами постоянного и переменного тока, а трехфазными асинхронными оснащается регулирующая арматура большей мощности. Электрический привод клапана позволяет управлять параметрами перемещаемой среды на расстоянии, используя дистанционное устройство.
  • Электромагнитный привод. Применяется для клапанов, которые комплектуются одним из приводов — соленоидным или с электромагнитной муфтой. Соленоидные электроприводы используются для управления системами двухпозиционной регулировки, представленными запорной арматурой. В устройствах с автоматическим контролем функции исполнительных элементов служат электромагнитные муфты трения или скольжения. Электромагнитный привод бывает блочным или встроенным, и оперативно реагирует на подаваемые сигналы.

Многообразие вариантов комплектации электроприводов позволяет выпускать устройства для применения в разных сферах. Их популярность обусловлена эксплуатационными свойствами и техническими характеристиками исполнительных механизмов.

Преимущества и недостатки использования электроприводов

Потребление энергии электроприводом клапана происходит только при движении, а его отключение не вызывает смещения по инерции. Среди других преимуществ электроприводов выделяют:

  • постоянную скорость функционирования;
  • низкую стоимость потребляемой энергии;
  • плавную регулировку устройств, предназначенных для управления потоками перемещаемой среды;
  • точность настройки и точное позиционирование;
  • экологическую безопасность при установке на трубопроводах;
  • возможность подключения дополнительного оборудования и датчиков для контроля и управления.

В отличие от регулирующих клапанов с пневмоприводом аналогичные устройства с электроприводом не склонны к засорению и отличаются низким уровнем шума во время работы. При авариях клапаны с электроприводами могут быть подключены к независимым источникам питания — резервным аккумуляторам и генераторам.

Основные недостатки клапанов для регулировки параметров перемещаемой среды — высокая стоимость и возможность перегрева двигателя при непрерывной работе в течение длительного времени. Из-за них повышается суммарная величина затрат на монтаж магистралей и требуется контроль состояния элементов привода. К другим недостаткам механизмов с электрическим приводом относятся:

  • Возможность возникновения помех в управлении расположенных вблизи сетей, которые появляются из-за воздействия поля электромагнитных приводов.
  • Сложность использования в условиях большой влажности и пожароопасных зонах. В этом случае можно применять устройства специального исполнения с высокой степенью защиты двигателя или заменить их клапанами с пневмоприводом.
  • Необходимость регулярного технического обслуживания, поскольку исполнительный механизм состоит из множества подвижных деталей и элементов.

Уменьшение влияния негативных особенностей достигается благодаря точной кинематической схеме и грамотной разработке конструкции привода. Комплектация защитными средствами повышает срок службы и делает устройства более удобными для эксплуатации.

Функционирование электроприводных клапанов

Принцип действия клапанов, оснащенных электроприводом, можно рассмотреть на примере двухходового вентиля для газовых магистралей с фланцевым механизмом крепления. Для него характерны следующие режимы функционирования:

  • Полное перекрывание.
  • Номинальный расход перемещаемой среды. В этом случае на фланцевый клапан поступает питание, благодаря чему рабочий элемент приходит в движение. Его положение обеспечивает подачу газа в нужном объеме.
  • Промежуточный. Он предусматривает ограничение перемещаемой среды на 10-50 % от номинального потребления. Переход на промежуточный режим происходит после подачи напряжения на катушку электромагнитной фланцевой задвижки и активизации вала регулирующего механизма.

При отсутствии дополнительных настроек клапан принимает номинальный расходуемый объем перемещаемых веществ за стандартный режим.

Классификация устройств по разным признакам

Одним из критериев классификации клапанов для регулировки транспортируемой среды является метод фиксации с трубами. Он представлен двумя вариантами крепежа — с помощью сварки или фланцев.

Сварное соединение применяется при строгих требованиях к герметичности и надежности узлов, которые возникают при транспортировке агрессивных веществ. Оно отличается небольшим весом и компактными размерами, но может использоваться только при монтаже сооружений из стали.

Фланцевые клапаны укомплектованы специальными плоскими пластинами имеющими форму кольца, прямоугольника или квадрата с отверстиями под крепежные элементы. Герметичность фланцевых соединений обеспечивается за счет уплотнительной поверхности, а прочность фиксации достигается благодаря использованию шайб и гаек. Материал изготовления и конструкция фланцев зависят от параметров транспортируемой среды, условий эксплуатации запорно-регулирующей арматуры и других факторов. К преимуществам таких соединений относятся простота установки и возможность многократного монтажа и снятия клапанов, если необходимо провести ремонт или профилактический осмотр.

Важная информация: габариты уплотнительных поверхностей фланцев и присоединительные размеры при номинальном давлении до 200 PN определяется по ГОСТу 12815-80, а свыше 200 PN — согласно ГОСТ 9399-81 или в соответствии с конструкторской документацией на конкретную модель.

В зависимости от типа запорного механизма устройства, используемые для управления потоками перемещаемых жидкостей и газа, бывают:

  • Золотниковые. В качестве рабочего элемента служит золотник, поворот которого на определенный угол регулирует объем транспортируемой среды. Поскольку жидкости не оказывают существенного сопротивления рабочему элементу, то изменение его положения не требует значительных усилий. Использовать клапаны такого типа в магистралях с высоким давлением нельзя из-за недостаточной герметичности узлов.
  • Седельные. Изменение параметров перемещаемой среды обеспечивается за счет плунжера, который уменьшает проходное сечение фланцевых клапанов. Они могут быть односедельными для магистралей небольшого диаметра и двухседельными, предназначенными для установки на крупных трубопроводах.
  • Мембранные. Функции рабочего элемента в мембранных клапанах выполняет эластичная мембрана, для изготовления которой используют резину или фторопласт. Мембранные устройства для регулировки отличаются устойчивостью к воздействию агрессивных веществ и коррозии и могут быть укомплектованы разными приводами.

Важная информация: согласно положениям ГОСТ 12893-2005 перемещение плунжера после сборки клапана должно происходить плавно, без заеданий и рывков. Уплотнительные поверхности рабочего элемента следует проверять на отсутствие вмятин и других дефектов, которые можно обнаружить при визуальном контроле.

Варианты исполнения клапанов с электроприводами

В зависимости от сферы применения фланцевые клапаны с электроприводом представлены следующими модификациями:

  • Воздушным клапаном. Он применяется в системах проточной и вытяжной вентиляции и служит для контроля количеством подаваемого воздуха. Кроме того, воздушный регулирующий вентиль позволяет избежать попадания дыма в вентиляцию при возникновении пожара: достаточно перекрыть клапан, и распространение продуктов горения прекратится. Он устанавливается в труднодоступных местах, поэтому комплектуется приводом, который потребляет электричество в качестве источника питания. Такая модель позволяет регулировать параметры системы на расстоянии с помощью автоматики.
  • Газовым регулирующим фланцевым клапаном. Устройство предназначено для полного перекрывания газопроводов с разным проходным сечением. На магистралях также используют газовые двухходовые и трехходовые клапаны с пневмоприводом.
  • Огнезадерживающим фланцевым клапаном с электроприводом. Служит для предотвращения распространения пожара и устанавливается в перекрытиях между стенами или в вентиляционных каналах.
  • Двухходовыми и 3-х ходовыми устройствами. Они востребованы в сетях централизованного и автономного отопления, в водоснабжении, на тепловых пунктах и в системах вентиляции. Двухходовые устройства применяются для ограничения расхода перемещаемой жидкости и обеспечивают смешение в нужной пропорции. В отличие от двухходовых моделей клапаны с тремя патрубками используются для разделения или смешения потоков перемещаемой жидкости.
Будет полезно:  Как можно спрятать газовую трубу на кухне и не нарушить нормативные требования

Двухходовой регулирующий клапан с электроприводом Трехходовой регулирующий клапан с электроприводом

Мембранные клапаны с приводами, устойчивые к агрессивным и летучим жидкостям, востребованы на предприятиях химической промышленности. В быту используют обратные мембранные клапаны, обеспечивающих защиту сетей отопления от гидравлических ударов.

Регулирующий клапан – электропривод, МИМ или позиционер?

Многие задачи автоматизации технологических процессов в той или иной мере требуют плавного изменения параметров рабочей среды. Это может быть поддержание нужного расхода теплоносителя на входе в теплообменник, или заданного давления воздуха внутри рабочей камеры пневмоцилиндра для регулировки усилия прижима, или поддержание соотношения газ/воздух при подаче топлива в горелку котла и т. д. Эти и многие другие задачи требуют применения регулирующих клапанов для их решения.

1. Клапаны с электроприводом и трёхпозиционным управлением

Одним из наиболее распространённых типов регулирующих клапанов являются клапаны с электроприводом и трёхпозиционным управлением, который в народе часто называют «больше/меньше». Данный способ управления характеризуется наличием трёх состояний клапана: открывается (сигнал «больше»), закрывается (сигнал «меньше») и не изменяет состояния (оба сигнала: и «больше» и «меньше» отсутствуют).

Электроприводы с таким способом управления применяются как совместно с запорно-регулирующими клапанами (линейное перемещение рабочего органа), так и совместно с регулирующими шаровыми кранами или заслонками (поворот рабочего органа). В обои случаях принцип работы электропривода одинаковый: подача одного из сигналов «больше» или «меньше» приводит к вращению электромотора в различных направлениях, а редуктор преобразует это вращение в линейное (для клапанов) или поворотное (для кранов) движение. При этом необходимость обеспечения высокого выходного момента заставляет использовать редукторы с большим передаточным отношением, что приводит к уменьшению скорости работы привода.

Время полного хода регулирующих клапанов с электроприводом составляет, как правило, от нескольких десятков до нескольких сотен секунд. Для многих медленно протекающих процессов быстродействие не является критичным и на первый план при выборе выходят цена и общая надёжность конструкции. Примером таких процессов может служить задача поддержания температуры в контурах отопления или горячего водоснабжения в индивидуальных тепловых пунктах (ИТП).

2. Клапаны с мембранным исполнительным механизмом (МИМ)

Использование клапанов с электроприводом и управлением «больше/меньше» требует применения специальных регуляторов. Однако, данные регуляторы не являются редкостью, а их настройка не вызывает больших трудностей, так что этот факт следует отнести скорее к особенностям таких клапанов, а не к их недостаткам.

Впрочем, некоторые процессы для качественного управления требуют быстродействующих клапанов со временем полного хода не более нескольких секунд. Примерами таких процессов могут служить пастеризационно-охладительные установки (ПОУ) или уже упоминаемый процесс поддержания оптимального соотношения газ/воздух. Для решения этих задач используют клапаны с пропорциональным способом управления и одними из наиболее распространённых клапанов такого типа являются клапаны с мембранным исполнительным механизмом (МИМ).

Рисунок 3 — ЭПП ASCO Sentronic LP

В качестве входного сигнала управления, определяющего положение рабочего органа клапана чаще всего выступает унифицированный пневматический сигнал 20…100 кПа. При этом для подключения к электронной системе автоматики используют специальные электропневмопреобразователи (ЭПП). С помощью этих устройств унифицированный электрический сигнал 4…20 мА или 0…10 В преобразуется в пневматический сигнал управления 20…100 кПа.

Клапаны с МИМ совместно с ЭПП имеют на порядок большее быстродействие по сравнению с клапанами с электроприводом, что позволяет обеспечивать большую точность в динамическом режиме работы. Однако, такой подход при построении системы управления несёт в себе одну скрытую угрозу.

Дело в том что в цепи управления присутствует преобразование без обратной связи (ЭПП ➝ МИМ ➝ процент открытия клапана) и на обоих этапах этого преобразования возможны нелинейности, вызывающие уменьшение динамической точности. Таким образом одна и та же величина сигнала управления генерируемая регулятором может приводить к различному проценту открытия клапана и, как следствие, к отличающемуся от ожидаемого воздействию на объект управления.

Рисунок 4 — Схема контура регулирования при ипользовании клапана с МИМ и ЭПП

Неточная передача управляющих воздействий на объект управления связана с естественными отклонениями реальных устройств от их идеального представления. Эти отклонения присущи любым устройствам, хотя разные модели разных производителей могут иметь различную величину данных отклонений. Применительно к пропорциональным клапанам отклонение реальных устройств от их идеальных моделей обычно характеризуют четырьмя параметрами: линейность, чувствительность, гистерезис и повторяемость.

Линейность

Характеризует отклонение реального положения рабочего органа клапана от расчётного, соответствующего текущему уровню входного сигнала. Идеальная зависимость между управляющим сигналом и положением рабочего органа клапана представляет из себя прямую линию. Однако, фактическое положение может отличаться от расчётного по ряду причин. Максимальное отклонение фактического положения от расчётного выражают в процентах и называют линейностью (или нелинейностью). На рисунке 5 характеристика идеального клапана показана чёрной линией, а реального зелёной. Для клапанов с трёхпозиционным управлением значение линейности не указывают, т. к. однозначная зависимость между сигналами управления и положением рабочего органа клапана отсутствует.

Чувствительность

Если придерживаться формального подхода, определяет минимально возможное перемещение рабочего органа клапана. Выражается в процентах от общего перемещения. Чем меньше значение чувствительности, тем более незначительные изменения управляющего сигнала может отработать регулирующий клапан. Однако, не следует забывать что частые перемещения рабочего органа на малые расстояния приводят к повышенному износу и сокращают срок службы клапана. Поэтому, чаще всего, чувствительность клапана обозначает максимально возможную точность остановки рабочего органа в требуемом положении, а для того что-бы избежать микроперемещений при работе клапана в устройстве управления Рисунок 6 – Чувствительность вводится зона нечувствительности, превышающая чувствительность клапана и предотвращающая повышенный износ.

Гистериз

Под гистерезисом регулирующих клапанов понимают разность положений рабочего органа, которые он занимает при одной и той-же величине управляющего сигнала но при движении в разных направлениях – при закрытии и открытии. Наибольшее влияние на процесс регулирования гистерезис оказывает при изменении направления движения рабочего органа. Допустим, система управления открывает клапан. При этом рабочий орган движется по нижней кривой от точки 0 до точки 1. Если в этот момент требуется изменить направление движения, система управления уменьшает величину входного сигнала, однако, положение рабочего органа клапана не изменится до тех пор пока не будет достигнута точка 2.

Рисунок 5 — Линейность

Рисунок 6 — Чувствительность

Рисунок 7 — Гистериз

Высококачественные клапаны имеют небольшой гистерезис, 1…2%, который не оказывает существенного влияния на процесс управления. Однако, гистерезис некоторых типов регулирующих клапанов может достигать 10…15%, что заставляет инженеров внедрять в систему управления дополнительные устройства или программные модули для компенсации влияния гистерезиса. В процессе эксплуатации, значение гистерезиса клапана может сильно увеличиваться вследствие износа. При критическом увеличении гистерезиса его называют люфтом.

Повторяемость это способность рабочего органа клапана занимать одинаковые положения при многократной подаче на него одинаковых входных сигналов. В отличии от измерительных приборов для клапанов значение повторяемости, обычно не является критичным, т. к. повторяемости почти любого современного клапана оказывается достаточно высокой чтобы не оказывать сколько-нибудь существенного влияния на процесс регулирования. Все эти отклонения возникают в разомкнутой части системы управления (ЭПП ➝ МИМ ➝ процент открытия клапана) и их качественная компенсация без введения обратной связи является сложным процессом, требующим применения нетрадиционных регуляторов и длительной настройки на этапе пусконаладочных работ.

В связи с высокой сложностью компенсации нелинейностей в цепи управления при использовании клапанов с МИМ и ЭПП от неё часто отказываются. При этом оценить точность системы управления в динамическом режиме работы становится практически невозможно и при построении системы приходится опираться на личный опыт проектировщиков, а представления о применимости тех или иных клапанов для решения поставленных задач формируются исходя из успехов (или неудач) уже реализованных проектов. Избежать неясностей при построении подобных систем управления позволяет введение в цепь управления обратной связи по положению штока клапана с формированием второго, стабилизирующего, контура. В качестве регулятора в этом контуре используется позиционер.

Рисунок 8 — Схема контура регулирования при спользовании клапана с позиционером

3. Позиционер управления клапаном

Это устройство которое полностью берёт на себя функцию управления клапаном. Примером может служить позиционер ASCO 60566318, который устанавливается на все регулирующие клапаны серий E290(резьбовой), S290(приварной) и T290(фланцевый). После установки позиционера на клапан запускается процедура инициализации, в процессе которой позиционер в автоматическом режиме собирает всю необходимую информацию о клапане и настраивает встроенный регулятор таким образом чтобы обеспечить оптимальное управление. После завершения инициализации из системы управления достаточно подать на позиционер пропорциональный сигнал с требуемым процентом открытия клапана, а позиционер приведёт клапан в нужное положение.

Рисунок 10 — Регулирующий клапан ASCO с позиционером

Использование клапанов с позиционером позволяет скомпенсировать нелинейности на этапах преобразования пропорционального электрического сигнала от регулятора в процент открытия клапана. Благодаря этому можно почти полностью отказаться от сложной процедуры ручной настройки регуляторов, управляющих пропорциональными клапанами.

Клапан с позиционером уже имеет в своём составе замкнутый контур управления с оптимально настроенным регулятором, среди прочего в автоматическом режиме компенсирующим гистерезис и нелинейность клапана. Таким образом время пусконаладочных работ сокращается до минимума, а расчёт точности упрощается и представляет из себя один параметр – зону нечувствительности встроенного в позиционер регулятора.

Для регулирующих клапанов ASCO с позиционером заводское значение зоны нечувствительности составляет 1%. Инженерам-проектировщикам следует, однако, помнить что даже такие высокие показатели точности не гарантируют высококачественного регулирования в случае неправильно выбранного регулирующего клапана. Так, например, часто встречающейся ошибкой при проектировании систем является выбор регулирующего клапана по диаметру трубопровода на котором он устанавливается.

Будет полезно:  Декоративное панно: на стены, в интерьере фото, своими руками, история и формы, что это такое, из камня

При таком подходе реальный расход среды через регулирующий клапан может оказаться существенно ниже номинального расхода, а значит и показатели качества процесса регулирования ухудшатся в несколько раз. Поэтому при высоких требованиях к точности регулирования следует уделить особое внимание выбору клапана с коэффициентом расхода Kv соответствующим проектируемой системе.

4. Выводы

На современном рынке технических средств автоматизации представлено большое количество различных регулирующих клапанов. Наиболее распространёнными являются три типа: клапаны с электроприводом с трёхпозиционным способом управления («больше/меньше»), клапаны с МИМ и ЭПП, клапаны с позиционером. Преимущества и недостатки каждого из них можно резюмировать следующим образом.

Клапаны с электроприводом и управлением «больше меньше»

Рисунок 11 — Клапаны с электроприводом и управлением «больше меньше»

Минусы:

  • низкая скорость работы
  • ограниченная применимость
  • высокое энергопотребление (вызывает сложности при построении систем с автономным резервированием питания)

Плюсы:

  • управление дискретными сигналами
  • простой и понятный принцип работы + цена
  • требуют использования специальных регуляторов

Клапаны с МИМ и ЭПП

Рисунок 11 — Клапаны с МИМ и ЭПП

Минусы:

  • чрезвычайно высокая сложность компенсации нелинейностей в контуре управления
  • сложность оценки точности, особенно в динамических режимах работы
  • требует для работы сжатый воздух

Плюсы:

  • высокое быстродействие
  • низкое энергопотребление
  • расширенная сфера применения
  • управление пропорциональным сигналом

Клапаны с позиционером

Рисунок 11 — Клапаны с позиционером

Минусы:

  • требует для работы сжатый воздух

Плюсы:

  • высокое быстродействие
  • низкое энергопотребление
  • автоматическая компенсация нелинейностей
  • лёгкое построение двухконтурной системы управления с минимумом трудозатрат
  • наиболее широкая сфера технологических применений
  • управление пропорциональным сигналом

Инженер ООО «КИП-Сервис»
Быков А.Ю.

В чем особенность клапанов с электроприводом?

Клапан – это, наиболее востребованный вид запорно-регулирующей арматуры, как при бытовом использовании, так и в разнообразных сферах промышленности.

Регулирующий двухходовой вентиль широко применяются на системах теплоснабжения, водопроводах, газовых магистралях, при строительстве кораблей и производственных линиях.

Виды и особенности

Особенности эксплуатации регулирующих устройств очень часто требуют возможности их полноценной работы без прямого вмешательства человека, именно тогда и используются электронные устройства (клапан с пневмоприводом позволяющие осуществлять дистанционное управление приводом, говоря проще – электроприводы.

Это механизмы, оборудованы специальным электромагнитным блоком управления, подключенным к сети, что позволяет преобразовывать электроэнергию в механическое усилие, которое передается на обратный запорный механизм устройства, осуществляя его открытие и закрытие.

Рассмотрим основные разновидности устройств, оборудованных электромагнитным приводом, от зависимости сферы их применения

Воздушный клапан с сервоприводом. Такой вентиль устанавливается для вытяжных и проточных вентиляционных система, где он выполняет функцию регулировки количества объема подаваемого воздуха на вентиляцию помещения.

А также, при возникновении пожароопасной ситуации, перекрытия его, и не попадания дыма из помещения внутрь вентиляции.

Вентиль обратный с электромагнитным приводом для вентиляции, исходя из особенностей конструкции, может относиться к одной из двух основных категорий: дроссельным, либо обратным. В зависимости от формы воздуховода, на который будет смонтирован воздушный дроссель – оно может иметь квадратную, либо цилиндрическую форму.

Комплектация таких устройств электромагнитным приводом является необходимым условием, так как они устанавливаются на труднодоступные места вентиляционной системы, что требует наличия автоматической дистанционной регулировки на воздушный шибер.

Привод воздушного шибера дает возможность осуществлять мгновенное закрытие заслонки во время возгорания, а также производить регулировку интенсивности на воздушный поток.

При отключении электропитания электропривод возвращает запорный механизм шибера в заранее запрограммированное положение.

Газовый фланцевый клапан – это вид трубопроводной арматуры, основной функцией которой является блокировка прохода газопровода, а также распределение и регулировка его рабочей среды.

Условия использования обуславливают необходимость обустройства только фланцевый клапан электропривода в большинстве случаев. В основном, только простые устройства для бытового использования не комплектуются ими.

Фланцевый клапан с электроприводом

В то время как фланцевые аппараты, которые применяются на транспортирующих газ магистралях, на системах теплоснабжения и промышленных объектах, требуют точной и быстрой дистанционной регулировки, что и обуславливает незаменимость электроприводов.

Осуществляется разделение газовых вентилей с на следующие категории:

  • двухходовой обратный клапан с пневмоприводом;
  • трехходовой;
  • четырехходовой.

Разница между ними состоит в количестве присутствующих на конструкции отверстий. На двухходовом вентиле, как понятно из названия, есть только 2 отверстия – входное и выходное.

Тогда как в 3-ходовом и 4-ходовом, 1 отверстие для входа, и соответственно 2 и 3 на выход, что позволяет использовать их не только как запорную, но и как распределяющую арматуру.

Принцип работы и технические характеристики

Рассмотрим принцип работы устройства с электроприводом на примере двухходового вентиля.

У всех механизмов данного типа существуют следующие режимы работы:

  • трубопровод перекрыт;
  • номинальный расход (на фланцевый клапан подается напряжение, после чего он посредством механического упора, приводит в движение заслонку, положение которой устанавливает необходимый уровень подачи газа);
  • промежуточный режим (Это ограниченный режим, при котором расход газа составляет порядка 10-50 процентов от объемов номинального расхода. Для включения данного режима на электромагнитную катушку привода подается напряжение, после чего происходит активация вала регулирующего механизма, при этом крепление хомута привода к валу заслонки ослабляется).

Если не внесены дополнительные настройки, то газовый регулирующий фланцевый клапан с использует номинальный расход как стандартный режим работы.

Привод на трехходовой вентиль

При этом заслонка, при открытии, растягивает возвратную пружину, которая на случай отключения электроэнергии собирается и возвращает заслонку в закрытое положение.

Огнезадерживающий клапан с электроприводом — это устройство, использование которого обуславливается правилами пожарной безопасности, играющее важную роль для предотвращения распространения пожара и продуктов горения (дыма, угарного газа, и тд) через вентиляционную систему.

Такие клапаны устанавливаются для вентиляционных каналов, либо в между-стенные перекрытия. Поскольку от противопожарных образцов непосредственно зависит безопасность людей, к ним выдвигаются строжайшие требования.

Согласно ГОСТу РФ 53301, электрический привод огнезадерживающего клапана является обязательным условием для его сертификации. Это объясняется тем, что в случае возникновения критический ситуации, клапан должен моментально закрыться в автоматическом режиме и без вмешательства человека.

Своевременное срабатывание данного противопожарного устройства позволяет значительно минимизировать риск развития и расширения пожара, так как перекрытый клапан ограничивает доступ кислорода к очагу возгорания и, при этом, не дает дыму и огню распространяться по соседним помещениям.

Среди клапанов для систем водоснабжения, электроприводами оснащаются в основном устройства для промышленного использования на бойлерных, отопительных станциях и на системах городского водоснабжения.

В бытовом применении механизмы с электрическим приводом не особо востребованы, так как их функции, в основном исполняет более дешевый фланцевый клапан с механическим управлением.

Широкое распространение получил только мембранный обратный клапан, который является необходимым устройством для безопасности всей системы, так как в автоматическом режиме защищает её от гидроударов и перепадов давления.

Стоит заметить, что мембранный обратный клапан с приводом отличается также повышенной ценой, хотя за эти деньги вы получаете действительно качественный прибор с кучей полезных функций.

Правила монтажа и эксплуатации прибора

Несмотря на то, что электроприводные клапаны являются унифицированными устройствами, каждый из них имеет свои определенные особенности. Так что мы рекомендуем вам перед процессом установки тщательно изучить инструкцию, идущую в комплекте с приобретенным вами устройством (перекидной, мембранный и т.д.).

Согласно качественным стандартам, все детали проходят тестирование на выявление конструкционных недочетов и неисправностей сразу после завершения производства.

Поэтому вы можете быть уверены, что покупая фланцевый перекидной или мембранный механизм от проверенного производителя, не столкнетесь с неприятными сюрпризами, а сразу сможете приступить к его установке.

Электромагнитная фланцевая задвижка

Основные правила монтажа клапанов:

  • Направление потока рабочей среды обязательно должно соответствовать направлению нанесенного на корпус изделия указателя;
  • Мембранный или перекидной клапан должен устанавливаться в месте, где будет достаточно свободного пространства для свободного доступа к нему в дальнейшем. Также, в случае отсутствия электроэнергии, когда электропривод не работает, вы должны иметь возможность нормально пользоваться механизмом с помощью ручной регулировки затвора.
  • Перекидной клапан должен устанавливаться на прямых участках трубопровода;
  • На входе в перекидной клапан необходимо поставить защитный фильтр, который будет защищать устройство от попадания механического мусора;
  • Не рекомендуется использовать вблизи от клапана переходники, которые сужают стандартный диаметр трубопровода, так как это повышает риск гидроудара;
  • Не лишним будет и наличие гидравлического демпфера на входе;
  • Обязательно проверьте все соединения на герметичность, так как даже минимальные протечки воды и последующее её попадание на блок управления электропривода быстро выведут его из строя;
  • Блок управления всегда должен находится сверху трубы, на которую он установлен, если в инструкции не указано обратное.

В процессе эксплуатации устройства необходимо осуществлять его регулярные осмотры на предмет герметичности и исправности, наличия загрязнений и механических повреждений конструкции. Только своевременное устранение всех вышеперечисленных факторов гарантирует клапану длительный срок службы.

Настройка электропривода (видео)

Советы по выбору и актуальные цены

Анализ рынка показывает, что цена на клапан в первую очередь зависит от особенностей его конструкции. Например, простые клапаны для бытового использования стоят намного меньших денег, чем профессиональные устройства.

Также их стоимость зависит от сферы применения, самыми дорогими являются клапаны для газового оборудования, самые дешевые – образцы для систем водоснабжения.

Так, средняя цена на огнезадерживающий клапан из качественной нержавеющей стали в диаметре 200 мм, составляет около 120 долларов. Регулирующий клапан с пневмоприводом для водопровода обойдется вам минимум в 35-40 долларов.

По поводу высококачественных комплектующих: цены на электропривод клапана Belimo начинаются от 70 долларов за стартовые модели для регулирующей арматуры, а технически продвинутый привод для вентиляции, с широким функционалом стоит, по меньшей мере, 100 долларов.

Ссылка на основную публикацию