Исполнительные механизмы. ИМ,РО. Лекция 5760 монтаж исполнительных механизмов и регулирующих органов трубопроводная арматура
 Скачать 2.7 Mb.
|
|
ЛЕКЦИЯ №57-60 МОНТАЖ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ И РЕГУЛИРУЮЩИХ ОРГАНОВ Трубопроводная арматура Трубопроводная арматура - устройства, устанавливаемые на трубопроводах, агрегатах, сосудах и предназначенное для управления (отключения, распределения, регулирования, сброса, смешивания, фазоразделения) потоками рабочих сред (жидкой, газообразной, газожидкостной, порошкообразной, суспензии и т.п.) путем изменения площади проходного сечения. 1.1 Основные типы трубопроводной арматуры 1.1.1 Задвижка - тип запорной арматуры, у которой запирающий или регулирующий элемент перемещается перпендикулярно оси потока рабочей среды.   Рис.1. - Внешний вид задвижки Управление задвижкой может осуществляться с помощью штурвала (вручную), электропривода, пневмопривода или гидропривода. Задвижки, как правило, не предназначены для регулирования расхода среды, они используются преимущественно в качестве запорной арматуры - запирающий элемент в процессе эксплуатации находится в крайних положениях «открыто» или «закрыто». Задвижки обычно изготовляются полнопроходными, т.е. диаметры отверстий в присоединительных патрубках не сужаются. Основным преимуществом задвижек являются сравнительная простота конструкции и малое гидравлическое сопротивление. Это делает их особенно ценными для использования в магистральных трубопроводах, для которых характерно постоянное высокоскоростное движение среды. Шиберная задвижка.  Рис.2 – Внешний вид шиберной задвижки Шиберная задвижка может отличаться от обычной задвижки исполнением запорного элемента. В шиберной задвижке используется металлический клин, способный разрезать включения в жидкости протекающей внутри тела задвижки. Отсюда вытекает и применение этого типа задвижек: фекальные стоки, целлюлозно-бумажные и др. 1.1.3. Клиновая литая задвижка - запорный элемент, устанавливаемый на сетях трубопроводов для запирания движения среды. Для различных типов сред применяют различные задвижки. Стандартная задвижка имеет литой корпус из чугуна, вращающийся шпиндель, соединенный с клином - запирающим элементом. 1.1.4. Штампосварная задвижка. Задвижки клиновые штампосварные применяются в качестве запорного устройства на трубопроводах, транспортирующих жидкие и газообразные среды, нейтральные по отношению к материалу основных деталей изделия. Корпусные детали задвижек (корпус, крышка) получены сваркой отдельных деталей, изготовлены из листовой углеродистой или коррозионностойкой стали. 1.1.5. Клапан (вентиль) - тип арматуры, у которой запирающий или регулирующий элемент перемещается параллельно оси потока рабочей среды. - Клапан устанавливается на трубопроводе или сосуде и предназначен для открытия или закрытия при наступлении определённых условий (повышении давления в сосуде, изменении направления тока среды в трубопроводе). Клапаны имеют большое число конструктивных разновидностей. Клапаны могут быть односедельными и двухседельными, последние применяются обычно только как распределительные и регулирующие. В зависимости от направления потока через арматуру клапаны подразделяются на проходные, прямоточные и угловые. В проходных клапанах рабочая среда на выходе из корпуса имеет то же направление, что и на входе. Прямоточные клапаны — проходные со спрямлённой линией движения потока. Они имеют меньшее гидравлическое сопротивление по сравнению с проходными. В угловых клапанах направление потока среды на выходе перпендикулярно к направлению потока на входе. - Запорный клапан - предназначен для полного перекрытия потока рабочей среды в трубопроводе и пуска среды в зависимости от требований технологического процесса, обслуживаемого данным трубопроводом, обеспечивая герметичность, как в затворе, так и по отношению к внешней среде.  Рис. 3 – Внешний вид запорного клапана - Обратный клапан - клапан, устанавливаемый на трубопроводе для исключения движения потока жидкости или газа в обратном, нормальному направлении, при отключении насоса или обрыва, или течи из трубопровода.   Рис.4 – Внешний вид обратного клапана Обратные клапаны широко применяются при монтаже различных трубопроводов, например в коммунальном хозяйстве. Обратные клапаны подразделяют на подъемные и поворотные. Подъемные обратные клапаны имеют диск, совершающий возвратно-поступательное движение. Поворотные обратные клапаны имеют затвор, поворачивающийся вокруг горизонтальной оси, расположенной выше центра седла клапана. Поворотные обратные клапаны могут быть одно- и многодисковыми. Обратные клапаны, имеющие сетку и предназначенные для установки в начале всасывающего трубопровода, называются приемными клапанами. 1.1.6 Регулирующий клапан - клапан, устанавливаемый на трубопроводе предназначенный для регулирования расхода среды в трубе. Как правило, с электроприводом Управляется такой клапан регулятором или промышленным микроконтроллером, для которого является исполнительным механизмом. Регулирующие клапаны, как правило, не предназначены для герметичного разделения участков трубопровода, для этого применяются задвижки с ручным или электрифицированным приводом. Регулирующие клапаны используются для поддержания давления, уровня, температуры, концентрации путём регулирования расхода среды.  Рис. 5 – Конструкция регулирующего клапана с электроприводном 1.1.7 Предохранительный клапан - деталь механизма, предназначенная для защиты от механического разрушения сосудов и трубопроводов с избыточным давлением, путем автоматического выпуска избытка жидкой, пара - газообразной среды из систем и сосудов с избыточным давлением при чрезмерном повышении давления.   Рис. 6 – Внешний вид предохранительного клапана 1.1.8 Кран - тип арматуры, у которой запирающий или регулирующий элемент, имеющий форму тела вращения или его части, поворачивается вокруг собственной оси, произвольно расположенной по отношению к направлению потока рабочей среды.  Рис.7 – Внешний вид шарового крана Краны могут представлять собой запорные, регулирующие или распределительные устройства, и предназначены для работы газообразными и жидкими (в том числе вязкими) средами. Существуют также конструктивные решения для сыпучих материалов. Основными деталями крана являются корпус и пробка (затвор) в виде конуса, цилиндра или шара. Для прохода среды в затворе предусмотрены сквозное отверстие. Управление краном осуществляется путём поворота пробки. При повороте на 90° осуществляется полное перекрытие хода среды, при повороте на меньшие углы - частичное, что позволяет применять кран в качестве регулирующего устройства. Краны изготавливаются из бронзы, латуни, чугуна, стали (для агрессивных сред - из фарфора, пластмасс и т. п.). 1.1.9 Дисковый затвор (заслонка, поворотный затвор, герметический клапан, гермоклапан) - тип арматуры, в котором запирающий или регулирующий элемент имеет форму диска, поворачивающегося вокруг оси, перпендикулярной или расположенной под углом к направлению потока рабочей среды.  Рисунок 8 – Конструкция дискового затвора: 1- корпус, 2 - диск, 3- эластичное седло, 4 – шток, 5 – герметизация, 6 – центрирующие проушины, 7 – горловина, 8 – манжета, 9 –втулка, 10 – узел фиксации штока, 11- фланец привода. 1.1.10 Конденсатоотводчик позволяет автоматически отделять конденсат от пароводяной эмульсии и выводить его из системы Конденсат может появляться в результате потери паром тепла в теплообменниках и при прогреве трубопроводов и установок, когда часть пара превращается в воду. Наличие конденсата в паровых системах приводит к гидроударам, снижению тепловой мощности и ухудшению качества пара. Конденсатоотводчик должен выпускать воду и задерживать пар, что осуществляется с помощью гидравлического или механического затвора. Конденсатоотводчики можно разделить на три группы: механические, термостатические и термодинамические.  Рис. 9 – Конструкция конденсатоотводчика 1.1.11 Фланец - обычно плоское кольцо или диск с равномерно расположенными отверстиями для болтов и шпилек, служащие для прочного и герметичного соединения труб и трубопроводной арматуры, присоединения их к машинам, аппаратам и ёмкостям, для соединения валов и других вращающихся деталей (фланцевое соединение). Фланцы используют попарно (комплектом).  Рис. 10 – Внешний вид фланца Фланцы различаются по размерам (бывают плоские и воротниковые фланцы), способу крепления и форме уплотнительной поверхности. Фланцы могут быть элементами трубы, фитинга, вала, корпусной детали и т.п. Фланцы в виде отдельных деталей чаще всего приваривают или привинчивают к концам соединяемых деталей. Форма уплотнительной поверхности фланца в трубопроводах зависит от давления среды, профиля и материала прокладки. Гладкие уплотнительные поверхности с прокладками из картона, резины и паронита применяются при давлениях до 40 бар, поверхности с выступом на одном фланце и впадиной на другом с асбометаллическими и паронитовыми прокладками — при давлениях 200 бар, фланец с конической уплотнительной поверхностью — при давлениях выше 64 бар Типы исполнительных устройств Исполнительное устройство - устройство системы автоматического управления или регулирования, воздействующее на процесс в соответствии с получаемой командной информацией. Состоит из двух функциональных блоков: исполнительного механизма и регулирующего органа Для автоматического регулирования промышленных систем используются электрические, пневматические и гидравлические исполнительные механизмы. Они относятся к важному классу вспомогательного промышленного оборудования контрольно-измерительных приборов и автоматики. Их работа заключается в том, чтобы перемещать различные рабочие органы исполнительного оборудования при помощи электрической энергии. Чаще всего такие механизмы устанавливаются для перемещения запорно-регулирующей арматуры, различных задвижек, клапанов и отсекателей. 2.1 Электрические исполнительные механизмы Устанавливаются электрические исполнительные механизмы на всех промышленных предприятиях, где используется автоматическое регулирование технологических процессов. Разделяются электрические исполнительные механизмы на: - МЭО (механизм электрический однооборотный); - МЭОФ (механизм электрический однооборотный фланцевый); - МЭМ (механизм электрический многооборотный); - МЭП (механизм электрический прямоходный). МЭО устанавливают на трубопроводную арматуру. После поступления сигнала механизмы МЭО начинают вращение, и происходит открытие или закрытие арматуры. Управлять МЭО можно дистанционно, вручную и при помощи автоматических команд. МЭО устанавливается отдельно от основного механизма и соединяется с трубопроводной арматурой при помощи системы рычагов и тяг. Так как вращение выходного элемента возможно только до 360 градусов, то МЭО обычно управляет такими механизмами, как шаровый кран или поворотный дисковый затвор.  Рис. 11 – Конструкция МЭО: 1 – двигатель, 2 – силовое устройство, 3 - редуктор, 4- крепление к арматуре, 5 – ручной дублер, 6 – указатель положения, 7 – электрические подсоединения, – подключение промышленной сети МЭОФ устанавливаются на те органы арматуры, которые имеют неполноприводный механизм действия. Устанавливать механизмы МЭОФ можно непосредственно на арматуру, осуществив монтажные работы. В этом случае речь идет о встроенном способе установки. Как и МЭО, этот электрический исполнительный механизм приводит в движение краны пробковые и шаровые, заслонки и затворы.  Рис. 12 – Внешний вид МЭОФ с регулирующим клапаном МЭМ имеет амплитуду вращения выходного элемента больше, чем 360 градусов. Это дает механизму возможность совершать несколько оборотов и приводить в движение шиберные и клиновые задвижки. При поступлении сигнала МЭМ осуществляет перемещение запорных органов арматуры. Устанавливается механизм на арматуру, соединяясь через отверстие выходного вала. МЭП отличается от всех предыдущих механизмов тем, что он создает не вращательное движение, а поступательное. Происходит это путем превращения вращательного момента двигателя в движение, которое осуществляет шток. Это позволяет приводить в движение клапан или цилиндр основного механизма. Так же, как и остальные механизмы, МЭП управляется контактным способом и дистанционно. Его установка осуществляется непосредственно на трубопроводную арматуру при помощи соединения штока муфтой. МЭП может заменять пневматические и гидравлические цилиндры.  Рис. 13 – Внешний вид МЭП Сегодня выпускаются многочисленные модели МЭО, МЭОФ, МЭМ и МЭП. Отличаются они параметрами установки, техническими характеристиками, назначением. В число основных отличий входят способ установки, значение вращения выходного вала, мощность, масса, возможность применения во взрывоопасных помещениях, защита от воздействий окружающей среды и другие. Кроме этого, различаются электрические исполнительные механизмы по типу двигателя, редуктора, тормоза и других составляющих. Многие из производимых механизмов предназначены для работы в экстремальных условиях: высокая температура воздуха, превышение нормы содержания пыли в воздухе, сильная вибрация, повышенная взрывоопасность. Чтобы определить, какой именно тип механизма подходит для того или иного промышленного оборудования, следует внимательно изучить его технические характеристики. Широкое применение электропривода для управления арматурой объясняется рядом его достоинств и преимуществ по сравнению с другими видами приводов: 1. Возможность централизованного управления различными видами трубопроводной арматуры. 2. Доступность энергоресурса для подключения электропривода (электрические сети являются основной инженерной коммуникацией любого помещения, тем более производственного). 3. Монтаж электропривода и схемы его управления не требует сложных электрических соединений. 4. Предназначается для управления запорной арматурой любого диаметрального сечения (от самых малых диаметров до максимальных). 5. Отличительной особенностью электропривода является возможность его удаленного размещения от управляемого участка по сравнению с другими типами (ни один из других типов приводов не может быть размещен на расстоянии от объекта управления). 6. Имеет возможность демонтирования с объекта и проверки работоспособности без риска изменения рабочего положения в самопроизвольном режиме. 7. Возможен процесс автоматизации запорной арматуры с ручным управлением непосредственно на месте в процессе эксплуатации последней (не требуя адаптации). 8. Не подвержен засорению, обмерзанию и другим недостаткам иных типов приводов. Тем не менее, при всех преимуществах электроприводов, существуют и недостатки, а также противопоказания к их использованию на запорной арматуре: 1. Элементы электропривода подвержены большему износу, чем элементы других типов привода. 2. Контакты электропривода генерируют радиопомехи. 3. Червячная пара имеет ограниченный ресурс (всего несколько десятков тысяч циклов). 4. Не рекомендуют устанавливать электроприводы на арматуру отсечного типа (быстрого действия). 5. Не рекомендуют устанавливать электроприводы на трубопроводы для транспортировки взрывоопасных веществ. 6. Нецелесообразно применение электропривода в случаях, когда его питание должно осуществляться от автономного источника энергии (наиболее целесообразная форма хранения энергии - сжатый воздух). 7. Нельзя использовать электропривод, если по условиям эксплуатации требуется, чтобы при отсутствии энергии рабочий орган управляемой арматуры принял одно из крайних положений. 2.2 Гидравлические исполнительные механизмы Гидроприводом - совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости, находящейся под давлением, с одновременным выполнением функций регулирования и реверсирования скорости движения выходного звена гидродвигателя. По характеру движения выходного звена гидродвигатели деляться на: - гидропривод вращательного движения, когда в качестве гидродвигателя применяется гидромотор, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает неограниченное вращательное движение; - гидропривод поступательного движения, у которого в качестве гидродвигателя применяется гидроцилиндр - двигатель с возвратно- поступательным движением ведомого звена (штока поршня, плунжера или корпуса); - гидропривод поворотного движения, когда в качестве гидродвигателя применен поворотный гидроцилиндр, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает возвратно-поворотное движение на угол, меньший 360 .  Рис. 14 – Гидропривод поступательного действия Широкое распространение гидропривода объясняется тем, что этот привод обладает рядом преимуществ перед другими видами приводов машин: 1. Бесступенчатое регулирование скорости движения выходного звена гидропередачи и обеспечение малых устойчивых скоростей. Минимальная угловая скорость вращения вала гидромотора может составлять 2…3 об/мин. 2. Небольшие габариты и масса. Время разгона, благодаря меньшему моменту инерции вращающихся частей не превышает долей секунды в отличие от электродвигателей, у которых время разгона может составлять несколько секунд. 3. Частое реверсирование движения выходного звена гидропередачи. Например, частота реверсирования вала гидромотора может быть доведена до 500, а штока поршня гидроцилиндра даже до 1000 реверсов в минуту. В этом отношении гидропривод уступает лишь пневматическим инструментам, у которых число реверсов может достигать 1500 в минуту. 4. Большое быстродействие и наибольшая механическая и скоростная жесткость. Механическая жесткость - величина относительного позиционного изменения положения выходного звена под воздействием изменяющейся внешней нагрузки. Скоростная жесткость – относительное изменение скорости выходного звена при изменении приложенной к нему нагрузки. 5. Автоматическая защита гидросистем от вредного воздействия перегрузок благодаря наличию предохранительных клапанов. 6. Хорошие условия смазки трущихся деталей и элементов гидроаппаратов, что обеспечивает их надежность и долговечность. Так, например, при правильной эксплуатации насосов и гидромоторов срок их службы доведен в настоящее время до 5…10 тыс. ч работы под нагрузкой. Гидроаппаратура может не ремонтироваться в течение долгого времени (до 10…15 лет). 7. Простота преобразования вращательного движения в возвратно- поступательное и возвратно-поворотные без применения каких-либо механических передач, подверженных износу. Гидроприводу присущи и недостатки, которые ограничивают его применение: 1. Изменение вязкости применяемых жидкостей от температуры, что приводит к изменению рабочих характеристик гидропривода и создает дополнительные трудности при эксплуатации гидроприводов (особенно при отрицательных температурах). 2. Утечки жидкости из гидросистем, которые снижают КПД привода, вызывают неравномерность движения выходногозвена гидропередачи, затрудняют достижение устойчивой скорости движения рабочего органа при малых скоростях. 3. Необходимость изготовления многих элементов гидропривода по высокому классу точности для достижения малых зазоров между подвижными и неподвижными деталями, что усложняет конструкцию и повышает стоимость их изготовления. 4. Взрыво- и огнеопасность применяемых минеральных рабочих жидкостей. 5. Невозможность передачи энергии на большие расстояния из-за больших потерь на преодоление гидравлических сопротивлений и резкое снижение при этом КПД гидросистемы. 2.3 Пневматические исполнительные механизмы Пневмоприводы - устройства, предназначенные для приведения в движение машин и механизмов посредством пневматической энергии. Основное назначение пневмоприводов - преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок). Подразделяются на: 1. Мембранный исполнительный механизм - перемещение выходного штока в одном направлении создается давлением сжатого воздуха в мембранной полости, а в другом - силой сжатой пружины, эти механизмы носят название пружинных мембранных исполнительных механизмов. Эти механизмы содержат выходной штока с возвратно-поступательным движением, как правило, конструктивно связанный с регулирующими органами. В зависимости от направления движения штока при повышении давления воздуха в мембранной полости различают механизмы прямого и обратного действия. 2. Поршневые исполнительные механизмы - перемещающее выходной шток усилие создается давлением рабочей среды в поршневых полостях. По сравнению с мембранными они имеют большую величину перемещения выходного штока.  Рис. 14 – Конструкция пневматического привода Rotork RC200 Достоинства пневмопривода: 1. В отличие от гидропривода - отсутствие необходимости возвращать рабочее тело (воздух) назад к компрессору. 2. Меньший вес рабочего тела по сравнению с гидроприводом. 3. Меньший вес исполнительных устройств по сравнению с электрическими. 4. Возможность упростить систему за счет использования в качестве источника энергии баллона со сжатым газом. 5. Простота и экономичность, обусловленные дешевизной рабочего газа. 6. Быстрота срабатывания и большие частоты вращения пневмомоторов (до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту). 7. Пожаробезопасность и нейтральность рабочей среды, обеспечивающая возможность применения пневмопривода в шахтах и на химических производствах. 8. В сравнении с гидроприводом - способность передавать пневматическую энергию на большие расстояния (до нескольких километров). 9. В отличие от гидропривода, пневмопривод менее чувствителен к изменению температуры окружающей среды вследствие меньшей зависимости КПД от утечек рабочей среды (рабочего газа), поэтому изменение зазоров между деталями пневмооборудования и вязкости рабочей среды не оказывают серьёзного влияния на рабочие параметры пневмопривода; это делает пневмопривод удобным для использования в горячих цехах металлургических предприятий. Недостатки пневмопривода: 1. Возможность обмерзания пневмосистем. 2. Конденсация водяных паров из рабочего газа, и в связи с этим необходимость его осушения. 3. Высокая стоимость пневматической энергии по сравнению с электрической (примерно в 3-4 раза), что важно, например, при использовании пневмопривода в шахтах. 4. Более низкий КПД, чем у гидропривода. 5. Низкие точность срабатывания и плавность хода. 6. Для регулирования величины поворота штока привода необходимо использование дорогостоящих устройств - позиционеров. Все виды исполнительных механизмов комплектуются различными датчиками, которые позволяют контролировать рабочий процесс оборудования. Это может быть датчик положения выходного элемента, датчик сигнализации, датчик включения оборудования. Современные производители выпускают интеллектуальные исполнительные механизмы. Это значит, что они содержат электронные системы управления и контроля состояния самого устройства, а также процесса его работы. Именно такие механизмы позволяют осуществлять управление технологическими процессами на более высоком уровне. С помощью интеллектуальных устройств возможно дистанционное управление, сбор данных и хранение информации о работе механизма, блокировка устройства и установка сигнализации. Домашнее задание: Составить краткий опорный конспект Ответить на тестовые вопросы Для вариантов с 1 по 10 написать доклад или составить презентацию на тему «Монтаж гидпроприводов» Для вариантов со 2 по 20 написать доклад или составить презентацию на тему «Монтаж пневмоприводов» ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ К ЛЕКЦИИ 1. Трубопроводная арматура предназначена для:
2. У задвижка запирающий элемент двигается:
3. Управление запорной арматурой можно осуществлять:
4. Задвижки используют в качестве регулирования расхода среды:
5. Для защиты от механического разрушения сосудов и трубопроводов следует применять:
6. Для какой из арматур характерен регулирующий элемент, который имеет форму вращения и поворачивается вокруг собственной оси:
7. Поставьте в соответствие:
8. Можно ли самостоятельно управлять МЭО, при помощи маховика или штурвала:
9. Пневмопривод работает посредством энергии:
10. Пневмопривод работает посредством энергии:
|