15 июня 2015 Преимущества пневмоприводов

 

Введение

В последние годы в связи с появлением и развитием все более надежных и энергоэффективных источников сжатого воздуха, четвертьоборотные и линейные пневматические приводы находят на промышленных предприятиях все более широкое применение в качестве элементов управления запорной арматурой, заменяя в ряде случаев традиционно используемые четвертьоборотные и многооборотные электроприводы. Однако, не все отличительные особенности пневмоприводов перед электрическими аналогами лежат на поверхности и не всегда учитываются при принятии решения о принципиальной замене электроуправления на пневматическое. Целью данной статьи является дать детальное описание целого ряда преимуществ управляющих приводов, работающих от сжатого воздуха. В качестве объектов сравнения используются характеристики четвертьоборотных пневмоприводов Valbia итальянского производства, предлагаемые к поставке нашей компанией и усредненные характеристики промышленных электроприводов французского, немецкого и английского производства, наиболее востребованных на российском рынке.

 

Стоимость

Вполне естественно, что один из основных факторов, интересующих специалистов любого предприятия при реализации любого проекта – это цена приобретаемого оборудования. В таблице №1 приведена сравнительная стоимость в условных единицах пневмоприводов двойного действия с  элементами управления в виде пневмораспределителя, датчиками обратной связи, ручным дублированием в виде редуктора и соответствующих им по крутящему моменту электроприводов с той же комплектацией.

 

Таблица №1

Крутящий момент, Нм

Пневмопривод

Электропривод

Цена в условных единицах

9-22

330

980

22-39

344

980

39-72

380

980 – 1300

72-105

394

1300

105-160

432

1300 – 1400

160-270

486

1400

270-350

620

1400 – 1800

350-490

750

1800

490-680

1033

1800 – 2000

680-940

1089

2000

940-1270

1470

2000

1270-2100

2070

2400 – 2500

2100-3100

2700

2900

3100-5500

6425

4500

 

Как можно видеть, электропривод выигрывает в стоимости только при крутящем моменте в свыше 3100 Нм. В остальных же случаях, особенно при небольших крутящих моментах, разница в стоимости значительная.

 

Так же стоит отметить что цифры, приведенные в таблице №1 могут меняться в зависимости от температурного исполнения пневмоприводов и электроприводов, наличия взрывозащиты, а так же ряда других опций. В этом случае ценовые значения будут выше, при этом разница в стоимости еще больше вырастет.

 

Следует учитывать тот факт, что конструкция электроприводов изначально подразумевает обязательное наличие таких опций как датчики обратной связи и ручной дублер как минимум. В случае применения пневмопривода, если наличие каких-либо дополнительных аксессуаров и навесного оборудования не требуется, их нет необходимости заказывать и, соответственно, не нужно переплачивать за неиспользуемые функции. Если же в процессе работы требуется оснастить пневматический привод какими-либо дополнительными устройствами (ручной дублер, датчики положения, устройства подготовки сжатого воздуха, электропневматический или пневматический позиционер и т.д.), это можно оперативно сделать силами специалистов предприятия, без применения специальных инструментов. Большую часть таких операций можно провести без демонтажа пневмопривода.

 

Стоимость обслуживания

Конструкция четвертьоборотного пневмопривода Valbia чрезвычайна проста и надежна, не нуждается в постоянном обслуживании, как и большинство современных промышленных электроприводов. Однако, ни одно устройство не может работать вечно и требует периодической замены изношенных деталей. В пневмоприводе это комплект резинотехнических изделий. Стоимость такого комплекта как правило не превышает 10% от стоимости готового изделия, а процесс замены чрезвычайно прост и не требует каких-либо специальных знаний, квалификации и инструментов.

 

Диапазон крутящих моментов

Большинство современных четвертьоборотных  электроприводов имеют возможность работы с довольно широким диапазоном крутяших моментов, однако основным показателем при подборе электропривода является рабочий крутящий момент, который невозможно регулировать. На четвертьоборотных пневмоприводах регулировка крутящего момента на выходном валу осуществляется всего лишь повышением или понижением давления управления.  Таким образом, если пневмопривод для управления запорной арматурой подбирается с запасом по крутящему моменту и есть риск повреждения приводного вала изделия в случае заклинивания, можно очень плавно уменьшить крутящий момент при помощи регулятора давления (см. пневмосхему на рис. 1), а если необходимо, то снизить его до нулевого значения.

 

Рисунок №1. Пневмосхема регулировки крутящего момента пневмопривода

Пневмосхема регулировки крутящего момента пневмопривода

 

Надежность

Так же как и электроприводы, пневмоприводы Valbia чрезвычайно надежные, при их производстве осуществляется как промежуточный, так и 100% выходной контроль, так что риск внезапной поломки как одних так и других изделий крайне мал. Дополнительным подтверждением надежности является наличия сертификата SIL2, SIL3.

 

Наработка на отказ

В таблице №2 приведены значения количества циклов пневматических и электроприводов, которые данные изделия гарантировано обеспечивают при условии соблюдения всех правил эксплуатации.

 

Таблица №2

Крутящий момент, Нм

Пневмопривод

Электропривод

Количество циклов открыто – закрыто - открыто

9-22

500000

25000 - 70000

22-39

500000

25000 - 70000

39-72

500000

25000 - 70000

72-105

500000

125000 - 70000

105-160

450000

25000 - 70000

160-270

420000

25000 - 70000

270-350

420000

15000 - 30000

350-490

370000

15000 - 30000

490-680

300000

15000 - 30000

680-940

250000

15000 - 30000

940-1270

200000

15000 - 30000

1270-2100

100000

10000 - 20000

2100-3100

100000

10000 - 20000

3100-5500

100000

10000 - 20000

 

 

Как можно видеть, одинаковые по своим характеристикам изделия, имеют очень большую разницу в сроке службы.

 

Компактность

Поворотные пневмоприводы имеют значительно более компактную конструкцию, чем электроприводы, даже если использовать пневмопривод с полной обвязкой в виде датчиков положения, ручного дублера, фильтра-регулятора и т.д. Это преимущество существенно расширяет возможности установки запорной арматуры в местах, где есть ограничение по габаритам.

 

Вес

При монтаже на трубопроводы, вес запорной арматуры играет важную роль. При большом весе запорной арматуры зачастую приходится усиливать трубопровод, ставить дополнительные опоры и крепления, что бы нивелировать нагрузку на трубопровод от веса клапанов и задвижек. При монтаже, особенно на большой высоте приходится применять специальные подъемные инструменты, изготавливать и монтировать оснастку для надежного и безопасного монтажа.  Данные работы приводят к удорожанию монтажа трубопроводов и клапанов, затрудняют демонтаж в случае ремонта или замены.  Пневмоприводы, применяемые для автоматического управления запорной арматурой, имеют значительно меньший вес (см. таблицу №3) в диапазоне крутящих моментов от 0 до 1000 Нм,  чем электроприводы и в ряде случаев позволяют избежать дополнительных расходов, связанных с монтажными работами.

 

Таблица №3

Крутящий момент, Нм

Пневмопривод

Электропривод

Вес, кг

9-22

1,30

10 - 15

22-39

1,97

10 - 15

39-72

3,39

10 - 15

72-105

4,80

15 - 30

105-160

7,00

15 - 30

160-270

11,45

15 - 30

270-350

14,08

20 - 32

350-490

21,80

20 - 32

490-680

29,50

30 - 45

680-940

39,90

30 - 45

940-1270

55,00

45 - 60

1270-2100

71,00

45 - 60

2100-3100

100,27

65 - 80

3100-5500

209,00

80 - 105

 

 

Регулировка скорости поворота.

Конструкция многих (но не всех) электроприводов предусматривает возможность регулировки скорости срабатывания, что является важным моментом при управлении запорной арматурой. В частности, увеличение скорости срабатывания, позволяет избежать или минимизировать возникновение гидроударов, уменьшение скорости срабатывания позволяет повысить точность дозирования жидкости или газа, проходящего через трубопровод или уменьшить скорость реакции в случае команды на срабатывание, если этого требует технологический процесс. Пневмоприводы так же позволяют плавно регулировать и настраивать скорость срабатывания в случае использования дросселей, при помощи которых регулируется скорость истечения сжатого воздуха из пневмопривода и соответственно время срабатывания. При этом, диапазон, в котором можно настраивать пневмопривод Valbia, значительно больше, чем у электропривода и может варьироваться от долей секунды до сотен секунд. Пневмосхема пневмопривода  с регулировкой скорости работы изображена на рисунках 2 и 3.

 

Рисунок №2. Пневмосхема регулировки скорости работы пневмопривода двойного действия

Пневмосхема регулировки скорости работы пневмопривода двойного действия

 

 

Рисунок №3. Пневмосхема регулировки скорости работы пневмопривода одностороннего действия

Пневмосхема регулировки скорости работы пневмопривода одностороннего действия

 

 

Низкотемпературное и высокотемпературное исполнение

Очень часто бывает, что запорная арматура устанавливается  вне помещения и необходимо низкотемпературное исполнение управляющего привода. В случае с электроприводами, данная проблема решается либо установкой нагревательных элементов внутри корпуса, что требует постоянного расхода электроэнергии на нагрев элементов внутри корпуса привода, либо вся конструкция, включая электронику, изначально рассчитывается на применение в низких температурах, что негативно отражается на стоимости. В пневмоприводах решением служит использование низкотемпературных уплотнений и смазки. Такой привод может работать в условиях низких температур сколь угодно долго, не требуя при этом дополнительного расхода энергии.

 

Взрывозащита

Все пневмоприводы Valbia являются неэлектрическим оборудованием и по умолчанию производятся со степенью взрывозащиты по ATEX Ex || 2 G/D c T6. Таким образом они могут поставляться на потенциально взрывоопасные объекты не меняя при этом своей стоимости. Для обеспечения взрывозащиты электроприводу необходима взрывобезопасная оболочка, что увеличивает его стоимость. Кроме того, все навесное электрическое оборудование пневмопривода может поставляться не только с взрывозащищенной оболочкой, но и с искробезопасной цепью, чего электроприводы не имеют.

 

Пружинный возврат

Для того, что бы в случае аварийной ситуации, такой, как например отключение электропитания, сбой программы и т.д., пневмопривод автоматически вернул эапорный элемент управляемого клапана в закрытое или открытое положение, в зависимости от требований технологического процесса, необходимо всего лишь использовать пневмопривод с пружинным возвратом, что незначительно отражается на стоимости и габаритах изделия. Такое изделие обладает 100% надежностью. Для осуществления данной опции в электроприводе, необходимо устанавливать  внутри корпуса привода блок аккумуляторов. Данное решение так же крайне надежное, однако срок службы аккумуляторов намного меньше, чем пружины в пневматическом приводе.

 

Навесное оборудование

В зависимости от требований, пневмопривод возможно оснастить  практически неограниченным ассортиментом различных аксессуаров, таких как электромеханические, пневматические или индуктивные  датчики положения в общепромышленном, взрывозащищенном или искрозащищенном исполнении, пневматический или электропневматический позиционер в общепромышленном, взрывозащищенном или искрозащищенном исполнении, с HART протоколом, обратной связью и другими опциями, а так же ручной дублер, в том числе выполненный из нержавеющей стали, различные типы управляющих распределителей и т.д. При этом многие опции можно комбинировать получая сотни вариантов комплектаций. Электропривод же ограничен лишь небольшой линейкой дополнительных функций.

 

Выводы

Как следует из вышесказанного, пневмоприводы для автоматизации запорной арматуры имеют ряд функциональных преимуществ перед четвертьоборотными электроприводами. Единственное обязательное условие для установки пневматического привода – это наличие сжатого воздуха, который как правило есть на любом промышленном предприятии. Даже в случае его отсутствия, разница в стоимости на большинство типоразмеров, позволяет приобрести отдельный компрессор и при этом все равно получить экономическую выгоду.