В качестве важного исполнительного компонента промышленной автоматизированной системы управления клапан в основном делится на две категории: электрический и пневматический. С повышением уровня промышленной автоматизации технология привода клапанов продолжает развиваться, электрические и пневматические клапаны имеют свои преимущества и ограничения, широко используются в нефтехимической промышленности, электричестве, пищевой медицине и обработке воды и многих других областях. Эта статья будет систематически изучать технические характеристики двух типов клапанов из основных определений, принципов работы, преимуществ и недостатков производительности, типичных приложений и предложений по выбору, чтобы помочь пользователям отрасли достичь научного отбора и эффективного управления.

Основная конструкция и рабочий механизм электрических и пневматических клапанов

Электрический клапан использует двигатель в качестве силового ядра и обычно оснащен редуктором (коробка передач, червячный червяк) для преобразования высокоскоростного вращения двигателя в вращение или линейное движение клапана. Тип приводного двигателя включает шаговый двигатель, сервомотор и асинхронный двигатель, мощность двигателя в соответствии с калибром клапана и уровнем давления. Электрические клапаны интегрируются в интеллектуальные модули управления (PLC, преобразователи частоты), которые обеспечивают дистанционное автоматическое управление с помощью 4 - 20 мА или цифровых сигналов и имеют обратную связь местоположения (кодер, потенциометр) для достижения регулирования замкнутого цикла.

Пневматический клапан управляется сжатым воздухом, ядром является цилиндр с одним или двойным действием, а возвратно - поступательное движение поршня приводит к открытию и закрытию сердечника клапана. Его блок обработки источника газа включает в себя воздушный фильтр, редукционный клапан и масляный туман для обеспечения чистоты и стабильности источника газа. Пневматические клапаны оснащены электромагнитными клапанами, локаторами и ограничительными переключателями и другими устройствами управления, поддерживающими быструю реакцию и обратную связь состояния для удовлетворения потребностей стабильной работы в суровых условиях.

Преимущества и недостатки электрических клапанов

Электрический клапан известен высокой точностью регулирования, точность регулирования до 0,1% - 1%, подходит для химических реакторов и других тонких сценариев управления потоком; Интеллектуальная интеграционная способность, бесшовный доступ к DCS и PLC для удаленного мониторинга и диагностики неисправностей. Электрические клапаны обладают высокой выходной способностью к крутящему моменту, могут приводить в движение крупнокалиберные клапаны (например, клапан - бабочка DN1200 с двигателем мощностью 15 кВт) и работают с шумом ниже 60 дБ, что подходит для случаев, чувствительных к шуму окружающей среды. Кроме того, электрические клапаны имеют гибкое питание и подходят для районов без источников газа.

Тем не менее, электрические клапаны имеют такие недостатки, как высокая стоимость конструкции взрывозащищенности, большой ток запуска и сложность обслуживания. При отключении электросети невозможно действовать автоматически, необходимо настроить аварийное ручное устройство или UPS для обеспечения безопасности. Условия с высокой влажностью окружающей среды или большим количеством пыли увеличивают сложность обслуживания. Проблема затвердевания моторных масел в условиях низких температур также ограничивает сферу их применения.

Преимущества и недостатки пневматических клапанов

Пневматические клапаны имеют существенные преимущества безопасности, не производят электрическую искру, подходят для легковоспламеняющейся и взрывоопасной среды, не требуют дополнительных мер защиты от взрыва. Его скорость действия, время отклика цилиндра до 0,1 - 0,5 секунды, цилиндр с одним действием может быть сброшен пружиной, для достижения автоматического выключения неисправности. Пневматический клапан имеет простую конструкцию, сильную коррозионную стойкость, адаптируется к высокотемпературной и влажной среде и солевому туману, стоимость обслуживания низкая и длительный цикл. Что касается энергопотребления, пневматический клапан потребляет сжатый воздух только при действии, энергосберегая и эффективная.

Тем не менее, пневматические клапаны сильно зависят от источника газа, необходимо настроить систему сжатого воздуха, первоначальные инвестиции и эксплуатационные расходы выше. Точность регулирования ограничена колебаниями давления источника газа, трудно удовлетворить требованиям высокоточного управления. Цилиндр клапана большого калибра огромен и неудобен для установки и обслуживания. При движении возникает больший шум (80 - 90 дБ), а проблема обледенения газовых путей в условиях низких температур решается с помощью холодильно - сушильного оборудования.

IV. Сравнение типичных отраслевых приложений

В нефтехимической области электрические клапаны обычно используются для дистанционного отключения резервуара и точного регулирования температурного потока, а пневматические клапаны используются для высокотемпературных клапанов - бабочек дымовых газов и аварийных отсечных клапанов. Энергетическая промышленность использует электрические клапаны для привода крупнокалиберного основного регулирующего клапана паровой трубы и ядерного предохранительного клапана, в то время как пневматические клапаны в основном используются в быстрых затворах гидроэлектростанции и коррозионно - стойких суспензионных клапанах. Потребности пищевой и фармацевтической промышленности в высокоточном позиционировании электрических клапанов и низкой скорости утечки заметны, в то время как пневматические клапаны с преимуществами быстрого открытия и закрытия и конструкцией без мертвого угла обеспечивают гигиену и безопасность продукции. Промышленность очистки воды гибко выбирает оба в соответствии с условиями работы, такими как электрический привод больших задвижек, обратный промывочный клапан с пневматическим приводом.

Принципы отбора и будущие тенденции

Выбор типа должен основываться на безопасности в качестве основного принципа, легковоспламеняющихся и взрывоопасных случаях приоритета пневматических клапанов, высокоточного управления расходом предпочтительного электрического клапана. В случае высокого давления большого калибра рекомендуется электрический клапан, предпочтительный электрический вариант в отдаленной зоне без источника газа. Что касается технологического развития, то электрический клапан модернизируется в направлении интеллектуальной интеграции и интеграции Интернета вещей для достижения точной настройки и дистанционной диагностики неисправностей; Пневматические клапаны фокусируются на энергосбережении и снижении потребления и разработке новых высокоэффективных цилиндров. Смешанный приводной клапан сочетает в себе электрические и пневматические преимущества для повышения гибкости и безопасности системы.

Технологии электрических и пневматических клапанов имеют свои сильные и слабые стороны, пользователи должны сочетать технологические потребности, нормы безопасности и всестороннюю оценку экономических затрат. С развитием Индустрии 4.0 и интеллектуального производства они будут продолжать развиваться в направлении интеллекта и энергосбережения, постоянно повышать уровень автоматизации и надежности безопасности в индустрии процессов, обеспечивая прочную поддержку для современного промышленного производства.