Introduzione agli attuatori per valvole

Attuatori per valvole

Gli attuatori delle valvole vengono selezionati in base a una serie di fattori, tra cui la coppia necessaria per azionare la valvola e la necessità di attuazione automatica. I tipi di attuatori includono volantino manuale, leva manuale, motore elettrico, pneumatico, solenoide, pistone idraulico e autoazionato. Tutti gli attuatori, ad eccezione del volantino manuale e della leva, sono adattabili all'azionamento automatico.

Attuatori manuali, fissi e a martello
Gli attuatori manuali sono in grado di posizionare la valvola in qualsiasi posizione ma non consentono il funzionamento automatico. Il tipo più comune di attuatore meccanico è il volantino. Rientrano in questa tipologia i volantini fissati allo stelo, i volantini a martello, i volantini collegati allo stelo tramite ingranaggi.

Volantini fissati allo stelo
Come illustrato nell'immagine a destra i volantini fissati allo stelo forniscono solo il vantaggio meccanico della ruota. Quando queste valvole sono esposte a temperature di esercizio elevate, il grippaggio della valvola rende difficile il funzionamento.

Volantino del martello
Come illustrato nell'immagine, il volantino del martello si muove liberamente per una parte del suo giro e poi urta contro un'aletta su una ruota secondaria. La ruota secondaria è fissata allo stelo della valvola. Con questa disposizione, la valvola può essere chiusa per una chiusura ermetica o aperta se è bloccata.

Cambio ad azionamento manuale

Se è necessario un ulteriore vantaggio meccanico per una valvola ad azionamento manuale, il coperchio della valvola è dotato di teste ad ingranaggi ad azionamento manuale come illustrato nell'immagine. Una chiave speciale o un volantino collegato all'albero del pignone consente a una persona di azionare la valvola quando potrebbero essere necessarie due persone senza il vantaggio dell'ingranaggio. Poiché sono necessari diversi giri del pignone per produrre un giro dello stelo della valvola, il tempo di funzionamento delle valvole di grandi dimensioni è eccezionalmente lungo. L'uso di motori pneumatici portatili collegati all'albero del pignone riduce il tempo di funzionamento della valvola.

Cambio ad azionamento manuale

Se è necessario un ulteriore vantaggio meccanico per una valvola ad azionamento manuale, il coperchio della valvola è dotato di teste ad ingranaggi ad azionamento manuale come illustrato nell'immagine. Una chiave speciale o un volantino collegato all'albero del pignone consente a una persona di azionare la valvola quando potrebbero essere necessarie due persone senza il vantaggio dell'ingranaggio. Poiché sono necessari diversi giri del pignone per produrre un giro dello stelo della valvola, il tempo di funzionamento delle valvole di grandi dimensioni è eccezionalmente lungo. L'uso di motori pneumatici portatili collegati all'albero del pignone riduce il tempo di funzionamento della valvola.

Attuatori per motori elettrici

I motori elettrici consentono il funzionamento manuale, semiautomatico e automatico della valvola. I motori vengono utilizzati principalmente per le funzioni di apertura-chiusura, sebbene siano adattabili al posizionamento della valvola in qualsiasi punto di apertura, come illustrato nell'immagine seguente. Il motore è solitamente del tipo reversibile ad alta velocità collegato tramite un treno di ingranaggi per ridurre la velocità del motore e quindi aumentare la coppia allo stelo. La direzione di rotazione del motore determina la direzione del movimento del disco.
L'attuazione elettrica può essere semiautomatica, come quando il motore viene avviato da un sistema di controllo. Un volantino, agganciabile al rotismo, provvede all'azionamento manuale della valvola. Normalmente vengono forniti interruttori di finecorsa per arrestare automaticamente il motore nelle posizioni della valvola completamente aperta e completamente chiusa. Gli interruttori di finecorsa vengono azionati fisicamente dalla posizione della valvola o torsionalmente dalla coppia del motore.

Attuatori idraulici

Gli attuatori idraulici provvedono al posizionamento semiautomatico o automatico della valvola, simile agli attuatori pneumatici. Questi attuatori utilizzano un pistone per convertire la pressione del segnale in movimento dello stelo della valvola. Il fluido idraulico viene alimentato su entrambi i lati del pistone mentre l'altro lato viene scaricato o spurgato. Come fluido idraulico viene utilizzato acqua o olio. Le elettrovalvole vengono generalmente utilizzate per il controllo automatico del fluido idraulico per dirigere l'apertura o la chiusura della valvola. Le valvole manuali possono essere utilizzate anche per il controllo del fluido idraulico; fornendo così un funzionamento semiautomatico.

Valvole autoazionate

Le valvole autoazionate utilizzano il fluido del sistema per posizionare la valvola. Valvole di sicurezza, valvole di sicurezza, valvole di ritegno e scaricatori di vapore sono esempi di valvole autoazionate. Tutte queste valvole utilizzano alcune caratteristiche del fluido del sistema per azionare la valvola. Per il funzionamento di queste valvole non è necessaria alcuna fonte di energia esterna all'energia del fluido del sistema.

Valvole monosolenoidesono definiti fail open o fail closed a seconda della posizione della valvola con il solenoide diseccitato. Le elettrovalvole di apertura in caso di guasto vengono aperte dalla pressione della molla e chiuse energizzando il solenoide. Le elettrovalvole di chiusura in caso di guasto vengono chiuse dalla pressione della molla e aperte energizzando il solenoide. Le valvole a doppio solenoide in genere si guastano "così come sono". Cioè, la posizione della valvola non cambia quando entrambi i solenoidi sono diseccitati.
Un'applicazione delle elettrovalvole è nei sistemi pneumatici come quelli utilizzati per fornire aria agli attuatori delle valvole pneumatiche. Le elettrovalvole vengono utilizzate per controllare l'alimentazione dell'aria all'attuatore pneumatico e quindi la posizione della valvola ad azionamento pneumatico.

Velocità degli attuatori di potenza

Considerazioni sulla sicurezza dell'impianto determinano la velocità delle valvole per alcune valvole legate alla sicurezza. Laddove un sistema deve essere isolato o aperto molto rapidamente, è necessaria un'attuazione della valvola molto rapida. Laddove l'apertura di una valvola comporta l'iniezione di acqua relativamente fredda in un sistema caldo, è necessaria un'apertura più lenta per ridurre al minimo lo shock termico. La progettazione tecnica seleziona l'attuatore per le valvole di sicurezza in base ai requisiti di velocità e potenza e alla disponibilità di energia per l'attuatore.

In generale, l'attuazione più rapida è fornita da attuatori idraulici, pneumatici ed elettromagnetici. Tuttavia, i solenoidi non sono pratici per le valvole di grandi dimensioni perché le loro dimensioni e i requisiti di potenza sarebbero eccessivi. Inoltre, gli attuatori idraulici e pneumatici richiedono un sistema per fornire energia idraulica o pneumatica. In entrambi i casi la velocità di attuazione può essere impostata installando orifizi opportunamente dimensionati nelle linee idrauliche o pneumatiche. In alcuni casi, la valvola viene chiusa dalla pressione della molla, alla quale si oppone la pressione idraulica o pneumatica per mantenere la valvola aperta.

I motori elettrici forniscono un'attuazione relativamente veloce. La velocità effettiva della valvola viene impostata dalla combinazione di velocità del motore e rapporto di trasmissione. Questa combinazione può essere selezionata per fornire la corsa completa della valvola in un intervallo compreso tra circa due secondi e diversi secondi.

Indicazione della posizione della valvola

Gli operatori richiedono l'indicazione della posizione di alcune valvole per consentire un funzionamento consapevole dell'impianto. Per tali valvole, viene fornita l'indicazione della posizione della valvola remota sotto forma di luci di posizione che indicano se le valvole sono aperte o chiuse. I circuiti di indicazione remota della posizione della valvola utilizzano un rilevatore di posizione che rileva la posizione dello stelo e del disco o la posizione dell'attuatore. Un tipo di rilevatore di posizione è l'interruttore di finecorsa meccanico, che viene azionato fisicamente dal movimento della valvola.

Un altro tipo sono gli interruttori o trasformatori magnetici che rilevano il movimento dei loro nuclei magnetici, che sono azionati fisicamente dal movimento della valvola.

L'indicazione locale della posizione della valvola si riferisce ad alcune caratteristiche visivamente distinguibili della valvola che indicano la posizione della valvola. La posizione della valvola con stelo ascendente è indicata dalla posizione dello stelo. Le valvole a stelo non saliente talvolta sono dotate di piccoli puntatori meccanici che vengono azionati dall'attuatore della valvola contemporaneamente al funzionamento della valvola. Le valvole ad azionamento elettrico sono generalmente dotate di un puntatore meccanico che fornisce l'indicazione locale della posizione della valvola. D'altra parte, alcune valvole non dispongono di alcuna funzione per l'indicazione della posizione.

Riepilogo degli attuatori per valvole

• Gli attuatori manuali sono il tipo più comune di attuatori per valvole. Gli attuatori manuali includono volantini collegati direttamente allo stelo della valvola e volantini collegati tramite ingranaggi per fornire un vantaggio meccanico.
• Gli attuatori per motori elettrici sono costituiti da motori elettrici reversibili collegati allo stelo della valvola tramite un treno di ingranaggi che riduce la velocità di rotazione e aumenta la coppia.
• Gli attuatori pneumatici utilizzano la pressione dell'aria su uno o entrambi i lati della membrana per fornire la forza necessaria per posizionare la valvola.
• Gli attuatori idraulici utilizzano un liquido pressurizzato su uno o entrambi i lati di un pistone per fornire la forza necessaria per posizionare la valvola.
• Gli attuatori a solenoide hanno un elemento magnetico fissato allo stelo della valvola. La forza per posizionare la valvola deriva dall'attrazione magnetica tra l'inserto sullo stelo della valvola e la bobina dell'elettromagnete nell'attuatore della valvola.