Wprowadzenie do siłowników zaworów

Siłowniki zaworów

Siłowniki zaworów dobiera się na podstawie szeregu czynników, w tym momentu obrotowego niezbędnego do obsługi zaworu i potrzeby automatycznego uruchamiania. Rodzaje siłowników obejmują ręczne koło ręczne, dźwignię ręczną, silnik elektryczny, pneumatyczne, elektromagnetyczne, tłokowe hydrauliczne i samoczynne. Wszystkie siłowniki z wyjątkiem ręcznego pokrętła i dźwigni można dostosować do automatycznego uruchamiania.

Siłowniki ręczne, stałe i młotkowe
Siłowniki ręczne umożliwiają ustawienie zaworu w dowolnej pozycji, ale nie pozwalają na pracę automatyczną. Najpopularniejszym typem siłownika mechanicznego jest koło ręczne. Ten typ obejmuje koła ręczne przymocowane do trzpienia, koła ręczne młotkowe i koła ręczne połączone z trzpieniem za pomocą przekładni.

Koła ręczne przymocowane do trzpienia
Jak pokazano na rysunku po prawej stronie, koła ręczne przymocowane do trzonka zapewniają jedynie mechaniczną zaletę koła. Gdy zawory te są wystawione na działanie wysokich temperatur roboczych, zawiązanie zaworów utrudnia ich działanie.

Koło ręczne młotka
Jak pokazano na ilustracji, koło zamachowe młotka porusza się swobodnie przez część swojego obrotu, a następnie uderza w występ na kole pomocniczym. Koło wtórne jest przymocowane do trzpienia zaworu. Dzięki takiemu rozwiązaniu zawór można docisnąć, aby zapewnić szczelne zamknięcie, lub otworzyć, jeśli jest zablokowany.

Ręczna skrzynia biegów

Jeżeli w przypadku zaworu sterowanego ręcznie wymagana jest dodatkowa zaleta mechaniczna, pokrywa zaworu jest wyposażona w ręcznie sterowane głowice przekładniowe, jak pokazano na rysunku. Specjalny klucz lub koło ręczne przymocowane do wałka zębatego umożliwia obsługę zaworu jednej osobie, gdy potrzebne są dwie osoby bez przewagi przekładni. Ponieważ do wytworzenia jednego obrotu trzpienia zaworu potrzeba kilku obrotów zębnika, czas pracy dużych zaworów jest wyjątkowo długi. Stosowanie przenośnych silników pneumatycznych połączonych z wałem zębatym skraca czas pracy zaworu.

Ręczna skrzynia biegów

Jeżeli w przypadku zaworu sterowanego ręcznie wymagana jest dodatkowa zaleta mechaniczna, pokrywa zaworu jest wyposażona w ręcznie sterowane głowice przekładniowe, jak pokazano na rysunku. Specjalny klucz lub koło ręczne przymocowane do wałka zębatego umożliwia obsługę zaworu jednej osobie, gdy potrzebne są dwie osoby bez przewagi przekładni. Ponieważ do wytworzenia jednego obrotu trzpienia zaworu potrzeba kilku obrotów zębnika, czas pracy dużych zaworów jest wyjątkowo długi. Stosowanie przenośnych silników pneumatycznych połączonych z wałem zębatym skraca czas pracy zaworu.

Siłowniki silników elektrycznych

Silniki elektryczne umożliwiają ręczną, półautomatyczną i automatyczną obsługę zaworu. Silniki są używane głównie do funkcji otwierania i zamykania, chociaż można je dostosować do ustawienia zaworu w dowolnym punkcie otwarcia, jak pokazano na poniższym obrazku. Silnik jest zwykle silnikiem dwukierunkowym i szybkoobrotowym, połączonym poprzez przekładnię zębatą w celu zmniejszenia prędkości silnika, a tym samym zwiększenia momentu obrotowego na trzpieniu. Kierunek obrotu silnika określa kierunek ruchu dysku.
Uruchamianie elektryczne może być półautomatyczne, tak jak wtedy, gdy silnik jest uruchamiany przez system sterowania. Pokrętło ręczne, które można połączyć z przekładnią, umożliwia ręczną obsługę zaworu. Zwykle stosowane są wyłączniki krańcowe, które automatycznie zatrzymują silnik przy całkowicie otwartym i całkowicie zamkniętym położeniu zaworu. Wyłączniki krańcowe są uruchamiane fizycznie poprzez położenie zaworu lub skrętnie poprzez moment obrotowy silnika.

Siłowniki hydrauliczne

Siłowniki hydrauliczne umożliwiają półautomatyczne lub automatyczne pozycjonowanie zaworu, podobnie jak siłowniki pneumatyczne. Siłowniki te wykorzystują tłok do przekształcania ciśnienia sygnałowego na ruch trzpienia zaworu. Płyn hydrauliczny jest podawany po obu stronach tłoka, podczas gdy druga strona jest opróżniana lub odpowietrzana. Jako płyn hydrauliczny stosuje się wodę lub olej. Zawory elektromagnetyczne są zwykle używane do automatycznego sterowania płynem hydraulicznym w celu kierowania otwieraniem lub zamykaniem zaworu. Do kontrolowania płynu hydraulicznego można również zastosować zawory ręczne; zapewniając w ten sposób półautomatyczną pracę.

Zawory samoczynne

Zawory samoczynne wykorzystują płyn systemowy do pozycjonowania zaworu. Zawory nadmiarowe, zawory bezpieczeństwa, zawory zwrotne i odwadniacze są przykładami zaworów samoczynnego uruchamiania. Wszystkie te zawory wykorzystują pewną charakterystykę płynu systemowego do uruchamiania zaworu. Do działania tych zaworów nie jest potrzebne żadne źródło energii spoza układu.

Zawory jednoelektromagnetycznenazywane są awaryjnie otwartym lub awaryjnie zamkniętym, w zależności od położenia zaworu z elektromagnesem pozbawionym zasilania. Zawory elektromagnetyczne otwierane w przypadku awarii otwierają się pod wpływem nacisku sprężyny i zamykają poprzez zasilenie elektromagnesu. Zawory elektromagnetyczne zamknięte w przypadku awarii są zamykane przez nacisk sprężyny i otwierane przez zasilenie elektromagnesu. Zawory z podwójną cewką zwykle zawodzą „tak jak są”. Oznacza to, że położenie zaworu nie zmienia się, gdy oba elektromagnesy są odłączone od zasilania.
Jednym z zastosowań zaworów elektromagnetycznych są systemy powietrzne, takie jak te stosowane do dostarczania powietrza do pneumatycznych siłowników zaworów. Zawory elektromagnetyczne służą do kontrolowania dopływu powietrza do siłownika pneumatycznego, a tym samym położenia zaworu uruchamianego pneumatycznie.

Prędkość siłowników mocy

Względy bezpieczeństwa instalacji narzucają prędkości zaworów w przypadku niektórych zaworów związanych z bezpieczeństwem. Tam, gdzie system musi zostać bardzo szybko odizolowany lub otwarty, wymagane jest bardzo szybkie uruchomienie zaworu. Jeżeli otwarcie zaworu powoduje wtłoczenie stosunkowo zimnej wody do gorącej instalacji, konieczne jest wolniejsze otwieranie, aby zminimalizować szok termiczny. Projekt techniczny wybiera siłownik do zaworów związanych z bezpieczeństwem w oparciu o wymagania dotyczące prędkości i mocy oraz dostępność energii dla siłownika.

Ogólnie rzecz biorąc, najszybsze uruchomienie zapewniają siłowniki hydrauliczne, pneumatyczne i elektromagnetyczne. Jednakże solenoidy nie są praktyczne w przypadku dużych zaworów, ponieważ ich rozmiar i wymagania dotyczące mocy byłyby nadmierne. Siłowniki hydrauliczne i pneumatyczne wymagają również układu dostarczającego energię hydrauliczną lub pneumatyczną. W obu przypadkach prędkość działania można ustawić instalując kryzy o odpowiedniej wielkości w przewodach hydraulicznych lub pneumatycznych. W niektórych przypadkach zawór jest zamykany przez ciśnienie sprężyny, któremu przeciwdziała ciśnienie hydrauliczne lub pneumatyczne, aby utrzymać zawór w pozycji otwartej.

Silniki elektryczne zapewniają stosunkowo szybkie uruchamianie. Rzeczywista prędkość zaworu jest ustawiana poprzez kombinację prędkości silnika i przełożenia przekładni. Tę kombinację można wybrać, aby zapewnić pełny skok zaworu w zakresie od około dwóch sekund do kilku sekund.

Wskazanie położenia zaworu

Operatorzy wymagają wskazania położenia niektórych zaworów, aby umożliwić fachową obsługę instalacji. W przypadku takich zaworów zdalne wskazanie położenia zaworów ma postać świateł pozycyjnych, które wskazują, czy zawory są otwarte, czy zamknięte. Obwody zdalnego wskazania położenia zaworu wykorzystują detektor położenia, który wykrywa położenie trzpienia i dysku lub położenie siłownika. Jednym z typów detektorów położenia jest mechaniczny wyłącznik krańcowy, który jest fizycznie uruchamiany poprzez ruch zaworu.

Innym typem są przełączniki magnetyczne lub transformatory wykrywające ruch ich rdzeni magnetycznych, które są fizycznie sterowane przez ruch zaworu.

Lokalne wskazanie położenia zaworu odnosi się do pewnej wizualnie rozpoznawalnej cechy zaworu, która wskazuje położenie zaworu. Wznoszące się położenie zaworu trzpienia jest wskazywane przez położenie trzpienia. Zawory z trzpieniem niewznoszącym mają czasami małe mechaniczne wskazówki, które są obsługiwane przez siłownik zaworu jednocześnie z działaniem zaworu. Zawory uruchamiane elektrycznie mają zazwyczaj mechaniczny wskaźnik, który zapewnia lokalne wskazanie położenia zaworu. Z drugiej strony, niektóre zawory nie mają żadnej funkcji wskazującej położenie.

Podsumowanie siłowników zaworów

• Najpopularniejszym typem siłowników zaworów są siłowniki ręczne. Do siłowników ręcznych zaliczają się koła ręczne przymocowane bezpośrednio do trzpienia zaworu oraz koła ręczne przymocowane za pomocą przekładni, co zapewnia przewagę mechaniczną.
• Siłowniki z silnikami elektrycznymi składają się z odwracalnych silników elektrycznych połączonych z trzpieniem zaworu za pomocą przekładni, która zmniejsza prędkość obrotową i zwiększa moment obrotowy.
• Siłowniki pneumatyczne wykorzystują ciśnienie powietrza po jednej lub obu stronach membrany, aby zapewnić siłę niezbędną do ustawienia zaworu.
• Siłowniki hydrauliczne wykorzystują ciecz pod ciśnieniem po jednej lub obu stronach tłoka, aby zapewnić siłę wymaganą do ustawienia zaworu.
• Siłowniki elektromagnetyczne mają ślimak przymocowany do trzpienia zaworu. Siła ustawiająca zawór pochodzi z przyciągania magnetycznego pomiędzy ślimakiem na trzpieniu zaworu a cewką elektromagnesu w siłowniku zaworu.