Introduzione

La scelta di un attuatore pneumatico comporta più che l'abbinamento della sua interfaccia di montaggio a una valvola. L'attuatore deve fornire una coppia sufficiente durante la corsa richiesta, funzionare con la fornitura d'aria strumentale disponibile e rispondere correttamente in caso di perdita di pressione dell'aria.

Due configurazioni comuni sono gli attuatori pneumatici a molla di ritorno e a doppio effetto. Entrambi utilizzano aria compressa per azionare le valvole, ma differiscono nel modo in cui generano il movimento e in ciò che accade quando l'alimentazione dell'aria viene interrotta.

La comprensione di queste differenze aiuta gli ingegneri a selezionare un pacchetto attuatore adatto per valvole on/off, isolamento di processo, arresto di emergenza e altre applicazioni di valvole automatizzate.

1. Come funziona un attuatore a molla di ritorno?

Un attuatore a molla di ritorno utilizza aria compressa per guidare il movimento in una direzione e una molla interna per fornire il movimento di ritorno.

Quando viene applicata la pressione dell'aria, l'attuatore muove la valvola comprimendo la molla. Quando la pressione dell'aria pertinente viene rilasciata o persa, la molla riporta l'attuatore verso la sua posizione designata.

A seconda della configurazione dell'attuatore e della valvola, ciò può fornire un'azione di fail-open o fail-closed.

Gli attuatori a molla di ritorno sono comunemente considerati quando la valvola deve spostarsi in una posizione definita dopo la perdita di aria strumentale. Esempi includono alcune valvole di arresto di emergenza e valvole di isolamento di processo.

Tuttavia, il ritorno a molla non significa automaticamente fail-closed. La posizione di guasto richiesta dipende dalla configurazione dell'attuatore, dal montaggio della valvola, dalla direzione del movimento e dai requisiti di sicurezza del processo.

2. Come funziona un attuatore a doppio effetto?

Un attuatore pneumatico a doppio effetto utilizza aria compressa per guidare il movimento in entrambe le direzioni. L'aria viene diretta su un lato del pistone o del meccanismo dell'attuatore per muovere la valvola in un verso, quindi sull'altro lato per invertire il movimento.

Poiché entrambe le direzioni sono alimentate pneumaticamente, i design a doppio effetto possono fornire una notevole uscita senza fare affidamento su una molla di ritorno. Sono ampiamente utilizzati dove è richiesto un movimento motorizzato in entrambe le direzioni.

Una distinzione importante è il comportamento durante il guasto dell'alimentazione dell'aria. Un attuatore a doppio effetto non fornisce intrinsecamente una posizione definita di fail-open o fail-closed. A seconda della configurazione, dell'aria intrappolata, delle perdite, delle forze di processo e dell'attrito meccanico, la valvola potrebbe rimanere vicino alla sua ultima posizione o muoversi inaspettatamente.

Se è richiesta una risposta di guasto definita, l'intero sistema potrebbe necessitare di attrezzature aggiuntive, come un serbatoio d'aria opportunamente progettato, una valvola a solenoide o altri accessori di controllo pneumatici.

3. Differenze chiave tra i due design

Queste sono differenze generali. La coppia effettiva, il consumo d'aria, le dimensioni e il tempo di risposta dipendono dal design dell'attuatore e dalle condizioni operative.

4. Come dimensionare un attuatore pneumatico

Un dimensionamento corretto è essenziale per un funzionamento affidabile della valvola. Un attuatore troppo piccolo potrebbe non riuscire a completare la sua corsa, mentre un sovradimensionamento eccessivo può aumentare i costi e creare altri problemi di integrazione.

Passaggio 1: Determinare il requisito di coppia della valvola

Ottenere i dati di coppia del produttore della valvola per le condizioni operative effettive. Per le valvole a quarto di giro, ciò può includere la coppia di spunto, la coppia di marcia e la coppia di tenuta o di fine corsa.

La coppia richiesta può variare con la pressione differenziale, il fluido, la temperatura, il materiale della sede e le condizioni della valvola.

Passaggio 2: Utilizzare la pressione minima dell'aria disponibile

L'uscita dell'attuatore dipende dalla pressione disponibile all'attuatore, non semplicemente dalla pressione nominale del collettore dell'aria dell'impianto.

Tenere conto delle perdite di pressione attraverso tubi, raccordi, filtri, regolatori, valvole a solenoide e altri accessori. Dimensionare l'attuatore in base alla pressione operativa minima garantita.

Passaggio 3: Confrontare la coppia di uscita sull'intera corsa

Per un attuatore a doppio effetto, verificare che la coppia disponibile soddisfi il requisito della valvola in entrambe le direzioni.

Per un attuatore a molla di ritorno, controllare sia la corsa motorizzata ad aria che la corsa di ritorno motorizzata a molla. L'uscita della molla cambia con la corsa, quindi l'attuatore deve fornire una coppia sufficiente nelle posizioni critiche, non solo a un'estremità.

Passaggio 4: Applicare i criteri di dimensionamento del produttore

Utilizzare il metodo di dimensionamento del produttore della valvola e dell'attuatore, incluso il fattore di servizio specificato, ove applicabile. Non fare affidamento su una percentuale di sovradimensionamento universale per ogni tipo di valvola e servizio.

Passaggio 5: Verificare il pacchetto completo

Controllare le dimensioni di montaggio, la compatibilità dell'albero o dell'accoppiamento, la corsa richiesta, gli accessori e il tempo di funzionamento. Confermare che l'attuatore possa eseguire il movimento richiesto nelle condizioni di processo effettive.

5. Requisiti di aria strumentale e accessori

La qualità e la pressione dell'aria strumentale influiscono direttamente sull'affidabilità dell'attuatore. Prima di selezionare un attuatore, confermare l'intervallo di pressione disponibile, i requisiti di qualità dell'aria e la domanda prevista durante il funzionamento.

Un pacchetto pneumatico completo può includere:

• Regolatore filtro per una fornitura d'aria adeguata.

• Valvola a solenoide per funzioni di controllo direzionale o di arresto.

• Posizionatore per applicazioni di modulazione.

• Finecorsa o dispositivi di feedback di posizione.

• Dispositivi di blocco pneumatico o serbatoi d'aria dove specificato.

• Tubi e raccordi dimensionati per la risposta richiesta.

La configurazione degli accessori differisce tra le configurazioni a molla di ritorno e a doppio effetto. Ad esempio, la funzione della valvola a solenoide richiesta e il porting dipendono dall'attuatore e dallo schema di controllo.

I prodotti di produttori come Rotork, AUMA e altri fornitori di automazione valvole possono essere presi in considerazione a seconda del tipo di valvola, del requisito di coppia e dello schema di controllo richiesto. Confermare la configurazione specifica del prodotto prima di specificare un pacchetto completo.

6. Errori comuni di dimensionamento

Utilizzo della pressione nominale del collettore dell'aria: L'attuatore potrebbe ricevere una pressione notevolmente inferiore dopo le perdite di accessori e tubi.

Controllo della coppia in una sola posizione: Ciò può trascurare una coppia insufficiente della molla durante la corsa di ritorno o un'uscita insufficiente vicino al punto di spunto della valvola.

Ignorare le condizioni operative effettive della valvola: La coppia può variare con la pressione differenziale, il design della sede, la temperatura e la storia di servizio.

Presupporre che un attuatore a doppio effetto manterrà la posizione indefinitamente: Le perdite d'aria e le forze di processo possono causare movimento dopo la perdita di alimentazione.

Selezione degli accessori dopo l'attuatore: Le valvole a solenoide, i posizionatori e i tubi possono influire sulla consegna della pressione, sulla risposta e sul comportamento in caso di guasto.

Conclusione

Gli attuatori pneumatici a molla di ritorno e a doppio effetto soddisfano diverse esigenze operative. I design a molla di ritorno possono fornire una posizione di guasto definita, mentre i design a doppio effetto utilizzano la pressione dell'aria per il movimento motorizzato in entrambe le direzioni.

La scelta corretta dipende dall'azione della valvola richiesta, dalla coppia durante la corsa, dalla pressione minima dell'aria disponibile, dalle condizioni di processo e dallo scenario di guasto.

Una selezione completa dovrebbe considerare la valvola, l'attuatore, l'aria strumentale, gli accessori e i requisiti di sicurezza come un unico sistema. Ciò aiuta a ridurre i problemi di messa in servizio e migliora l'affidabilità del funzionamento automatizzato delle valvole.

Hai bisogno di aiuto per selezionare un attuatore pneumatico?Fornire il modello della valvola, la coppia richiesta o i dati operativi della valvola, la pressione dell'aria disponibile e l'azione di guasto richiesta per supportare una selezione più accurata.