Станислав Горобченко - Курс «Трубопроводная арматура». Модуль «Пневмоприводы и приборы управления пневмоприводами»

Это объясняется теми положительными свойствами, которые отсутствуют у других видов приводной техники, таких как гидропривод и электропривод. Так, в традиционной для пневмоприводной техники отрасли промышленности как нефтехимия, особенно важны такие качества пневматических устройств, как пожаро и взрывобезопасность, высокая надежность, дешевизна, простота эксплуатации и возможность использования в агрессивных средах.

Уровень развития пневмоприводов во многом определяет и состояние управления трубопроводной арматурой. "Ваш регулирующий клапан настолько хорош, насколько хорош его привод", примерно так можно охарактеризовать важность пневмоприводов для регулирования. Чтобы добиться больших результатов в управлении трубопроводной арматурой пневмоприводы оснащают

многочисленными приборами управления, одно из главных мест среди которых занимают позиционеры. Им будет уделено в материалах модуля наибольшее внимание.

Приборы управления совместно с инструментами позволяют реализовать различные функции запорной и регулирующей арматуры, что в свою очередь создает возможности для расширения функций и самой арматуры и лучшего соответствия ею технологическому процессу.

При написании данного модуля были использованы материалы ведущих компаний – производителей пневмоприводов. Обобщение результатов позволило в сравнительно небольшом объеме дать достаточно полное изложение материалов по пневмоприводам и приборам управления.

Основные сведения о пневматике и пневматических системах

Промышленное использование пневматики началось более ста лет назад в печатном деле (линотип) и патронном производстве (контрольно-сортировочные автоматы). Широкое же применение пневматики в промышленности, одновременно во многих странах, началось после второй мировой войны, в связи с автоматизацией производства.

Долгое время (до появления промышленных микропроцессорных устройств) пневмоавтоматика являлась почти единственным средством управления технологическими процессами. Ввиду высокой надежности элементов пневмологики есть производства, где эти системы работают до сих пор.

И хотя в современном производстве они почти повсеместно заменены электронными управляющими устройствами, общие объемы применения пневматики не сократились,

а постоянно увеличиваются за счет более широкого применения силовых элементов – пневмоприводов вместо гидро- и электропривода. Современное автоматизированное производство немыслимо без пневматики, которая находится на этапе бурного, как количественного, так и качественного развития.

Развитие пневматики идет по следующим основным направлениям:

– применение современных материалов, которые позволяют:

• исключить появление масляного тумана, который загрязняет окружающую среду и создает опасность здоровью обслуживающего персонала;

• повысить срок службы всех элементов пневмосистемы;

• минимизировать или полностью исключить необходимость обслуживания пневмосистемы;

• исключить утечки сжатого воздуха;

• повысить КПД пневмоприводов;

• обеспечить устойчивость к неблагоприятным факторам окружающей среды, таким как высокие и низкие температуры,

воздействие пыли, влаги, агрессивных химических веществ.

– миниатюризация управляющих устройств, применение группового монтажа (универсальные монтажные плиты, блочные конструкции распределителей, пневмоострова и т. п.).

– создание устройств стыковки пневматических и электронных систем (электропневматические

и пневмоэлектрические устройства).

– применение ресурсо- и энергосберегающих режимов работы пневмосистем (например, использование явления параметрического резонанса позволяет удешевить систему, сделать ее более компактной и существенно повысить КПД).

Основные параметры воздуха

Сжатый воздух, являющийся рабочим телом в системах пневматики, представляет собой смесь газов, молекулы которых, с достаточной для практических целей точностью можно представить в виде мельчайших упругих шариков, движущихся равномерно и прямолинейно в произвольном для каждого шарика направлении со скоростями примерно 1000 м/с. Шарики испытывают постоянные столкновения между собой и со стенками сосуда, в котором находится сжатый воздух. Столкновения молекул со стенками сосуда и создает давление газа.

Давление может быть определено как отношение силы к площади, на которой она распределена:

(1)

Единицы измерения

В международной системе единиц СИ, что является аббревиатурой французского SI (Siste’me International d’Unit’es), единице давления присвоено имя французского ученого Паскаля, автора известного закона о равномерном распространении статического давления по всем направлениям.

Один “Паскаль” равен давлению, создаваемому силой в 1 “ньютон", равномерно распределенной на площади в 1 м 2(Лат. 1 Ра= 1 N/m 2).

Это очень малое давление и, поскольку эта единица неудобна, то для измерения используемых в технике стандартных уровней давления введена специальная единица – бар, равная 1/10 Мегапаскаля (Лат. bar. 1 бар = 0,1 МПа = 105 Па).

Удобство этой единицы состоит в том, что она практически равна традиционно используемой технической атмосфере (1 ат. = 1 кгс/см 2).

Соотношение: 1 ат = 0,98067 бар.

1 бар = 1,01972 ат

Ожидается, что в будущем к системе СИ перейдут все страны, в том числе и страны с неметрическими системами единиц. В качестве единицы давления в этих странах всё еще используется 1 фунт-сила/кв. дюйм (1 psi).

Соотношение: 1 бар = 14,5 psi

1 psi = 0,06895 бар

Для измерения малых уровней давления используются также миллиметры водяного и ртутного столба.

Соотношение: 1 ат = 10000 мм. вод. ст. = 736 мм. рт. ст.

1 мм. вод. ст. = 9,80665 Па

1 мм. рт. ст. = 1,1333224 Па

Атмосфера Земли на её поверхности развивает давление в одну физическую атмосферу.

Соотношение: 1 атм. = 760 мм. рт. ст. = 1,01325 бар (нормальное давление).

Давление

Давление газа пропорционально его абсолютной температуре Т и концентрации молекул n, которую можно определить как отношение:

(2)

где N – число молекул, находящихся в сосуде;

V – объем сосуда.

Давление P газа равно:

(3)

Коэффициент пропорциональности k представляет собой постоянную Больцмана, равную