Регулирующие клапаны на электроприводе – назначение и разновидности

Среди многообразия трубопроводной арматуры особой популярностью пользуется регулирующий клапан. Он предназначен для контроля параметров перемещаемой среды в трубопроводных магистралях разного назначения. Регулировка осуществляется за счет изменения пропускной способности клапана. Для автоматизированного управления регулирующей арматурой применяют различные типы приводов. Они используются в трубопроводах, отдельные элементы которых подвергаются значительным нагрузкам, и могут быть электрическими или пневматическими.

Устройства с электроприводами востребованы в котельных, сетях отопления и вентиляции и на тепловых пунктах. Клапаны с пневмоприводами устанавливают на производствах, где управление осуществляется воздухом. Также клапаны с пневматическим приводом используются на взрывоопасных трубопроводах и для регулировки вне помещений.

Назначение и особенности регулирующих клапанов с приводами

В отличие от запорных клапанов, которые предназначены для полного перекрывания, клапаны для регулировки служат для контроля и изменения объема транспортируемой среды. Такие функции востребованы на промышленных трубопроводах, используемых для перемещения:

• газообразных и жидких веществ;
• пара;
• нефти и ее производных.

Регулирующий клапан с приводом позволяет варьировать показатели давления, регулировать потоки транспортируемой среды и контролировать производительность магистралей.

Управление и использование приводов

По сравнению с бытовыми трубопроводами магистрали промышленного назначения отличаются большей протяженностью и интенсивным режимом эксплуатации. Для регулировки перемещаемой среды требуется множество клапанов, которыми сложно управлять вручную. Оснащение регулирующих клапанов различными вариантами приводов упрощает контроль работы трубопроводов и позволяет изменять параметры дистанционно. Применение клапанных регулирующих механизмов с механическим приводом обеспечивает эффективное управление технологическими процессами. С помощью приводов можно непрерывно контролировать параметры перемещаемых жидкостей или газа, и предотвращать аварии. Исполнительный механизм препятствует обратному движению транспортируемых веществ, и защищает от гидравлических ударов.

Чтобы приводные механизмы выполняли свои функции, необходимо соблюдение следующих правил:

• При монтаже регулирующего клапана направление движения рабочей среды должно совпадать со стрелками, изображенными на корпусе устройства.
• Клапаны могут фиксироваться вертикально и горизонтально. Однако исполнительный механизм, приводящий в движение запорный элемент, нужно располагать сверху.
• Трубопроводы следует прочно закрепить, предусмотрев надежную защиту от вибраций.

В случае выхода привода для клапана из строя, может потребоваться его замена. Для упрощения демонтажных работ необходимо обеспечить доступ к регулирующему клапану и его элементам.

Варианты клапанов с приводами и их отличия

Приводные механизмы применяются для преобразования исходного управляющего сигнала, поступающего от внешнего источника, в перемещение запорного элемента. В зависимости от используемой энергии различают следующие виды клапанов для регулировки расхода транспортируемых веществ:

• Клапаны с пневмоприводом. В качестве источника энергии для исполнительных механизмов таких клапанов служит давление сжатого воздуха. В зависимости от вида ПИМ бывают мембранные и поршневые устройства. Если поршневым механизмом оснащен запорный клапан, то он относится к защитной арматуре.
• С электрическим исполнительным механизмом. Конструктивно электропривод состоит из электродвигателя, системы управления и редуктора. В качестве источника энергии для таких клапанов служит электричество, а управление транспортируемой средой может осуществляться с помощью дистанционного устройства. У клапанов с электроприводом наблюдается хорошее взаимодействие между двигателем и пультом управления, в том числе и при значительных расстояниях между ними.
• С электромагнитным приводом. У клапанов с электромагнитными приводами преобразование энергии для перемещения запорного элемента происходит благодаря электромагнитам. Он является неотъемлемой частью исполнительного механизма, и в зависимости от нюансов конструкции бывает блочным или встроенным.

Регулирующий клапан с пневмоприводом Регулирующий клапан с электроприводом Регулирующий клапан с электромагнитным приводом

Клапаны с пневмоприводами надежны, простоты в управлении и применяются на объектах повышенной опасности. Пневматика дешевле устройств с сервоприводами, но имеет значительные габаритные размеры.

Клапаны с электроприводами легко устанавливать и перенастраивать. Они взаимодействуют с приборами телеметрии, компьютерами и остальными средствами управления. Клапаны с электроприводами изготавливаются в общепромышленном и во взрывозащищенном исполнении, которое востребовано на газопроводах. Среди недостатков клапанов с электрическим приводом выделяют повышенную чувствительность к влажности и температуре, а также отключение двигателя при повреждениях электропитания.

Клапаны с электромагнитным приводом пользуются спросом в автоматизированных системах управления, которые регулируют параметры потоков перемещаемых сред. Клапаны с сервоприводом имеют ресурс, который измеряется 10 000 и более циклов срабатывания запорного элемента. Они точностью регулирования и оперативно реагируют на подаваемые сигналы.

Важная информация: согласно ГОСТу 12893-2005 клапаны с электроприводами и другими видами исполнительных механизмов бывают нормально-открытыми и нормально-закрытыми. НО открываются полностью при отсутствии управляющего сигнала, а НЗ — остаются с закрытым проходным сечением. Грамотное сочетание арматуры разного типа позволяет избежать дополнительных повреждений при отключении электропитания и в других аварийных ситуациях.

Клапаны с механическим приводом различаются и типом рабочего элемента. В зависимости от нюансов конструкции запорного механизма они бывают:

• Золотниковые. Функции запорного элемента выполняет золотник, поворот которого позволяет регулировать параметры перемещаемой рабочей среды. Он не обеспечивает полную герметичность, поэтому обычно применяется на магистралях с низкими показателями давления.
• Седельные. В качестве запорного устройства служит плунжер, который уменьшает пропускную способность путем перемещения через одно или два седла. По исполнению запорный элемент клапана представлен устройствами стержневого, тарельчатого или игольчатого типа.
• Мембранные. Контроль параметров перемещаемой среды выполняют с помощью эластичной мембраны. Для устранения погрешностей, которые иногда возникают при управлении, мембранные клапаны оснащаются элементами, предназначенными для контролирования положения штока.

Полное перекрывание рабочей среды выполняют с помощью запорной арматуры, которая также комплектуется сервоприводом. Конструкция запорного устройства обеспечивает герметичность узлов и незаменима в магистралях, по которым транспортируют жидкости и газ.

Методика подключения

По принципу соединения с трубопроводом выделяют следующие варианты арматуры:

• Фланцевые. Такие клапаны укомплектованы фланцами в виде дисков с отверстиями под болты и могут использоваться на магистралях высокого давления. Арматура рассчитана на многократную установку и демонтаж, что позволяет быстро менять оборудование при повреждении.
• Под приварку. Клапаны, которые фиксируются с магистралями с помощью сварки, применяются для управления расходом рабочей среды при повышенных требованиях к герметичности. В результате образуется неразъемное соединение, что усложняет замену арматуры.

Важная информация: монтаж клапанов под приварку проводится согласно положениям ГОСТ 16037-80, если иное не предусмотрено конструкторской документацией на арматуру.

Особенности использования запорно-регулирующего клапана с электроприводом

Клапан запорно-регулирующий с электроприводом относится к трубопроводной арматуре непрямого действия. Для его регулировки используется внешний источник энергии. В данном случае это электрическая энергия.

Регулирующие краны, управляемые на расстоянии и способные выдерживать значительное давление, применяют в транспортировочных трубопроводах промышленного значения. Краны с электроприводом востребованы в системах, где регулирование потоков проводят на расстоянии в автоматическом режиме.

Что собой представляет клапан с электроприводом

Клапан (бытовое – кран или вентиль) на трубопроводе – это специальное устройство, с помощью которого регулируют по силе, перекрывают совсем или открывают поток.

Вентиль, который открывается и закрывается с помощью электропривода, по своей сути и функциям мало отличается от обычных вентилей. Он также служит для регулировки или перекрытия потока в трубе.

Отличие в механизме его действия, в мощности, габаритах, в принципе управления. Если бытовой регулирующий вентиль работает по принципу механического приложения усилия извне (человек крутит ручку крана), то электроприводный клапан работает от электричества.

Клапан с электроприводом может быть:

• запорным – прямое или обратное полное перекрытие потока в магистрали;
• запорно-регулирующим – полное или частичное перекрытие потока, с возможностью регулировки его интенсивности.

Обратите внимание! Особое значение имеют клапаны с электроприводом при магистральной транспортировке нефтепродуктов, природного газа, теплоносителя. Они позволяют дистанционно, в режиме реального времени управлять потоками на расстоянии или установить работу на автоматически заданные параметры.

Наряду с электрическими задвижками, дистанционно могут управляться клапаны:

• пневматические – механизм их работает на сжатом газе;
• электромагнитные (газовые) клапаны – механизм открывается от электрического импульса, закрывается автоматически при прерывании электроснабжения.

Электрические регулирующие задвижки являются универсальными, полностью управляющими прямым или обратным потоком.

Назначение

Существует 2, 3, 4-х ходовые регулирующие (разделяющие, смешивающие) клапаны. Двухходовой клапан имеет одно входное и одно выходное отверстие, являясь запорным. К регулирующим силу потока относят 3 и 4 ходовые клапаны. Они имеют соответственно одно отверстие на вход и несколько – на выход. Перекрывая задвижкой часть из них можно регулировать интенсивность выходного потока.

Двухходовой вентиль является наиболее простым в устройстве. Он может работать в следующих режимах:

• полностью закрыть подачу;
• номинальная мощность – вентиль открыт полностью, на заранее установленную величину потока;
• промежуточная мощность – задвижка устанавливается на пропуск от 10 % до половины потока от номинальной мощности.

Механизм, открывающий газовый вентиль с электроприводом, растягивает и удерживает возвратную пружину. Как только подача электричества прекращается, эта пружина возвращает заслонку в положение «закрыто».

Обратите внимание! Установка электрического клапана, с вышеописанным механизмом действия, является обязательной для противопожарных вентиляционных систем (ГОСТ РФ 53301 для огнезапорного клапана).

В противопожарных системах сертификация невозможна без установки на вентиляционных коммуникациях подобных электрозапорных клапанов. Благодаря их автоматическому срабатыванию прекращается подача кислорода в помещение, что ингибирует процесс горения.

В отопительных, водоснабжающих транспортных магистралях установка подобной арматуры не является обязательной. Однако ее использование в разы упрощает и ускоряет процессы регулировки интенсивности потоков, давления в системе.

Управление и технические характеристики

Клапан запорно-регулирующий с электроприводом управляется простым нажатием кнопки на пульте, когда оператор находится на большом расстоянии от задвижки. Электрический импульс приводит в движение запорный механизм клапана.

Обратите внимание! Процесс преображения электрической энергии в механическую осуществляет специальный электромагнитный блок – электропривод.

Особенности линейных электроприводов

Электропривод запорного механизма должен быть прочным, работать долго и качественно даже при высоких нагрузках. Основное требование – обеспечение точности позиции перекрывающего механизма.

Современные модели электроприводов производства Германии можно регулировать после установки арматуры на трубопровод.

Так, покупка электропривода серий PSL и PSL-AMS от немецкого производителя PS-Automation позволяет воспользоваться услугами ее специалистов.

Стандартный привод может быть оснащен дополнительными устройствами, которые расширяют функционал изделия. Опции электропривода, которые могут быть поставлены по желанию заказчика:

• потенциометр;
• резистор обогрева;
• концевые выключатели;
• преобразователь сигнала положения.

• давление в системе от 16 до 40 бар;
• диаметр трубы от 15 до 300 мм;
• температура эксплуатации от -40 до +300 градусов;
• работа электропривода в сети напряжением от 10 до 380 В

Запорно-регулирующие клапана могут быть из латуни, чугуна или нержавейки. Сигнал управления – аналоговый, HART, трехпозиционный.

В функционал электроприводов для клапанов входит:

• автоматическое отключение по достижении необходимого положения регулирующего механизма клапана (крайняя, средняя позиция);
• автоматическое отключение при перегреве движка;
• возможность ручного регулирования позиции запорного механизма клапана при аварийном отключении электричества.

Обратите внимание! Использование электропривода в трубопроводах, которые работают в потенциально взрывоопасной среде запрещено.

Достоинства запорно-регулирующих клапанов с электроприводом заключаются:

• в автоматизации процессов регулирования пропускной способности трубопроводов;
• в возможности работы с пульта автоматизированной системы в удаленном режиме;
• в вариативности температурного режима эксплуатации;
• в широком диапазоне размеров изделий;
• в вариативности материалов клапанов;
• в простоте установки на работающую магистраль.

Единственным недостатком запорной арматуры с электроприводом можно назвать отключение системы от питания. Для минимизации рисков предусматривают подключение к автономному генератору.

Разновидности регулирующих клапанов на электроприводе

Механизм запорного устройства на клапане с электроприводом может быть следующим:

• Запорный – клапан работает в двух положениях «закрыто\открыто», без возможности промежуточного регулирования.
• Обратный – срабатывает на «закрыто» при перемене направления потока.
• Мембранный – имеет в середине чувствительную резиновую мембрану. Находит широкое применение в газовых трубопроводах, в том числе и бытовых.
• Золотниковый – имеет подвижный золотник, которым перекрывает входные\выходные отверстия, регулируя интенсивность потока.
• Седельный – работает по типу золотникового, только для перекрытия входа\выхода работают плунжер и седелки.
• Перекидной – клапан с возможностью смещения потока в другом направлении. Имеет одно входное и несколько выходных, разнонаправленных отверстий.

Установку электрических запорно-регулирующих клапанов осуществляют фланцевым (разборным) способом. Сварное соединение трубопровода и вентиля ограничивает возможность технического обслуживания, ремонта или замены.