Za mały napęd nie domknie zaworu, za duży niepotrzebnie zwiększy koszt i zużycie powietrza. Dobór siłownika obrotowego to kilka prostych obliczeń, które warto wykonać przed zamówieniem.
Do czego służy pneumatyczny napęd ćwierćobrotowy
Pneumatyczne siłowniki obrotowe zamieniają energię sprężonego powietrza w ruch kątowy, najczęściej o 90 stopni. To dokładnie tyle, ile potrzebuje zawór kulowy albo przepustnica, aby przejść od pełnego zamknięcia do pełnego otwarcia. Stąd ich główne zastosowanie: automatyzacja armatury ćwierćobrotowej. Spotyka się je także przy pozycjonowaniu elementów w maszynach pakujących, w manipulatorach i w klapach układów wentylacyjnych.
W porównaniu z napędem elektrycznym wersja pneumatyczna przestawia się bardzo szybko i zwykle jest tańsza przy tym samym momencie. Elektryczny napęd ma za to przewagę tam, gdzie w zakładzie nie ma instalacji sprężonego powietrza.
Dwa mechanizmy, dwie charakterystyki momentu
Na rynku dominują dwie konstrukcje i warto znać różnicę między nimi, bo przekłada się ona wprost na dobór.
- Zębatkowy (rack and pinion) – dwa tłoki z listwami zębatymi obracają wspólny wałek. Moment w napędzie dwustronnego działania jest praktycznie stały na całym zakresie obrotu. To rozwiązanie zwarte i uniwersalne, stosowane od małych do średnich i dużych momentów.
- Jarzmowy (Scotch Yoke) – tłok porusza jarzmo osadzone na wałku. Moment jest największy na początku i na końcu ruchu, a najmniejszy w połowie. Taka krzywa dobrze pasuje do dużych zaworów, które najwięcej siły potrzebują przy oderwaniu od gniazda i przy domykaniu.
Drugi podział dotyczy sposobu działania. Siłownik dwustronnego działania (DA) wykonuje ruch w obie strony pod ciśnieniem powietrza. Siłownik jednostronnego działania (SR, z powrotem sprężynowym) otwiera się powietrzem, a zamyka siłą sprężyn. Po zaniku zasilania sam wraca do położenia bezpiecznego, co bywa wymogiem przy armaturze odcinającej media niebezpieczne.
Jak policzyć potrzebny moment
Punktem wyjścia jest moment obrotowy zaworu podany przez jego producenta. Najczęściej wyróżnia się moment oderwania (break-away), potrzebny do ruszenia z pozycji zamkniętej, oraz moment domknięcia. To one zwykle są najwyższe. Kolejne kroki wyglądają następująco:
- Odczytać maksymalny moment zaworu dla rzeczywistych warunków pracy: rodzaju medium, ciśnienia różnicowego i temperatury.
- Doliczyć zapas bezpieczeństwa. Zawory z czasem pracują ciężej, na przykład przez osady lub rzadkie przestawianie, dlatego zapas zaleca się zgodnie z wytycznymi producenta armatury.
- Przyjąć do obliczeń najniższe ciśnienie powietrza, jakie może wystąpić w sieci, a nie wartość nominalną z kompresora. Moment siłownika rośnie wraz z ciśnieniem zasilania, więc spadek ciśnienia w godzinach szczytu poboru oznacza mniejszy moment.
- Dla wersji ze sprężyną sprawdzić dwie wartości: moment powietrzny na końcu ruchu (po ściśnięciu sprężyn) i moment sprężyn na końcu powrotu. Ten drugi jest zwykle najsłabszym punktem i musi pokryć moment domknięcia zaworu.
Z drugiej strony nie należy przesadzać z zapasem. Zbyt mocny napęd może przeciążyć trzpień zaworu, a większa komora tłokowa zużywa więcej powietrza w każdym cyklu.
Kąt obrotu, warunki pracy i montaż
Standardem jest obrót o 90 stopni. Wiele konstrukcji ma jednak śruby ograniczników, które pozwalają skorygować położenie krańcowe o kilka stopni, co ułatwia dokładne ustawienie zaworu w pozycji zamkniętej. Dostępne są także wersje trzypołożeniowe oraz napędy o regulowanym lub większym kącie obrotu, na przykład do zaworów wielodrogowych.
Przy doborze liczą się też:
- zakres ciśnień roboczych i temperatur deklarowany przez producenta,
- materiał korpusu, na przykład aluminium anodowane albo stal nierdzewna w środowisku agresywnym,
- przyłącze do zaworu zgodne z normą ISO 5211, która określa wymiary kołnierzy i czopów,
- interfejs do montażu elektrozaworu i skrzynki wyłączników krańcowych, przekazującej położenie zaworu do sterownika.
Dobór ułatwia praca z dostawcą, który zna zarówno armaturę, jak i pneumatykę. Taką ofertę prowadzi EA Kraków. Na stronie napędy i siłowniki obrotowe przedstawiono pneumatyczne siłowniki zębatkowe producenta ACTREG serii ADA (dwustronnego działania) i ASR (jednostronnego działania) o momentach do 6500 Nm, siłowniki tego samego producenta z mechanizmem Scotch Yoke do 250 000 Nm, a także siłowniki elektryczne do 300 Nm i skrzynki wyłączników krańcowych. Według opisu na stronie ograniczniki w wersjach ADA i ASR pozwalają ustawić ruch w zakresie od 85 do 95 stopni.
Ostatni etap to montaż. Siłownik powinien być osiowo połączony z trzpieniem zaworu, bez luzów i bez naprężeń bocznych. Dobrze jest też zapewnić czyste, osuszone powietrze, bo wilgoć i zanieczyszczenia skracają żywotność uszczelnień tłoków. Po uruchomieniu warto sprawdzić czas przesterowania i to, czy zawór faktycznie dochodzi do obu położeń krańcowych. Taki prosty test pozwala wychwycić błąd doboru, zanim instalacja przejdzie do normalnej pracy.
Artykuł sponsorowany
