Elektrische en pneumatische actuatorenVoor pijpleidingafsluiters: het lijkt erop dat de twee typen actuatoren behoorlijk verschillend zijn en dat de keuze moet worden gemaakt op basis van de beschikbare stroombron op de installatielocatie. Maar in feite is deze opvatting eenzijdig. Naast de belangrijkste en meest voor de hand liggende verschillen, hebben ze ook een aantal minder voor de hand liggende unieke kenmerken.

Elektrische en pneumatische actuatoren zijn de twee meest gebruikte aandrijfmechanismen in automatiseringssystemen. De keuze voor de actuator wordt doorgaans in de basisontwerpfase gemaakt en deze zal gedurende de gehele levenscyclus na installatie worden gebruikt.

Bij de keuze van het type aandrijving voor de actuator wordt vaak geen rekening gehouden met de parameters van het procesmedium in de pijpleiding, maar wordt er alleen gelet op de interne referentiematerialen van de ontwerper, de stroomvoorziening of de beschikbaarheid van een grote hoeveelheid geprefabriceerd gas op locatie.

Tijdens de werking blijkt echter vaak dat sommige kleppen van actuatoren moeten worden voorzien, of dat de parameters van het procesmedium in bepaalde kleppen veranderen. De vraag rijst dan: moet ik de originele actuator behouden of vervangen door een andere actuator om de prestaties te verbeteren?

Langere levensduur

Dit artikel introduceert en vergelijkt de belangrijkste prestatiekenmerken van elektrische en pneumatische actuatoren.

Onder normale omstandigheden garanderen fabrikanten 10.000 bedieningscycli voor elektrische actuatoren en 100.000 bedieningscycli voor pneumatische actuatoren. Het is duidelijk dat de pneumatische actuator, vanwege zijn eenvoudigere constructie, een langere levensduur heeft wat betreft het aantal bedieningscycli. Bovendien is het wrijvingscontactoppervlak van de pneumatische actuator gemaakt van elastomeer of polymeer, waardoor versleten O-ringen en kunststof geleidingselementen gemakkelijk te vervangen zijn.

Bij een elektrische actuator is er meestal een reductieaandrijving van de motor naar de uitgaande as. Deze aandrijving bestaat uit vele tandwielen die in elkaar grijpen en die tijdens gebruik slijten. Het is ook belangrijk om te weten dat het smeervet gedurende de gehele levensduur van de pneumatische actuator niet vervangen hoeft te worden.

Koppel

Een van de belangrijkste prestatieparameters van actuatoren voor pijpleidingkleppen is het koppel. Het koppel van een elektrische actuator hangt af van het ontwerp (constante component) en de spanning die op de stator wordt aangelegd. Het koppel van een pneumatische actuator hangt af van het ontwerp (constante component) en de druk van de luchttoevoer naar de pneumatische actuator.

Over het algemeen moet het koppel van de actuator groter zijn dan het maximale koppel van de klep, of groter dan het koppel dat nodig is om het afsluitelement te bewegen. In de praktijk kan het werkelijke koppel van de klep groter zijn dan het maximale koppel dat door de fabrikant wordt aangegeven, en ook groter dan het maximale koppel van de actuator. Dit is ongetwijfeld een noodsituatie.

Als u de actuator blijft gebruiken, kan dit schade aan de actuator en de klep veroorzaken. Als het koppel van de klep toeneemt, zal de motor het koppel geleidelijk verhogen totdat de uittrekwaarde (de pull-outwaarde) is bereikt. Dit betekent dat de mechanische constructie gedwongen wordt om een ​​te hoog koppel te leveren en te weerstaan, buiten het ontwerpbereik.

Overkoppelbeveiliging

Om te voorkomen dat de apparatuur onder de bovengenoemde omstandigheden beschadigd raakt, kan de elektrische actuator worden uitgerust met speciale voorzieningen. De meest voorkomende is de koppelbeveiliging, die mechanisch kan zijn (het gebruikelijke werkingsprincipe is dat de wormwieloverbrenging axiaal lineair beweegt bij overbelasting); deze kan ook elektronisch zijn (het gebruikelijke principe is het meten van de statorstroom of het Hall-effect). Wanneer het koppel de ontworpen maximale waarde overschrijdt, kan de koppelbeveiliging de spanning op de stator uitschakelen en de actuatormotor stoppen. Bij pneumatische actuatoren is overbelastingsbeveiliging niet nodig. Als het koppel dat op de klep wordt uitgeoefend de gespecificeerde limiet overschrijdt, zorgen de fysische eigenschappen van de perslucht ervoor dat de pneumatische actuator stopt met werken. In tegenstelling tot elektrische actuatoren zal het uitgangskoppel van pneumatische actuatoren de ontwerplimiet niet overschrijden. Men kan stellen dat, als de leidingklep is uitgerust met een pneumatische actuator, het risico op apparatuurfalen als gevolg van een te hoog koppel wordt geëlimineerd.

Explosiebestendig ontwerp

Als er gevaarlijke stoffen in de gebruiksomgeving aanwezig zijn, kan elektrische apparatuur een explosie veroorzaken. Beschermingsniveaus en -methoden in een gevaarlijke omgeving worden in dit artikel niet verder behandeld vanwege ruimtegebrek.

Desondanks moet nogmaals benadrukt worden dat explosieveilige apparatuur gebruikt moet worden in omgevingen met gevaarlijke materialen.

Vergeleken met conventionele elektrische actuatoren volgens industriële normen, zijn explosieveilige elektrische actuatoren voor pijpleidingkleppen duurder en complexer qua ontwerp. Zelfs bij gebruik van een pneumatische actuator in een gevaarlijke omgeving bestaat er geen explosiegevaar. Voor pneumatische actuatoren is het speciale ontwerp voor gevaarlijke omgevingen bovendien beperkt tot positioneerders, magneetventielen en eindschakelaars (figuur 1-3). Dienovereenkomstig zullen de kosten voor het bedienen van een pijpleidingklep met een pneumatische actuator met explosieveilige accessoires aanzienlijk lager liggen dan die van een explosieveilige elektrische actuator met dezelfde functie.

Positionering

Pneumatische actuatoren hebben een van de grootste nadelen. Wanneer de actuator halverwege de slag is, wordt de positionering complexer, wat betekent dat de positionering van de spoel van de regelklep lastiger wordt.

Vanwege de fysische eigenschappen van lucht is de positioneringsnauwkeurigheid van pneumatische actuatoren vele malen lager dan die van elektrische actuatoren. Als de elektrische actuator een stappenmotor gebruikt, is de positioneringsnauwkeurigheid ervan vele malen hoger dan die van een pneumatische actuator met een positioneerder. De laatstgenoemde kan alleen worden gebruikt in systemen die geen hoge positioneringsnauwkeurigheid of regelnauwkeurigheid vereisen. Pneumatische actuatoren die in pijpleidingkleppen worden gebruikt, hebben een eigen constructieve eigenschap: alle componenten van het besturingssysteem zijn aan de buitenkant van de actuator, of buiten de hoofdstructuur, gemonteerd. Om de bedrijfsmodus van uitgeschakeld naar aangestuurd te schakelen, moet de magneetklep worden vervangen door een positioneerder. Omdat deze twee componenten aan de buitenkant van de pneumatische actuator zijn gemonteerd en het ontwerp van het contactoppervlak hetzelfde is, is het gemakkelijker om de verdeler te verwijderen en de positioneerder te monteren. Met andere woorden, dezelfde pneumatische actuator kan zowel voor uitschakelen als voor aansturen worden gebruikt door de bijbehorende accessoires te vervangen (Figuur 1-2).