Управляемая арматура с механическим электрическим приводом

Стоит отметить, что электроэнергия для управления арматурой используется и в приводах, одним из основных узлов которых является электромагнит, и которые поэтому называют ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ.

ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ применяют для комплектования запорной и регулирующей арматуры (в последнем случае их часто называют электрическими исполнительными механизмами).

ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ могут устанавливаться непосредственно на арматуре или в месте, удобном для обслуживания, а управление арматурой в этом случае производится дистанционно через соответствующие передаточные элементы (муфты, валы и т.п.). В этом варианте электроприводы часто устанавливаются на специальные колонки, в связи с чем их называют колонковыми. Такая схема применяется на тепловых и атомных электростанцияхи в некоторых других случаях.

Использование электроприводов для управления арматурой все больше расширяется. Это объясняется автоматизацией технологических процессов, в которых применяется арматура, повышением параметров рабочих сред, требованиями повышения скорости срабатывания арматуры и рядом других условий, вытекающих из современного уровня технологии в отраслях – потребителях арматуры.

Эти обстоятельства приводят к увеличению спроса на электроприводную арматуру и расширению номенклатуры выпускаемых приводов. Так, наряду с традиционными многооборотными приводами для задвижек и запорных клапанов выпускаются ОДНООБОРОТНЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ для шаровых кранов, поворотных дисковых затворов и заслонок.

Сейчас более тридцати арматуростроительных предприятий России и других стран СНГ выпускают арматуру, которая предусматривает комплектацию её электроприводами. При этом имеются ввиду приводы не только основного традиционного их изготовителя – специализированного завода «Тулаэлектропривод», но и десятка других заводов в различных регионах страны.

Для того, чтобы электропривод мог осуществлять функции управления арматурой, в его конструкции предусматриваются следующие основные узлы:

• электродвигатель – источник движения для закрывания и полного открывания прохода арматуры, а также для остановки затвора в любом промежуточном положении, которые осуществляются нажатием соответствующих кнопок на пульте управления;
• редуктор, при помощи которого передается движение от электродвигателя к выходному валу привода, соединенному с механизмом перемещения затвора арматуры;
• путевой выключатель – для передачи сигнала на пульт управления о положении затвора и его автоматической остановки в заданном положении;
• устройство (как правило, муфты) ограничения крутящего момента – для защиты электродвигателя от перегрузок путем автоматической его остановки при достижении заданной величины крутящего момента на выходном валу;
• ручной дублер – для ручного управления арматурой при пуско-наладочных работах и при аварийном отсутствии электропитания привода.

Перечисленные здесь узлы могут иметь различные конструктивные исполнения в электроприводах, выпускаемых разными заводами, различных по мощности и предназначенных для разных условий эксплуатации. Однако общим для всех электроприводов является обязательный набор тех функций, которые здесь были названы.

Для электроприводов, которые устанавливаются непосредственно на арматуру, следует отметить два момента:

• соединение привода с корпусными деталями арматуры;
• зацепление выходного вала привода с соответствующим элементом арматуры, передающим движение на ее затвор.

Корпус привода имеет фланец (обычно квадратный), который устанавливается на соответствующий фланец, имеющийся на крышке арматуры. Центровка привода относительно оси шпинделя арматуры обеспечивается специальным посадочным пояском. Крепление осуществляется четырьмя шпильками и гайками.

Выходной вал привода имеет на своем торце кулачки, которые входят в зацепление с соответствующей кулачковой муфтой арматуры. В некоторых случаях вместо кулачков на выходном валу привода выполняется внутренний квадрат, в который входит соответствующий наружный квадрат хвостовика арматуры. Сразу отметим, что соединение при помощи квадрата используется для электроприводных клапанов малых DN. На клапанах больших DN и задвижках устанавливаются электроприводы, передающие движение на арматуру через кулачковое зацепление.

Управление арматурой включает в себя не только осуществление необходимых перемещений затвора. В запорном органе должны быть созданы усилия, необходимые для обеспечения герметичности при закрывании арматуры и нормального её открывания.

Усилия, развиваемые приводом, должны преодолевать воздействия рабочей среды на элементы запорного органа. Эти воздействия зависят от типа арматуры и конструктивного исполнения запорного органа, но прежде всего – от главных параметров арматуры: диаметра трубопровода и рабочего давления среды. Разумеется, чем больше диаметр и чем больше давление, тем более мощным должен быть привод для управления конкретным типоразмером арматуры. Поэтому для приводного устройства из многих его характеристик главной, определяющей можно назвать характеристику силовую. Выражается эта характеристика величиной крутящего момента (Мкр), который развивается на выходном валу привода и передается на соответствующий механизм арматуры.

Многообразием номинальных диаметров и давлений рабочей среды с учетом конструктивных разновидностей арматуры объясняется очень широкий диапазон величин крутящих моментов, которые должны развивать электроприводы для управления арматурой. Этот диапазон ориентировочно составляет от 2,5 до 1000 кгс. м.

Совершенно очевидно, что технически очень сложно, а экономически абсолютно нецелесообразно пытаться создать такой привод, который мог бы справиться с управлением арматурой любых типов, диаметров и давлений.

Многооборотные электроприводы, которые устанавливаются непосредственно на арматуру (кроме электроприводов для арматуры энергетической) делятся на шесть типов: М, А, Б, В, Г, Д.

 Каждый тип привода отличается величиной максимального крутящего момента (Мкр) на выходном валу:

Каждый из этих типов приводов имеет немало различных исполнений, которые характеризуют:

• одностороннее или двустороннее ограничение крутящего момента;
• диапазоны регулирования Мкр (например, привод А может быть отрегулирован на Мкр 2,5-6 и 6-10 кгс. м., а привод В – на Мкр 25-63 и 63-100 кгс.м.);
• способы подключения электрокабеля (сальниковое или штепсельное);
• скорость вращения выходного вала;
• передаточное отношение редуктора;
• мощность электродвигателя;
• диапазон количества оборотов выходного вала;
• исполнения по взрывозащите и некоторые другие.

Число исполнений каждого типа привода бывает весьма значительным. Так, наиболее часто применяемые приводы типа А имеют 33, Б-36, В-81 исполнение.

Но независимо от исполнений каждый тип привода имеет только ему присущие присоединительные размеры, которые по своим прочностным характеристикам соответствуют передаваемому Мкр. Таким образом, по присоединительным размерам (но не по другим характеристикам!) все приводы одного типа – взаимозаменяемы. А устанавливать на арматуру один тип привода вместо другого – невозможно (не состыкуются фланцы и зацепления).

Устройства эти чаще всего выполняются в виде электромеханических муфт, сочетающих в себе пружины, настроенные на определённые усилия и контактные выключатели, передающие сигнал на отключение электродвигателя, когда достигнута заданная величина усилия на выходном валу привода.

Муфты могут иметь различные конструктивные исполнения, но принципиально они делятся на два вида – одностороннего и двустороннего действия (их соответственно называют: односторонняя или двусторонняя муфта ограничения крутящего момента). Первые срабатывают только при закрытии, а вторые – как при закрытии, так и при открытии арматуры.

Применение электроприводов с двусторонней муфтой необходимо, если в конструкции арматуры (запорных клапанах, задвижках) имеется «верхнее уплотнение» для защиты сальника от воздействия рабочей среды. Для использования верхнего уплотнения перемещение затвора арматуры при открытии должно происходить до упора, что может вызывать недопустимую нагрузку на электродвигатель.

Ранее также указывалось, что электропривод снабжен путевым выключателем, при помощи которого обеспечивается остановка привода в требуемом положении (крайнем или промежуточном) и сигнализация на пульт положений затвора арматуры. Эти узлы встраивают в конструкцию привода, или выполняют в виде самостоятельных комплектующих изделий. Но в любом случае, главной характеристикой путевого выключателя является диапазон числа оборотов выходного вала привода для полного закрытия или открытия комплектуемой арматуры. Это связано с тем, что путевые выключатели нецелесообразно делать универсальными, пригодными для арматуры любого DN (с числом оборотов шпинделя для полного хода затвора от 1 до 800). Поэтому путевые выключатели имеют различные исполнения по этой характеристике.

В подтверждение этого положения ниже приведены некоторые примеры, свидетельствующие о различных исполнениях электроприводов по числу оборотов приводного вала. Так, каждый из приводов нормального (не взрывозащищенного) исполнения с двусторонними муфтами ограничения Мкр, выпускаемых заводом «Тулаэлектропривод» и некоторыми другими заводами, имеет по несколько исполнений, учитывающих диапазон числа оборотов выходного вала (соответствующие путевые выключатели встроены в конструкцию привода):

Электроприводы завода «Тулаэлектропривод» с односторонней муфтой ограничения крутящего момента, а также электроприводы типа «Б» завода «Киевпромарматура» имеют по три диапазона числа оборотов выходного вала. Каждое из таких исполнений привода комплектуется своим путевым выключателем:

Из этого следует, что при комплектации арматуры электроприводом должны учитываться не только его силовая характеристика (Мкр), но и возможности путевого выключателя обеспечить выполнение своих функций в диапазоне числа оборотов шпинделя арматуры, необходимом для ее открывания и закрывания. Очевидно, что для задвижек малых и больших диаметров не должны использоваться одни и те же путевые выключатели. В качестве примера рассмотрим, как могут применяться электроприводы типа «Б» для комплектации задвижек различных DN:

Отсюда видно, что, например, если задвижка DN 150 в соответствии с необходимым Мкр комплектуется приводом Б, то исполнение привода должно иметь число оборотов выходного вала от 6 до 36. Если же приводом Б комплектуется задвижка DN 200 или более, то привод следует применять с числом оборотов от 36 до 200.

Из сказанного следует сделать вывод о необходимости применять для комплектования арматуры только такой привод, путевой выключатель которого обеспечит число оборотов, необходимое для полного рабочего хода затвора арматуры. Эта характеристика привода включена в одно из его исполнений и обязательно должна учитываться при выборе электропривода. Об этом здесь нелишне напомнить, так как в практике нередко встречается пренебрежительное отношениек комплектации электроприводов путевыми выключателями.

Если ранее выпускалась арматура с электроприводом, то теперь в большинстве случаев выпускается арматура, как говорят «под электропривод». Поэтому заказчикам приходится самостоятельно приобретать электроприводы для комплектации арматуры. При этом нередко возникают вопросы о возможности замены требуемых приводов на другие. В такой ситуации для привода должно быть выбрано то из его многих исполнений, которое в наибольшей степени будет отвечать характеристикам комплектуемой арматуры и условиям её эксплуатации.

Но в любом случае при подборе электропривода изначально следует руководствоваться технической документацией завода-изготовителя комплектуемой электроприводной арматуры.

Более подробная информация представлена в следующих видеороликах: