عملگرهای برقی و پنوماتیکیبرای شیرهای خط لوله: به نظر می‌رسد که این دو نوع محرک کاملاً متفاوت هستند و انتخاب باید بر اساس منبع تغذیه موجود در محل نصب انجام شود. اما در واقع این دیدگاه جانبدارانه است. علاوه بر تفاوت‌های اصلی و آشکار، آنها تعدادی ویژگی منحصر به فرد کمتر آشکار نیز دارند.

عملگرهای الکتریکی و پنوماتیکی دو مکانیزم محرک رایج در سیستم‌های اتوماسیون هستند. معمولاً تصمیم انتخاب عملگر در مرحله طراحی اولیه گرفته می‌شود و پس از نصب تا پایان چرخه عمر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

هنگام انتخاب نوع توان محرک، افراد اغلب پارامترهای محیط فرآیند در خط لوله را در نظر نمی‌گیرند، بلکه فقط به مواد مرجع داخلی طراح، وضعیت منبع تغذیه یا اینکه آیا سایت می‌تواند مقدار زیادی گاز پیش‌ساخته را تأمین کند یا خیر، توجه می‌کنند.

با این حال، در طول عملیات، اغلب متوجه می‌شویم که برخی از شیرها نیاز به مجهز شدن به عملگرها دارند، یا پارامترهای محیط فرآیند در برخی از شیرها تغییر می‌کند. در این صورت این سوال مطرح می‌شود: آیا باید عملگر اصلی را نگه دارم یا آن را با عملگر دیگری جایگزین کنم تا عملکرد بهبود یابد؟

عمر طولانی‌تر

این مقاله به معرفی و مقایسه ویژگی‌های اصلی عملکرد عملگرهای الکتریکی و پنوماتیکی می‌پردازد.

در شرایط عادی، تولیدکنندگان ۱۰،۰۰۰ چرخه عملکرد برای محرک‌های الکتریکی و ۱۰۰،۰۰۰ چرخه عملکرد برای محرک‌های پنوماتیکی را تضمین می‌کنند. بدیهی است که از نظر تعداد چرخه‌های عملکرد، محرک پنوماتیکی به دلیل ساختار ساده‌تر، عمر طولانی‌تری دارد. علاوه بر این، سطح تماس اصطکاکی محرک پنوماتیکی از الاستومر یا پلیمر ساخته شده است و حلقه‌های O فرسوده و عناصر راهنمای پلاستیکی به راحتی قابل تعویض هستند.

به عنوان یک محرک الکتریکی، معمولاً یک گیربکس کاهنده از موتور به شفت خروجی وجود دارد. چرخ دنده‌های زیادی وجود دارند که با یکدیگر درگیر می‌شوند و در حین کار فرسوده می‌شوند. همچنین شایان ذکر است که در کل چرخه عمر محرک پنوماتیک نیازی به تعویض گریس روان کننده نیست.

گشتاور

یکی از مهمترین پارامترهای عملکرد محرک‌های شیر خط لوله، گشتاور است. گشتاور یک محرک الکتریکی به طراحی (مولفه ثابت) و ولتاژ اعمال شده به استاتور بستگی دارد. گشتاور یک محرک پنوماتیکی به طراحی (مولفه ثابت) و فشار منبع هوای تأمین شده برای محرک پنوماتیکی بستگی دارد.

به طور کلی، گشتاور محرک باید بیشتر از حداکثر گشتاور شیر یا بیشتر از گشتاور مورد نیاز برای حرکت عنصر قطع کننده باشد. در استفاده واقعی، گشتاور واقعی شیر ممکن است بیشتر از حداکثر گشتاور ذکر شده توسط علامت تجاری سازنده و همچنین بیشتر از حداکثر گشتاور محرک باشد. این بدون شک یک وضعیت اضطراری است.

اگر به کار کردن محرک ادامه دهید، ممکن است به محرک و شیر آسیب برسد. اگر گشتاور شیر افزایش یابد، موتور به تدریج گشتاور را افزایش می‌دهد تا به مقدار بیرون کشیدن (مقدار بیرون کشیدن) برسد. این بدان معناست که ساختار مکانیکی مجبور به تولید و تحمل گشتاور بیش از حد فراتر از محدوده طراحی شده است.

محافظت در برابر گشتاور بیش از حد

برای جلوگیری از آسیب دیدن تجهیزات در شرایط فوق، می‌توان عملگر الکتریکی را به برخی وسایل خاص مجهز کرد. رایج‌ترین آنها سوئیچ گشتاور است که می‌تواند مکانیکی باشد (اصل کار رایج این است که چرخ‌دنده حلزونی در حالت گشتاور بیش از حد، به صورت محوری خطی حرکت می‌کند)؛ همچنین می‌تواند الکترونیکی باشد (اصل کار رایج اندازه‌گیری جریان استاتور یا اثر هال است). هنگامی که گشتاور از حداکثر مقدار طراحی شده فراتر رود، سوئیچ گشتاور می‌تواند ولتاژ استاتور را قطع کرده و موتور عملگر را متوقف کند. در عملگرهای پنوماتیک نیازی به محافظت در برابر گشتاور بیش از حد نیست. اگر گشتاور اعمال شده به شیر از حد مشخص شده فراتر رود، خواص فیزیکی هوای فشرده باعث می‌شود که عملگر پنوماتیک از حرکت باز ایستد. برخلاف عملگرهای الکتریکی، گشتاور خروجی عملگرهای پنوماتیک از حد طراحی تجاوز نمی‌کند. می‌توان در نظر گرفت که اگر شیر خط لوله به یک عملگر پنوماتیک مجهز باشد، خطر خرابی تجهیزات به دلیل گشتاور بیش از مقدار مشخص شده از بین می‌رود.

طراحی ضد انفجار

اگر کالاهای خطرناکی در محیط استفاده وجود داشته باشد، تجهیزات الکتریکی ممکن است باعث انفجار شوند. در مورد سطوح حفاظت و روش‌های حفاظت در محیط خطرناک، به دلیل محدودیت فضا، در این مقاله گنجانده نشده است.

با این وجود، هنوز هم لازم به تأکید است که تجهیزات ضد انفجار باید در محیط‌هایی با مواد خطرناک استفاده شوند.

در مقایسه با عملگرهای الکتریکی استاندارد صنعتی مرسوم، عملگرهای الکتریکی ضد انفجار برای شیرهای خط لوله گران‌تر و از نظر طراحی پیچیده‌تر هستند. حتی اگر عملگر پنوماتیکی در یک محیط خطرناک استفاده شود، هیچ خطر بالقوه انفجاری وجود ندارد. برای عملگرهای پنوماتیکی، طراحی ویژه برای محیط خطرناک نیز به پوزیشنرها، شیرهای برقی و کلیدهای محدودکننده محدود می‌شود (شکل 1-3). به همین ترتیب، اگر از یک عملگر پنوماتیکی با لوازم جانبی ضد انفجار برای کار با یک شیر خط لوله استفاده شود، هزینه آن به طور قابل توجهی کمتر از یک عملگر الکتریکی ضد انفجار با همان عملکرد خواهد بود.

موقعیت یابی

یکی از مهمترین کاستی‌های عملگرهای پنوماتیکی این است که وقتی عملگر به وسط کورس می‌رسد، موقعیت‌یابی پیچیده‌تر می‌شود، به این معنی که موقعیت‌یابی قرقره شیر کنترل دشوارتر می‌شود.

با توجه به ویژگی‌های فیزیکی هوا، دقت موقعیت‌یابی عملگرهای پنوماتیکی چندین برابر کمتر از عملگرهای الکتریکی است. اگر عملگر الکتریکی از موتور پله‌ای استفاده کند، دقت موقعیت‌یابی آن چندین برابر بیشتر از عملگر پنوماتیکی مجهز به پوزیشنر است. مورد دوم فقط برای سیستم‌هایی قابل استفاده است که به دقت موقعیت‌یابی یا دقت کنترل بالایی نیاز ندارند. عملگرهای پنوماتیکی مورد استفاده در شیرهای خط لوله، ویژگی‌های خاص خود را در طراحی ساختاری دارند: تمام اجزای سیستم کنترل روی سطح بیرونی عملگر یا خارج از سازه اصلی نصب می‌شوند. اگر نیاز به تغییر حالت عملکرد از خاموش به کنترل دارید، باید شیر برقی را با یک پوزیشنر جایگزین کنید. از آنجایی که این دو جزء در قسمت بیرونی عملگر پنوماتیکی نصب شده‌اند و طراحی سطح اتصال یکسان است، راحت‌تر می‌توان توزیع‌کننده را جدا کرده و پوزیشنر را نصب کرد. به عبارت دیگر، می‌توان با تعویض لوازم جانبی مربوطه، از همان عملگر پنوماتیکی برای خاموش کردن و کنترل استفاده کرد (شکل 1-2).