Плешков А.С. Стандартизация для пневмоприводов и систем управления ТПА

С приходом на российский рынок оборудования, сконструированного за рубежом, актуальность стандартов ISO 5211; ISO 5210; VDE3845 стала заметна и для российского рынка ТПА, причем настолько, что ГОСТ Р 55510-2013 практически полностью цитирует стандарты ISO 5210 и 5211.

Можно положительно оценить стремление авторов стандарта не придумывать очередной велосипед, а, воспользовавшись мировым практическим опытом в части присоединения ТПА и привода, распространить его в виде стандарта РФ, а затем и в качестве стандарта Таможенного союза. Тем более что фактически данная стандартизация негласно была внедрена на территории РФ уже несколько десятков лет назад с приходом на российский рынок мировых лидеров по производству приводов для ТПА.

В четвертьоборотных пневмоприводах конструкции типа «рейка-шестерня» («RACK AND PINION») пневматические порты наиболее часто выполнены в соответствии со стандартом, выпущенным международной ассоциацией пользователей технологии автоматизации в промышленности NAMUR. В российском обиходе прижилось сленговое название «присоединение по NAMUR» или «NAMUR-интерфейс». Данный стандарт определяет геометрию присоединительной поверхности и размер портов пневмопривода.

Стандартизированная присоединительная поверхность позволяет легко установить пневматическое оборудование для управления пневмоприводом, выполненное со стыковочной поверхностью по данному стандарту. Наиболее часто применяемое пневматическое управляющее устройство – распределитель (пневматический, электропневматический). Распределитель, выполненный по данному стандарту, своими выходными пневматическими портами стыкуется с входными портами пневмопривода.

По сути, распределитель притягивается своей плоскостью к плоскости пневмопривода. Пневматические порты совпадают и уплотняются через эластомерные прокладки (рис 3). Пневматическая герметичность между приводом и распределителем обеспечивается данным соединением.

Несомненным плюсом данного метода стыковки является отсутствие необходимости применения выходных фитингов на распределителе и входных фитингов на пневмоприводе, а также пневматических трубок. Кроме того, симметричность стыковочной поверхности позволяет «перевернуть» распределитель на 180 градусов и получить противоположную логику работы связки пневмораспределитель-пневмопривод в случае применения пневмопривода двухстороннего действия и распределителя типа 5/2 (рис. 1, 2).

Данная возможность позволяет при монтаже и пуско-наладочных испытаниях легко исправить ошибки в логике работы пневмопривод-распределитель, допущенные на этапе проектирования. Например, если при подаче напряжения на катушку моностабильного электропневмораспределителя запорный элемент арматуры должен перейти в положение «закрыто», а фактически происходит наоборот, то поворот электропневмораспределителя на 180 градусов и, как следствие, иное соединение пары портов пневмопривод-распределитель приведет логику работы к необходимой.

Но, как часто бывает, в технике положительные свойства уравновешиваются отрицательными техническими особенностями.

Одним из главных минусов стыковки пневматического оборудования по интерфейсу NAMUR является пропускная способность данного соединения. Пропускная способность пневматических элементов и портов пневмопривода непосредственно влияет на скорость работы пневматического привода. По данному стандарту диаметр пневматических портов составляет ¼ дюйма.

Для создания достаточно большого момента на выходном валу требуется применять пневмоприводы с относительно большим объёмом пневматических полостей цилиндров. Например, для создания момента на выходном валу пневмопривода двухстороннего действия в 700 НМ при давлении воздуха в 6 бар требуется цилиндр объёмом порядка 17 литров.

Для заполнения цилиндра данного объёма через подходящий порт сечением ¼ дюйма требуется большой (по меркам пневматических приводов) промежуток времени. Соответственно при движении привода в обратную сторону (при реверсе) необходимо не только подать давление воздуха в другую полость, но и стравить (сбросить в атмосферу) данный объём воздуха через аналогичный порт проходным сечением ¼ дюйма.

По практическим наблюдениям, в пневмоприводах типоразмером до 500 НМ влияние дросселирования напорного и выхлопного порта из-за проходного сечения, выполненного по стандарту NAMUR, незначительное. В типоразмерах выше 500 НМ вышеуказанное дросселирование является значительным и приводит к увеличению времени цикла в данном ряду типоразмеров до 10 секунд.

И вследствие того, что порты пневмопривода, выполненного в соответствии с рассматриваемым стандартом NAMUR, имеют постоянное и неизменное значение в ¼ дюйма, практически увеличить быстродействие пневмопривода, а следовательно и запорного (или регулирующего) элемента трубопроводной арматуры, технически не представляется возможным.

Также глобальным техническим недостатком применения распределителя со стыковочной поверхностью по NAMUR является отсутствие возможности поместить некий пневмоэлемент в пневмосхему между распределителем и пневмоприводом. По сути, применение распределителя со стыковочной поверхностью по NAMUR автоматически определяет вышеуказанный распределитель конечным (последним) элементом пневматической схемы. Довольно часто возникает необходимость применить пневматическую систему управления пневмоприводом ТПА таким образом, чтобы распределитель управлял приводом не напрямую, а через другой пневматический элемент.

Классический пример данного опосредованного управления – это реализация задачи «запереть» воздух в полости пневмопривода ТПА и предотвратить самопроизвольное движение запорного или регулирующего элемента арматуры под действием рабочей среды в случае пропадания давления воздуха КИП в пневматической системе управления приводом. При решении данной задачи между распределителем и пневмоприводом применяется клапан блокировки.

При нормальном значении воздуха КИП клапан блокировки пропускает давление воздуха от распределителя к пневмоприводу, и распределитель управляет в штатном режиме пневмоприводом ТПА. При исчезновении давления воздуха КИП клапан блокировки запрет воздух в полости пневмопривода и не позволит сбросить его через распределитель. Как было указано выше, при применении распределителя со стыковочной поверхностью NAMUR в пневматической системе невозможно применить пневмоэлемент, расположенный между распределителем и пневмоприводом (рис 4).

Автор статьи надеется, что рассмотренные в данном материале особенности применения пневматических приводов и пневматических систем управления позволят сделать более осознанный и технически обоснованный выбор при проектировании и эксплуатации ТПА с пневмоприводом.

Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя», № 6 (55) 2019