1. Классификация исполнительных устройств

Исполнительное устройство служит для изменения регулирующего воздействия в соответствии с сигналом, подаваемым на его вход от управляющего устройства. Исполнительное устройство в общем случае состоит из усилителя, серводвигателя и регулирующего органа.

Регулирующий орган может быть выполнен в виде вентиля, клапана, задвижки, крана, шибера, заслонки и др., которые устанавливаются на трубопроводах и газоходах с протекающими по ним жидкостью, газом, паром и т. п. Иногда исполнительный механизм (серводвигатель и регулирующий орган) выполняется в одном блоке.

В зависимости от вида применяемой вспомогательной энергии исполнительные механизмы можно разделить на гидравлические, пневматические и электрические. Гидравлические и пневматические исполнительные механизмы характеризуются: а) простотой конструкции; б) большими выходными моментами или усилиями при малых габаритах; в) высоким к.п.д.; г) большой надежностью. По своей конструкции эти серводвигатели исполнительных механизмов можно разделить на: 1) поршневые двигатели; 2) мембранные двигатели; 3) шестеренчатые двигатели.

Электрические исполнительные механизмы характеризуются: а) разнообразием типов электродвигателей; б) простотой питания в промышленных условиях; в) легкостью получения больших скоростей. В качестве серводвигателей электрических исполнительных механизмов используются: 1) двигатели постоянного тока; 2) двигатели переменного тока; 3) соленоидные или электромагнитные двигатели. Последние применяются обычно для перемещения регулирующего органа клапанного типа.

Выбор того или иного типа исполнительного механизма зависит от типа применяемого регулирующего устройства. В нефтяной промышленности большое применение находят пневматические исполнительные механизмы, отличающиеся надежностью действия и полной безопасностью в пожарном отношении. Выбор исполнительного механизма обычно определяется следующими основными факторами: 1) применяемым видом вспомогательной энергии; 2) величиной и характером требуемого перестановочного усилия или мощности; 3) допустимой инерционностью; 4) желательными габаритами и весом; 5) зависимостью рабочих характеристик от внешних влияний; 6) надежностью.

Исполнительные устройства общепромышленного применения должны удовлетворять ряду требований, связанных с их рабочими и эксплуатационными характеристиками, а также с конструкцией самих устройств.

Исполнительное устройство должно обеспечить заданную точность и скорость отработки сигналов, поступающих на вход исполнительного устройства. Точность отработки сигналов определяет в свою очередь необходимую чувствительность устройства и, следовательно, параметры входящих в него усилителей. Обычно чувствительность исполнительных устройств должна лежать в пределах от единиц до сотен милливольт.

Скорость отработки или быстродействие исполнительного устройства определяется временем перемещения регулирующего органа из одного крайнего положения в другое при подаче на вход исполнительного устройства максимального сигнала. Это время зависит от скорости вращения приводного двигателя и передаточного отношения редуктора. Выбор быстродействия исполнительного устройства осуществляется в зависимости от известных динамических характеристик регулируемого объекта.

Для обеспечения требуемого качества регулирования исполнительное устройство должно отрабатывать с малыми искажениями сигнала в определенной полосе частот. Выбег выходного вала при снятии управляющего сигнала, а также люфты в исполнительном устройстве, ухудшающие качество переходного процесса, должны быть по возможности небольшими.

С целью устранения выбегов регулирующего органа применяется торможение электрического двигателя. В электрических исполнительных механизмах, с номинальным моментом до 25 кгм допустимый выбег выходного вала не должен превышать 0,5°, а для механизмов с номинальным моментом выше 25 кгм — 1°. С целью уменьшения времени разгона двигателя, т. е. инерционности исполнительного механизма, пусковой момент двигателя обычно выбирается в 2—2,5 раза больше номинального момента. Время полного оборота выходного вала Т_м и номинальный момент М_н на выходном валу электрических исполнительных механизмов выбираются в соответствии с ГОСТом на исполнительные механизмы. Для исполнительных устройств переменной скорости время полного оборота выходного вала определяется при максимальной скорости вращения двигателя и номинальной нагрузке.

Максимальный рабочий угол поворота выходного вала исполнительных механизмов может быть равным 90°, 120°, 180°, 270° — и для многооборотных механизмов 360°-n, где n — целое число.

Питание электрических исполнительных механизмов в соответствии с ГОСТ 7192—51 может осуществляться от сети переменного тока промышленной частоты 50 гц с напряжением 127, 220 или 300 в. Колебания напряжения сети в пределах от + 5 до —15% от номинального значения не должны сказываться на нормальной работе исполнительного механизма.

Исполнительные механизмы должны иметь устройство дистанционного управления регулирующим органом. Кроме того, для ручного перемещения регулирующего органа исполнительные механизмы с номинальным моментом на выходном валу свыше 6 кгм должны иметь штурвалы.

Для отключения двигателя при достижении регулируемым органом крайних положений исполнительные механизмы должны иметь концевые выключатели. В случае многооборотных исполнительных устройств концевые выключатели должны допускать вращение вала на 360°n оборотов.

Исполнительные устройства должны надежно работать в промышленных условиях, а в некоторых случаях должно быть предусмотрено выполнение исполнительного механизма для работы во взрывоопасной среде.

Исполнительные устройства должны быть надежными и простыми в эксплуатации. С этой точки зрения предпочтение следует отдать бесконтактным исполнительным устройствам.

Исполнительные устройства с электродвигательным приводом в свою очередь можно разбить на две подгруппы: с контактным и бесконтактным управлением электродвигателем.

Для управления исполнительным двигателем исполнительного устройства с контактным управлением, применяются реле и контакторы, обеспечивающие включение, отключение и реверсирование двигателя. Исполнительные устройства этой группы обычно выполняются с постоянной скоростью перемещения регулирующего органа независимо от величины управляющего сигнала, подаваемого на вход исполнительного устройства.

Принципиально можно получить и переменную скорость вращения вала исполнительного устройства с контактным управлением, если использовать импульсный режим работы двигателя. Однако такие исполнительные устройства имеют пока ограниченное применение.

Большинство исполнительных устройств постоянной скорости выполняются с реверсивными схемами управления двигателями.

Наряду с этим имеются исполнительные устройства постоянной скорости, в которых двигатели всегда вращаются в одном направлении, например, двухпозиционные исполнительные механизмы типов ДР и ДР-1.

Исполнительные устройства с нереверсивным электродвигателем по конструктивному выполнению могут быть с вращательным движением выходного вала или с поступательным перемещением выходного штока. В некоторых исполнительных устройствах (например, типов ПΡ и ДР) предусмотрено по выбору вращательное или поступательное движение.

Исполнительные устройства с вращательным движением выходного вала в зависимости от конструкции приводимого ими регулирующего органа могут выполняться как однооборотные, так и многооборотные или постоянно вращающиеся. Многооборотные исполнительные механизмы предназначены в основном для перемещения запорных вентилей и задвижек.

В исполнительных устройствах с бесконтактным управлением для управления двигателями могут быть использованы электронные, магнитные или полупроводниковые усилители, а также их комбинации.

Бесконтактные исполнительные устройства могут быть выполнены с переменной и постоянной скоростью вращения выходного вала. В этих исполнительных устройствах целесообразно применять только реверсивные схемы управления двигателем, обеспечивающие остановку регулирующего органа в любом промежуточном положении.

Бесконтактные исполнительные устройства по конструктивному выполнению могут иметь также вращательное движение выходного вала или поступательное движение выходного штока. Устройства с вращательным движением могут быть однооборотными, многооборотными или постоянно вращающимися.

Приведенная классификация охватывает только основные типы исполнительных устройств.