Vloga in varnostna vrednost mehanizma ponastavitve vzmeti pnevmatskih aktuatorjev

V krmilnih sistemih industrijske avtomatizacije so pnevmatski aktuatorji ključni del povezovanja krmilnih signalov in gibanja ventilov, kar neposredno določa varnost in stabilnost proizvodnega procesa. Ker je osrednji del vzmetno{1}}povratnih pnevmatskih aktuatorjev, mehanizem za ponastavitev vzmeti ne sodeluje pri celotnem procesu delovanja aktuatorja. Namesto tega se aktivira pod določenimi pogoji delovanja, sprosti vnaprej-shranjeno elastično potencialno energijo in potisne ventil nazaj v vnaprej nastavljen varen položaj ter tako postane "varuh varnosti" industrijskega sistema. Ta članek bo sistematično analiziral glavne scenarije uporabe vzmetnega povratnega mehanizma in razkril njegovo kritično vrednost v ekstremnih pogojih.

Glavni sprožilni scenarij 1: Okvara sistema vira zraka, prekinitev zračnega tlaka ali nenaden padec

Vir plina je vir energije pnevmatskega aktuatorja. Ko sistem za dovod stisnjenega zraka prekine cev, zaustavitev kompresorja, odpoved ventila in podobno, bo tlak v zračni komori aktuatorja hitro padel ali celo popolnoma izginil. V tem času se takoj aktivira vzmetni povratni mehanizem, kar je glavni scenarij uporabe. vzmet-ponastavitveni aktuator deluje v bistvu kot pnevmatski pogon-vzmetno shranjevanje energije-sproščanje-sproščeno ob izgubi plina"proces pretvorbe energije: med normalnim delovanjem stisnjen zrak vstopi v komoro, poganja bat in stisne notranjo vzmet za shranjevanje energije, odpiranje in zapiranje ventila. Ko zračni tlak pade pod kritično vrednost sile vzmeti, vzmet sprosti elastična potencialna energija, ki potisne bat v nasprotno smer in hitro povrne ventil v prednastavljeno varno stanje.

To je še posebej pogosto v petrokemični industriji. Pri zasilnem zapornem ventilu cevovodov za surovo nafto je vzmetni ponastavitveni mehanizem običajno nastavljen na "odpri ventil in zapri ventil", kar pomeni, da odpre ventil in zagotovi prenos med normalnim postopkom oskrbe s plinom. Ko je dovod plina prekinjen, vzmetna sila takoj požene ventil, da se zapre, prekine pretok surove nafte in prepreči večje nesreče, kot sta požar in eksplozija, ki jo povzroči uhajanje medija. Podatki iz uporabe LIT-ovih vzmetnih-pnevmatskih aktuatorjev v skladiščih zemeljskega plina kažejo, da je povprečni odzivni čas njegovega mehanizma za ponastavitev vzmeti po prekinitvi oskrbe s plinom manj kot 0,5 sekunde, kar je veliko hitreje od ročnega posredovanja, ki kupi kritičen čas za nadzor nesreče.

Scenarij osnovnega proženja 2: nenormalni kontrolni signali in prekinitev sistemskega ukaza

Sodobni industrijski nadzorni sistemi temeljijo na usklajenem prenosu električnih in pnevmatskih signalov. Ko krmilna zanka ne deluje pravilno, se aktivira vzmetni mehanizem za ponastavitev, da se zagotovi varnost sistema, tudi če je vir plina normalen. Ti vključujejo dve glavni situaciji: ena je prekinitev prenosa krmilnega signala, kot je izgorevanje tuljave elektromagnetnega ventila ali izhodnega modula PLC, ki preprečuje normalno preklapljanje pnevmatske poti; drugi je konflikt logike signala, ki sistemu preprečuje izdajanje jasnih akcijskih ukazov. V tem primeru vzmetni ponastavitveni mehanizem deluje kot "privzeta krmilna enota", ki ignorira nenormalni signal in požene ventil v ponastavitev v skladu s prednastavljenim programom.

Ta vrsta zaščitnega mehanizma je zelo pomembna v sistemih napajalne vode kotlov v energetiki. Pogon vzmetnega ponastavitve dovodnega ventila ventila napajalne vode kotla je nastavljen na način ,,zapiranje plina, odpiranje vzmeti''. Ko pride do motenj pri prenosu signala sistema za nadzor nivoja vode, sila vzmeti odpre ventil, kar zagotavlja neprekinjeno oskrbo z vodo in preprečuje eksplozijo kotla zaradi suhe toplote. Primer italijanskega aktuatorja Sirca AP06S12BG2BIS kaže, da njegova modularna vzmetna škatla omogoča prilagajanje sile vzmeti za izpolnjevanje različnih zahtev glede natančnosti krmiljenja. To zagotavlja zanesljivo ponastavitev v primeru anomalije signala, hkrati pa preprečuje preregulacijo ventila in poškodbe sedeža ventila.

3. scenarij osnovnega sprožilca: Ukaz za zaustavitev v sili, aktiviranje varnosti.

V panogah, kjer so varnostne zahteve izredno visoke, kot sta kemična industrija in farmacevtska industrija, bo sistem nadzornega sistema izdal ukaz za zaustavitev v sili, ko se proizvodni sistem sooči s procesnimi anomalijami, kot so previsoka temperatura, tlak in puščanje medija. V tem primeru se mehanizem ponastavitve vzmeti aktivira kot aktivna varnostna naprava. Za razliko od pasivne aktivacije med izpadom dovoda zraka, v tem primeru sistem aktivno odvaja stisnjen zrak iz zračne komore aktuatorja, kar ustvarja "okolje izgube plina", v katerem vzmet hitro požene ventil nazaj na svoje mesto za postopek zapiranja ali izolacije v sili.

Ko temperatura v reaktorju preseže varnostni prag pri krmiljenju dovajanja reaktorjev za farmacevtsko vmesno sintezo, sistem ESD takoj sproži vzmetni povratni aktuator: vzmetni reduktor dovodnega ventila požene ventil, da se zapre in prekine dovod surovin; istočasno vzmetni reduktor odzračevalnega ventila poganja ventil, da se odpre, sprosti tlak v reaktorju, kar ustvari dvojno varnostno jamstvo. V tem načinu aktivnega proženja odzivna hitrost povratnega vzmetnega mehanizma neposredno vpliva na resnost nesreče. Aktuatorji s povratno vzmetjo, ki so skladni s standardi ISO 5211, lahko nadzorujejo zakasnitev delovanja na manj kot 100 milisekund.

Scenariji pomožne uporabe: vzdrževanje sistema in prilagoditev posebnih obratovalnih pogojev

Poleg zgoraj omenjenih osnovnih varnostnih scenarijev ima vzmetni povratni mehanizem pomembno vlogo pri dnevnem vzdrževanju in posebnih pogojih delovanja sistema. Delavci bodo zaprli ventil za dovod zraka, ko izvajajo pnevmatski preskus zrakotesnosti cevovoda ali vzdrževanje aktuatorja. V tem času bo vzmetni povratni mehanizem potisnil ventil nazaj v varen položaj, da prepreči nenameren pretok medija med vzdrževanjem, kar bi povzročilo poškodbe osebja. Dejanski podatki podjetja Shanghai Shangzhao Valves kažejo, da je stopnja varnostnih nesreč pri ventilih z vzmetnimi povratnimi mehanizmi za več kot 60 % nižja kot pri običajnih ventilih.

Konstrukcijske prednosti vzmetnega povratnega mehanizma so očitne v omejenem prostoru ali slabem okolju. Odpravlja potrebo po dodatnih virih povratnega vetra ali motorjih, kar ima za posledico bolj kompaktno strukturo, primerno za zaprte prostore, kot so ladijske palube in podzemni komunalni tuneli. Poleg tega lahko z uporabo vzmetnih materialov, odpornih na-oksidacijo in visoke/nizke{3}}temperature, deluje enakomerno v ekstremnih pogojih od -50 stopinj do 150 stopinj, kar zagotavlja zanesljiv povratek v hladnih naftnih poljih in visokotemperaturnih kotlih.

Varnostna vrednost vzmetnih povratnih mehanizmov: od pasivne zaščite do aktivne zaščite

Bistvena funkcija mehanizma ponovnega zagona dela spomladi je izgradnja »zadnje obrambne linije« industrijskega sistema. Vrednost je izražena v treh vidikih: prvič, neodvisnost od napake --dejanje popolne ponastavitve brez zunanjega napajanja, izogibanje kaskadnemu tveganju ``izpada električne energije --okvare varnostne naprave ''; drugič, deterministično delovanje-prednastavljeni načini "zračno odprta vzmet-zapiranje" ali "zračno odprta vzmet-odprta" zagotavljata predvidljive položaje metuljastih loput ventilov v primeru okvare, kar zagotavlja jasne pogoje za poznejšo okvaro; in tretjič, široka prilagodljivost --modularna oblika vzmetne škatle, ki omogoča velikost ventila s spremenljivim navorom od 350 N do 300 m.

Z vidika industrijske uporabe so vzmetni povratni mehanizmi postali standardna komponenta sistema varnostnih ključev. V živilski in farmacevtski industriji preprečujejo kontaminacijo medijev, ko odpovejo viri plina; v sistemih za čiščenje vode preprečujejo prekinitev procesov čiščenja odpadne vode zaradi motenj v oskrbi s plinom; in v sistemih HVAC zagotavljajo, da se amortizerji samodejno izklopijo, da preprečijo širjenje dima in ognja med požari. Ti scenariji uporabe skupaj kažejo, da vzmetni povratni mehanizem ni izbirni-dodatek, ampak osnovna podpora za implementacijo koncepta »varne-varne« zasnove v sodobnih sistemih industrijske avtomatizacije.

Zaključek: jedro varnostne zasnove je kombinacija preventive in nadzora.

Uporaba vzmetnega povratnega mehanizma v pnevmatskih aktuatorjih je vedno osredotočena na "varnost". Naj gre za pasivno zaščito pred izpadom vira plina ali aktivno odzivanje na ukaze v sili, je bistvo sistema kompenzacija morebitnih tveganj z zanesljivostjo mehanskih struktur. Z napredkom industrije 4.0, čeprav se inteligentna raven nadzornega sistema izboljšuje, vzmetni povratni mehanizem kot varnostni mehanizem, ki temelji na fizikalnih principih, še vedno zavzema nenadomestljiv položaj na področju industrijske varnosti zaradi hitre odzivnosti, nezadostne zunanje moči in močne prilagodljivosti ekstremnim okoljem. V praktični uporabi bi morali izbrati metodo ponastavitve glede na zahteve procesa, prilagoditi parametre sile vzmeti, redno preverjati delovanje vzmeti, zagotoviti, da ta "varnostna linija" res deluje, in zagotoviti stabilno delovanje industrijske proizvodnje.