Wissen über Ventilmotor!

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von yinkuilin6868 am 21.12.2015 um 10:14 geändert. Elektrische Antriebe für Ventile sind unverzichtbare Steuergeräte, um die programmierte, automatische oder ferngesteuerte Bedienung von Ventilen zu ermöglichen. Der Bewegungsablauf kann dabei durch die Länge der Bewegung, den Drehmoment oder die axiale Kraft gesteuert werden. Die Betriebeigenschaften und die Auslastung der elektrischen Antriebe für Ventile hängen vom Typ des Ventils, den Betriebsvorgaben des Antriebs sowie von der Position des Ventils in den Leitungen oder Geräten ab. 1. Elektrische Antriebe bestehen in der Regel aus den folgenden Komponenten: Ein spezieller Elektromotor, der durch eine hohe Überlastfähigkeit, einen großen Anlaufdrehmoment sowie einen geringen Drehimpuls gekennzeichnet ist. Zudem gibt es ein Reduziergetriebe, das dazu dient, die Drehzahl des Motors zu verringern. Ein Stellmechanismus sorgt für die präzise Steuerung der Öffnungs- und Schließposition der Ventile. Ein Drehmomentbegrenzer dient dazu, das Drehmoment – oder den Druck – auf einen bestimmten Wert zu begrenzen. Es gibt außerdem einen manuell/elektrischen Umschaltmechanismus, der eine manuelle oder elektrische Bedienung ermöglicht. Ein Öffnungsanzeiger zeigt an, in welcher Position sich das Ventil während des Öffnungs- und Schließvorgangs befindet.

2. Je nach Typ des Ventils wird ein passender elektrischer Aktuator gewählt. Bei Ventilen mit Winkelbewegung – also solchen, bei denen der Winkel unter 360 Grad liegt – eignen sich Winkelaktuatoren. Diese werden beispielsweise bei Schmetterlingsventilen, Kugelventilen oder Drehventilen verwendet. Die Drehung der Ausgangsachse des elektrischen Aktuators beträgt weniger als eine Umdrehung, also weniger als 360 Grad; in der Regel reichen bereits 90 Grad aus, um den Öffnungs- und Schließvorgang der Ventile zu steuern. Solche elektrischen Aktuatoren werden je nach Art der Befestigungsanschlüsse in Typen mit direkter Verbindung und Typen mit Kränzchen am Sockel unterteilt. Direkte Verbindung: Bezeichnet die Bauweise, bei der die Ausgangswelle des elektrischen Aktuators direkt mit dem Ventilstab verbunden ist. Krangenbasierte Verbindung: Bezeichnet die Bauweise, bei der die Ausgangswelle über eine Kralle mit dem Ventilstab verbunden wird. Mehrdrehungselektrische Aktuatoren – Mehrdrehungselektrische Aktuatoren (Winkel > 360 Grad) – eignen sich für Klappventile, Steuerventile usw. Die Drehung der Ausgangswelle des elektrischen Aktuators beträgt mehr als eine Umdrehung, also mehr als 360 Grad. In der Regel sind mehrere Umdrehungen erforderlich, um den Öffnungs- und Schließvorgang der Ventile zu steuern. Geradliniger Bewegungsweg – Geradlinige Bewegung ist geeignet für Einzel sitzige Regelventile, Doppel sitzige Regelventile usw. Die Bewegung der Ausgangsachse des elektrischen Aktuators ist eine lineare Bewegung, keine Drehbewegung. Der Steuermodus des elektrischen Aktuators wird in Abhängigkeit von den Anforderungen der Produktionsprozesssteuerung festgelegt. Der Steuermodus des elektrischen Aktuators kann schaltend sein (Offenkreissteuerung). Elektrische Aktuatoren mit schaltendem Steuermodus dienen in der Regel dazu, die Ventile zu öffnen oder zu schließen. Die Ventile befinden sich entweder in der vollständig geöffneten oder in der vollständig geschlossenen Position. Für solche Ventile ist keine präzise Steuerung des Durchflusses des Mediums notwendig. Besonders hervorzuheben ist, dass sich Schaltnetzwerk-Antriebe aufgrund ihrer verschiedenen Konstruktionsformen weiterhin in getrennte und integrierte Bauweisen unterteilen lassen. Bei der Auswahl muss dies berücksichtigt werden; andernfalls kommt es oft während der Inbetriebsetzung zu Unstimmigkeiten, wie z. B. Konflikten mit dem Steuerungssystem. 1. Trennstruktur (meist als Standardtyp bezeichnet): Die Steuereinheit ist vom elektrischen Aktuator getrennt. Der elektrische Aktuator kann die Ventile nicht alleine steuern – es ist daher eine zusätzliche Steuereinheit erforderlich. In der Regel wird dazu ein externer Controller oder eine Steuerungskabine verwendet. Der Nachteil dieser Konstruktion ist, dass eine Gesamtinstallation des Systems erschwert wird, die Kosten für Verkabelung und Installation steigen, außerdem treten häufig Fehler auf. Im Falle eines Fehlers ist eine Diagnose sowie Reparatur schwierig. Der Preis-Leistungs-Verhältnis ist daher nicht ideal. Zweitens: Die integrierte Konstruktion (meist als „Gesamtsystem“ bezeichnet): Die Steuereinheit und der elektrische Aktuator sind miteinander verbunden. Es ist somit keine zusätzliche Steuereinheit erforderlich, um die Anlage vor Ort zu bedienen. Über die Ferne kann die Anlage lediglich durch die Übermittlung der entsprechenden Steuerinformationen gesteuert werden. Der Vorteil dieser Struktur ist, dass sie eine einfache Gesamtinstallation des Systems ermöglicht, die Kabelverbindungen sowie die Installierungskosten reduziert und eine einfache Diagnose sowie Behebung von Fehlern ermöglicht. Doch auch die herkömmlichen integrierten Strukturprodukte weisen viele Mängel auf. Deshalb wurden intelligente elektrische Aktuatoren entwickelt. Diese Aktuatoren mit Regelfunktion (Schleifensteuerung) besitzen nicht nur die Funktionen der herkömmlichen integrierten Strukturen, sondern können auch die Ventile präzise steuern und so den Durchfluss des Mediums regulieren. 1. Arten der Steuersignale (Strom, Spannung). Die Steuersignale für regulierbare elektrische Aktuatoren sind in der Regel Stromsignale (4–20 mA, 0–10 mA) oder Spannungssignale (0–5 V, 1–5 V). Bei der Auswahl muss der Typ des Steuersignals sowie die entsprechenden Parameter klar festgelegt werden. Zweitens: Die Betriebsart – entweder mit elektrischer Schaltung zum Ein- oder Ausschalten. Die Arbeitsweise von regelbaren elektrischen Aktuatoren ist in der Regel „elektrisch öffnend“ (beim Beispiel einer Steuerung mit 4–20 mA bedeutet das, dass ein Signal von 4 mA eine geschlossene Ventilposition entspricht, während 20 mA eine geöffnete Ventilposition bedeutet). Eine andere Variante ist die „elektrisch schließende“ Arbeitsweise (ebenfalls am Beispiel von 4–20 mA: Ein Signal von 4 mA bedeutet hier eine geöffnete Ventilposition, während 20 mA eine geschlossene Ventilposition bedeutet). Drittens gibt es noch den Schutz vor Verlust des Signals. Der Signalverlustschutz bezeichnet die Funktion, bei der der elektrische Aktuator die Steuerventil in einen vordefinierten Schutzzustand versetzt, falls aufgrund von Störungen in den Leitungen das Steuersignal verloren geht. Die gängigen Schutzzustände sind vollständig geöffnet, vollständig geschlossen oder Beibehaltung des aktuellen Zustands. Elektrische Antriebe können je nach Einsatzumgebung und Explosionsgeschützniveau in verschiedene Kategorien eingeteilt werden – z. B. Standardtyp, Außenbereichtyp, explosionsgeschützter Typ usw. Die erforderliche Drehkraft des elektrischen Aktuators wird durch die für das Öffnen und Schließen des Ventils notwendige Drehkraft bestimmt. In der Regel legt der Benutzer diese Wert an, oder der Hersteller des Ventils wählt sie selbst aus. Der Hersteller des Aktuators ist nur für die Drehkraft seines Produkts verantwortlich. Die für das normale Öffnen und Schließen des Ventils notwendige Drehkraft hängt von Faktoren wie dem Durchmesser des Ventils und dem Betriebsdruck ab. Aufgrund unterschiedlicher Fertigungstoleranzen und Montageverfahren der Hersteller können auch Ventile derselben Spezifikation unterschiedliche Drehkräfte benötigen. Selbst bei Ventilen desselben Herstellers können die Drehkräfte variieren. Wenn bei der Auswahl des Aktuators eine zu niedrige Drehkraft gewählt wird, kann das Ventil nicht richtig geöffnet oder geschlossen werden. Deshalb muss ein angemessener Drehkraftbereich für den Aktuator gewählt werden. 4 Gründe für die richtige Auswahl des Ventilantriebs: Drehmoment zur Bedienung: Das Drehmoment zur Bedienung ist der wichtigste Parameter bei der Auswahl eines elektrischen Ventilantriebs. Das von dem Antrieb erzeugte Drehmoment sollte 1,2 bis 1,5 Mal so groß sein wie das maximale Drehmoment, das zur Bedienung des Ventils benötigt wird. Betriebskraft: Die Hauptkonstruktion des Elektromotors für Ventile gibt es in zwei Varianten: Eine Variante weist kein Drehmomentplattchen auf und erzeugt das Drehmoment direkt ； Eine andere Methode besteht darin, ein Drehmomentplattensystem zu verwenden; das Ausgangsdrehmoment wird dabei durch die Ventilstangenmuttern im Drehmomentplattensystem in einen Ausstoßdruck umgewandelt. Anzahl der Drehungen der Ausgangswelle: Die Anzahl der Drehungen der Ausgangswelle des elektrischen Ventilantriebs hängt vom Nenndurchmesser des Ventils, vom Schritt der Ventilstange sowie von der Anzahl der Gewindestufen ab. Sie wird nach der Formel M = H/ZS berechnet (wobei M die Gesamtanzahl der Drehungen ist, die der Antrieb ausführen muss, H die Öffnungsweite des Ventils, S der Schritt der Antriebsgewinde und Z die Anzahl der Gewindestufen der Ventilstange ist). Durchmesser des Ventilstabs: Bei Ventilen mit offenem Stab, die mehrfach gedreht werden können, kann ein elektrisches Ventil nicht zusammengesetzt werden, wenn der maximale Durchmesser des Ventilstabs, den das Elektromotorgerät zulässt, nicht durch den Ventilstab des jeweiligen Ventils passt. Daher muss der Innendurchmesser des hohlen Auslasswellen des elektrischen Antriebs größer sein als der Außendurchmesser des Ventilstabs der Stangenventile. Bei einigen Drehventilen sowie bei Ventilen mit verborgenem Stab in den Mehrdrehventilen muss zwar nicht auf die Durchmessergröße des Ventilstabs Rücksicht genommen werden, doch bei der Auswahl sollte dennoch sorgfältig auf die Abmessungen des Ventilstab-Durchmessers und der Schlitzgrößen geachtet werden, damit das Ventil nach dem Zusammenbau ordnungsgemäß funktionieren kann. Ausgangsdrehzahl: Wenn die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit der Ventile zu hoch ist, kann es zu Wasserstoßphänomenen kommen. Daher sollte je nach den jeweiligen Einsatzbedingungen eine geeignete Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit gewählt werden.