Пневматические Исполнительные Механизмы

1. Мембранно-пружинный (МИМ)

Нашел широкое распространение благодаря простоте конструкции, низкой стоимости, надежности, способности работать в пожаро- и взрывоопасных условиях. Недостатки: ограниченность расстояния от регулятора до места установки ИУ (обычно до 200 м), низкое быстродействие, низкий класс точности.

Представляет собой преобразователь давления сжатого воздуха в пропорциональное ему перемещение выходного штока. Величина перемещения зависит от конструкции: l = 6 – 100 мм.

1 – крышка корпуса;

2 – мембрана;

3 – опорный диск;

4 - пружина;

5 – корпус;

6 – опорная чашка;

7 –чашка;

8 – шток.

Мембрана резиново-тканевая, герметично заделанная между крышками.

Входным сигналом этих ИМ является давление сжатого воздуха Р_вх, которое, воздействуя на мембрану, создает усилие

F = S_эф (Р_вх – Р_о),

где P_вх – управляющее давление,

Р_о – начальное давление, при котором создается движение плунжера,

S_эф – эффективная площадь мембраны.

В зависимости от той плоскости, в которую подается давление Р_ВХ, ИМ может быть либо прямого, либо обратного действия. В механизме прямого действия при повышении давления в рабочей плоскости место сочленения выходного штока с регулирующем органом отделяется от места заделки мембраны.

Статическая характеристика должна быть линейной: l*c = F_ЭФ * Р, где l - перемещение штока; с – жесткость пружины; F_ЭФ – эффективная площадь (та часть площади, которая воспринимает командный сигнал).

Для уменьшения нелинейности из-за изменения эффективной площади (мембрана растягивается) устанавливается опорный диск, который ограничивает перемещение мембраны и изменяется профиль мембраны (б):

Для варианта б: F_ЭФ = p/12 (D² + Dd + d²), где D – диаметр мембраны = (125 – 500)мм, d - диаметр опорного диска.

Из-за непостоянства жесткости пружины (гистерезиса пружины) и из-за наличия усилий трения в сальнике регулирующего органа возникает гистерезис.

Согласно паспортным данным на клапан величина гистерезиса D на должна превышать 2 % от полного хода штока.

Чтобы уменьшить погрешность (примерно до 1,5%) перемещения регулирующего орган используются позиционеры, при этом также увеличивается быстродействие.

2. Поршневой

Применяется, если требуется большой ход выходного элемента (до 500мм) и большое перестановочное усилие (до 5000 Н).