Мембранные исполнительные механизмы

В качестве приводов регулирующих органов в пневмоав- томатике широкое распространение получили мембранные ис- полнительные механизмы (МИМ) с вялой мембраной. МИМ мо- гут быть выполнены в различных модификациях: пружинные без позиционеров, пружинные с позиционерами и беспружин- ные с позиционерами.

Мембранные пружинные исполнительные механизмы

Мембранно-пружинный исполнительный механизм (МИМ) имеет одну рабочую полость, образуемую мембраной и крышкой (верхней или нижней). Шток механизма соверша- ет возвратно-поступательное движение. Перестановочное усилие в одном направлении создается за счет действия дав- ления в рабочей полости на мембрану, а в противополож- ном – за счет усилия упругости сжатой пружины. Наличие пружины создает определенное соответствие между давлени- ем в рабочей полости и положением выходного звена испол- нительного механизма (рис. 3). Существенным достоинством мембранного исполнитель- ного механизма является простота конструкции, в связи с чем16 они получили широкое распространение в качестве приводов регулирующих клапанов. Существенное улучшение работы мембранного пневмопривода может быть достигнуто за счет применения позиционера. Позиционер обеспечивает пневмо- приводу детектирующее (однонаправленное) действие, повыша- ет его чувствительность и уменьшает инерционность, повышает точность позиционирования в положении, соответствующем значению командного сигнала.

Центральная часть мембраны опирается на опорный диск, воспринимающий перестановочное усилие. Опорный диск жестко связан с выходным звеном исполнительного ме- ханизма – штоком или валом, которые передают усилие на регулирующий орган. В мембранных исполнительных механизмах сила давле- ния сжатого воздуха на мембрану определяется как произведе- ние давления P или перепада давления сверху и снизу мембраны ∆ P на величину эффективной площади Fэ. Величина эффективной площади может быть определена по формулеFэ=ПDэ^2/4, (1) где Dэ – эффективный диаметр.

Эффективную площадь мембраны, находящуюся в ней- тральном положении, вычисляют c учетом диаметра жесткого центра: Fэ=П/12(D^2+Dd+d^2), (2) где D – диаметр заделки мембраны, см; d – наружный диаметр опорного диска, см. Под диаметром заделки подразумевается максимальный диаметр, ограничивающий подвижную часть мембраны. Для промышленных МИМ справедливо следующее соот- ношение, связывающее условный ход ИМ с диаметром заделки мембраны: Sy=(0, 1до0, 2). (3) Диаметр опорного диска в зависимости от диаметра за- делки на практике определяется по формуле d ≈ 0, 8. D

Материалы мембраны: Мембрана изготавливается из резинотканевого материала. Она может быть плоской или формованной (гофрированной)

В зависимости от направления движения выходного звена исполнительные механизмы могут быть прямого и обратного действия. В механизмах прямого действия при повышении дав- ления воздуха в рабочей полости свободный конец штока отда- ляется от плоскости заделки мембраны. В механизмах обратного действия повышение давления в рабочей полости вызывает при- ближение свободного конца штока к плоскости заделки мембра- ны. Варианты исполнения позволяют реализовать два требуе- мых вида действия исполнительного устройства: нормально от- крытое (НО) и нормально закрытое (Н3). Исполнительный механизм прямого действия показан на рис. 8. Рабочая полость образована мембраной 2 из резинотка- невого материала и верхней крышкой 1. Опорный диск 3, к ко- торому жестко прикреплен шток 8, лежит на верхнем торце

пружины 5. Нижним торцом пружина опирается на шайбу 6, кото- рая поджата резьбовой втулкой 7. Резьбовая втулка может пере- мещаться по резьбе в кронштейне 9. К кронштейну с помощью болтов крепится нижняя крышка 4. На рис. 9 изображен исполнительный механизм обратного действия. Рабочая полость А расположена под мембраной 3, за- жатой между крышками 1. Для соединения ее с пневматической импульсной линией во вставке сделано резьбовое отверстие. Опорный диск 2, расположенный над мембраной через втулку 7, передает на шток 11 усилие, создаваемое давлением сжатого воздуха на мембрану. Пружина 8 одним торцом упирается во вставку, а другим – через опорную шайбу 9 в резьбовую втулку 10, которая перемещается по резьбе штока 11. Вставка служит также для герметизации рабочей полости посредством уплотни- тельных колец 5 и 13. Исполнительный механизм крепится к регулирующему органу кронштейном 12. Сигнал от управляющего устройства (регулятора, ручного задатчика, электропневмопреобразователя) по трубке поступает в мембранную камеру и создает усилие, зависящее от эффек- тивной площади мембраны. Шток 11 начинает перемещаться, для ИМ прямого действия – вниз, для ИМ обратного действия – вверх. Пружина противодействует этому усилию; сила противо- действия является функцией жесткости пружины. Втулка 1 служит для регулирования начального сжатия пружины. От величины этого сжатия зависит начальное давле- ние, при котором начнется движение штока (давление трога- ния). В обычных пневматических ИМ начальное сжатие рассчи- тано на стандартную величину командного сигнала 0, 02 МПа. В сочетании с односедельным и диафрагмовым РО меха- низм прямого действия обеспечивает исполнение «нормально открыт», а механизм обратного действия – «нормально за- крыт», т.е. при отключении управляющего сигнала в первом варианте произойдет полное открытие, а во втором – полное перекрытие прохода. В сочетании с двухседельным РО оба ис-22 полнения – и «нормально открытое», и «нормально закры- тое» – могут осуществляться с помощью исполнительных ме- ханизмов обоих видов.

Характеристики