Com funcionen les funcions segures de fallades a les vàlvules accionades per l’aire?
Deixa un missatge
En el camp de l’automatització industrial moderna, el control de fluids és un enllaç crucial. Les vàlvules accionades per l’aire s’han utilitzat àmpliament en moltes indústries com la petroquímica, l’energia elèctrica, el tractament de l’aigua, els aliments i la medicina, etc. A causa de la seva simple estructura, resposta ràpida i alta seguretat. Tanmateix, en entorns industrials, sovint es produeixen interrupcions inesperades als sistemes de control o subministraments d’energia. Per tal d’assegurar-se que el procés de producció pot estar en un estat segur preestablert en circumstàncies tan inesperades i evitar els danys dels equips, la contaminació ambiental i fins i tot les víctimes, les vàlvules accionades per l’aire solen dissenyar-se amb una funció “fallida”. Aquest article aprofundirà en els conceptes bàsics i els principis de treball de la funció fallida de les vàlvules accionades per aire i la seva importància per garantir la seguretat industrial.
Què és Fall-Safe?
L’anomenada “fall-safe” significa que quan el sistema es troba amb la fallada dels components clau (com ara senyals de control i fonts d’energia), pot canviar automàticament a un estat segur preestablert que pot minimitzar els riscos sense intervenció externa. Per a les vàlvules accionades per aire, aquest "estat segur" es refereix normalment a que la vàlvula estigui totalment oberta (oberta a falla, FO) o totalment tancada (fins a la tanca, FC). Quin estat està seleccionat depèn dels requisits de seguretat de la vàlvula en el procés específic.
Per exemple, l'estat de la vàlvula que s'utilitza per a l'emergència de subministrament de combustible ha de ser "tancat" per evitar que el combustible continuï fluint en cas de pèrdua de control; Si bé l'estat de la vàlvula que s'utilitza per refrigerar el subministrament d'aigua pot ser que s'hagi de configurar per "obrir-se" per assegurar-se que els equips crítics es puguin refredar quan el control no evita el sobreescalfament dels danys. L’objectiu del disseny segur de falla és confiar en el mecanisme intern per forçar la vàlvula a arribar a aquesta posició segura preestablerta quan es perden les capacitats de control normals.
Mecanisme segur de fallades
La forma més comuna perquè les vàlvules accionades per l’aire aconsegueixin funcions segures fallides és utilitzar vàlvules accionades per aire d’un sol acte amb funcions de retorn de primavera (actuador de retorn de primavera d’un sol actiu). Aquest actuador conté una cambra d’aire i una molla de retorn. El seu principi de treball es pot dividir en dues etapes: durant el funcionament normal, el sistema de control passa aire comprimit a la cambra d’aire de l’actuador i la pressió del gas actua sobre el pistó o el diafragma. L’empenta generada supera la força de precàrrega de la molla i la fricció i la força mitjana de l’operació de la vàlvula, conduint la tija de la vàlvula per moure’s, de manera que la vàlvula arriba a la posició necessària per al treball (per exemple, si es tracta d’un tipus “tancat”, la ventilació fa que la vàlvula s’obri durant el funcionament normal).
Durant aquest procés, la molla es comprimeix o s’estira, emmagatzemant energia potencial. Un cop es produeix un fracàs, com ara una interrupció del subministrament d’aire comprimit (com ara una ruptura del gasoducte de la font d’aire, l’apagada del compressor d’aire) o una pèrdua de potència a la vàlvula de solenoide que controla el circuit d’aire, provocant que el circuit d’aire es talli, la pressió que entra a la cambra de l’aire de l’actuador desapareixerà ràpidament. En aquest punt, s’allibera l’energia potencial emmagatzemada de la molla anteriorment comprimida o estirada, empenyent el pistó o el diafragma en moviment invers, conduint la tija de la vàlvula per conduir la vàlvula a una posició de seguretat fallida (per exemple, una vàlvula “tanca” es tancarà automàticament). Tot el procés es basa completament en la força mecànica de la primavera i no es basa en l’energia o els senyals externs, garantint així la fiabilitat operativa en cas de fracàs.
Desencadenant-se segur de fallades
En els sistemes d'automatització industrial moderns, la funció "fallida" de les vàlvules accionades per l'aire sol desencadenar-se per dues raons principals: la interrupció del subministrament real d'aire comprimit i la fallada o la interrupció del senyal de control.
En primer lloc, des d’una perspectiva de la font d’aire, la pèrdua de subministrament d’aire comprimit és el desencadenant més comú. Durant el funcionament, si el compressor d’aire deixa de funcionar, la pressió del dipòsit de gas baixa al límit inferior establert, hi ha una fuita òbvia a la canalització principal o el gasoducte de gas de gas o les ruptures de canonades a causa de la corrosió, la vibració, etc., l’actuador no podrà obtenir una pressió d’aire suficient per empènyer el pistó o el diafragma per moure’s. A més, hi ha diversos components auxiliars clau en el circuit d’aire de control, com ara filtres d’aire, reguladors de pressió, lubricadors, etc. Si aquests components provoquen una caiguda de la pressió aigües avall a causa de la contaminació, el bloqueig o la fallada de l’envelliment, també provocarà una pressió d’aire conductor insuficient realment rebuda per l’actuador. Quan la pressió baixa cap a un punt crític que no pot superar la fricció del cos de la vàlvula o la precàrrega de la molla, l’actuador alliberarà automàticament la pressió de l’aire original i el mecanisme de molla intervindrà per iniciar una acció segura.
En segon lloc, la pèrdua de senyals de control de la part de control electrònic també és una ruta desencadenant que no es pot ignorar. En la majoria dels sistemes de control pneumàtics, l’obertura i el tancament de la font d’aire de l’actuador està controlada per una vàlvula de solenoide. Quan la vàlvula de solenoide funciona, es basa en el corrent per conduir la bobina per generar un camp magnètic, de manera que el nucli de la vàlvula es troba en un estat obert o invertint per controlar si l’aire comprimit entra a la cambra de treball de l’actuador. Una vegada que la vàlvula de solenoide perd energia a causa de la interrupció de potència al sistema de control, l’operació de relé anormal, el contacte de cable deficient o la fallada del mòdul, la seva molla de retorn interna obligarà el nucli de la vàlvula a tornar a la posició predeterminada. En aquest moment, la vàlvula de solenoide no només tancarà el canal d’entrada d’aire, sinó que també pot obrir el canal d’escapament, fent que la pressió interna de l’actuador caigui ràpidament. En aquest estat, la cambra de treball de l’actuador perd la pressió i la molla originalment comprimida al seu interior allibera l’energia emmagatzemada, empeny el pistó cap a l’esquena i condueix la vàlvula a la "posició segura de falla" pre-dissenyada.
