Actionneurs pneumatiques : entraînement bidirectionnel et réinitialisation par ressort-analyse du principe d'action double et simple

Dans les systèmes de contrôle d'automatisation industrielle, les actionneurs pneumatiques agissent comme des « muscles » d'équipement industriel, convertissant l'énergie de l'air comprimé en couple mécanique et entraînant les vannes pour ouvrir, fermer ou régler. Les actionneurs pneumatiques pneumatiques sont divisés en deux types principaux selon les méthodes de transfert d'énergie et de réinitialisation de l'action. en principe, détermine directement leurs caractéristiques structurelles, leurs performances fonctionnelles et leurs scénarios d'application. L'analyse suivante approfondira les principales différences entre les deux à partir de la substance de leurs principes de fonctionnement.

Les actionneurs pneumatiques à double-effet fonctionnent sur le principe de "l'actionnement pneumatique bi-directionnel". À l'intérieur, ils ont généralement une transmission à crémaillère et pignon à deux-pistons. Les cylindres sont divisés par piston en deux chambres distinctes (communément appelées A et B). Les deux chambres sont équipées de ports d’entrée/sortie. L'air comprimé entre et sort alternativement du piston, puis entraîne l'arbre de sortie de l'engrenage de 0 à 90 degrés de rotation (pour les vannes à course angulaire).

Le processus de travail spécifique peut être divisé en deux étapes : lorsque le signal de commande indique l'ouverture de la vanne, l'air comprimé entre dans l'entrée de la chambre A après une électrovanne. À ce stade, l'air dans la chambre B est comprimé et expulsé par l'orifice d'échappement de la chambre B. Le mouvement linéaire du piston est transformé en mouvement de rotation de l'arbre de sortie (tournant généralement de 0 à 90 degrés dans le sens inverse des aiguilles d'une montre) à travers l'engrènement de la crémaillère et du pignon, qui entraîne l'ouverture de la vanne. Lorsqu'il est nécessaire de fermer la vanne, le signal de commande modifie l'état de l'électrovanne. l'air comprimé entre par l'entrée de la chambre B, poussant le piston dans la direction opposée pour comprimer la chambre A. L'air de la chambre A est expulsé par l'orifice d'échappement et l'arbre de sortie tourne dans le sens des aiguilles d'une montre de 90 degrés à 0 degré pour terminer la fermeture de la vanne.

Il convient de noter que les deux sens de mouvement de l'actionneur à double effet- dépendent de l'air comprimé pour la puissance. Le couple de sortie est stable et linéaire tout au long du trajet, et la conception du circuit pneumatique permet d'ajuster le mouvement en fonction des besoins réels - (que l'entraînement pneumatique dans la pièce A tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre ou dans le sens des aiguilles d'une montre) en faisant correspondre la logique de contrôle aérodynamique correspondante. Lorsque l'alimentation en air est interrompue, l'actionneur à double effet reste dans sa position actuelle en raison d'une perte de puissance. Cette fonctionnalité lui confère l’avantage d’un contrôle flexible sans nécessiter de réinitialisation d’urgence.

Contrairement aux actionneurs à double effet-pneumatiques" à double effet, le concept de conception de base des actionneurs pneumatiques à simple-effet est "entraînement pneumatique unidirectionnel + réinitialisation par ressort inversé". Leur structure ajoute un assemblage de ressort de réinitialisation pour une conception à deux-actions. Un ressort est généralement monté à une ou aux deux extrémités d'un cylindre. La compression et le relâchement du ressort fournissent une force de réaction, réalisant ainsi la fonction de sécurité de « réinitialisation automatique de la perte d'air ». Selon l'état de réinitialisation après une perte de gaz, les actionneurs à simple effet - peuvent être divisés en deux modes : « fermeture par perte de gaz » et « fermeture d'ouverture par perte de gaz ». Les deux fonctionnent à peu près de la même manière, sauf que le ressort est monté dans le sens opposé à la logique d'action.

Prenons l'exemple du modèle "Échec-d'ouverture-Open (FC)" le plus largement utilisé. Voici comment cela fonctionne : Lorsque vous devez ouvrir la vanne, de l'air comprimé entre par l'entrée de la chambre A. La pression de l'air dépasse la force de prétension du ressort, poussant le piston sur le côté du ressort et comprimant progressivement le ressort. En même temps, la chambre B agit comme un évent pour expulser l’air. Le piston entraîne le mécanisme à crémaillère et pignon pour faire tourner l'arbre de sortie dans le sens inverse des aiguilles d'une montre de 0 à 90, ouvrant ainsi la vanne. Lorsque le signal de commande est interrompu ou que la source de gaz tombe en panne, la chambre A arrête l'admission et commence la ventilation. A ce moment, l'entraînement de l'air comprimé disparaît et le ressort comprimé libère de l'énergie potentielle élastique, propulsant le piston dans la direction opposée et se réinitialisant. L'arbre de sortie tourne dans le sens des aiguilles d'une montre de 90 degrés à 0 degré, fermant automatiquement la vanne. Le mode « Échec-d'-ouverture (FO) » est à l'opposé : pendant le processus d'admission, l'air comprimé pousse le piston pour comprimer le ressort, fermant ainsi la vanne ; après une perte d'air, le ressort se réinitialise, entraînant l'ouverture de la vanne.

Le couple de sortie d'un actionneur à simple effet-présente un modèle de variation unique : dans la phase d'entraînement pneumatique, avec l'augmentation de la compression du ressort, la résistance inversée augmente progressivement, ce qui entraîne une diminution du couple de sortie de la phase de réinitialisation de la course pneumatique par rapport au maximum. Cette fonction de couple nécessite une adaptation minutieuse du couple de résistance maximum de la vanne pendant le processus de sélection pour garantir un fonctionnement fiable même à la fin du trajet.

La différence entre les actionneurs pneumatiques à double-action et les actionneurs pneumatiques à double-effet et à simple-effet ne réside pas seulement dans le mode de conduite, mais également dans la différence complète entre la conception structurelle et les performances fonctionnelles. Ces différences peuvent être clairement définies selon trois dimensions fondamentales :
Premièrement, la différence essentielle entre les mécanismes d'alimentation et de réinitialisation
La principale différence entre les deux est que l'action "marche" et "arrêt" d'un actionneur à double-effet repose sur l'air comprimé comme seule source d'énergie, et l'action de réinitialisation est un processus pneumatique actif-, tandis que l'actionneur à simple-effet utilise un mécanisme hybride "entraînement pneumatique + réinitialisation du ressort", dans lequel une seule action est entraînée par la pression pneumatique et l'autre par la passivité élastique du ressort. Cette différence rend l'action des actionneurs à double-effet plus flexible et contrôlable, et les actionneurs à simple-effet ont la fonction de réinitialisation de sécurité que les actionneurs à double-effet ne peuvent pas remplacer en cas de perte de gaz.
Deuxièmement, les caractéristiques de sortie et la logique de contrôle sont différentes.
Sans résistance de ressort, les actionneurs à double-effet maintiennent un couple de sortie linéaire constant dans les deux sens et peuvent être arrêtés dans n'importe quelle position (avec une électrovanne en position neutre) par l'électrovanne, ce qui les rend adaptés aux situations nécessitant un réglage précis. Les actionneurs à simple-effet sont affectés par le changement de force du ressort et la caractéristique de couple de sortie diminue. Il ne peut rester que dans les positions extrêmes « on » et « off », et ne peut pas réaliser un contrôle précis de la position intermédiaire. Cependant, ils peuvent être réinitialisés sans alimentation continue, ce qui simplifie la logique de contrôle.
Troisièmement, les fonctionnalités de sécurité et les scénarios d’application sont différents.
Les actionneurs à double-effet restent en position après une perte de gaz, ne disposent pas de fonctions de sécurité active, les rendent adaptés aux conditions de travail ordinaires et n'ont pas d'exigences particulières en matière de perte de gaz, comme les pipelines de transport de liquides traditionnels. La fonction « Gas Loss Automatic Reset » des actionneurs à simple effet-le rend essentiel pour le transport de fluides inflammables, explosifs ou toxiques, tels que les produits chimiques, le raffinage du pétrole et le gaz naturel, et peut empêcher l'escalade des accidents de sécurité en fermant ou en ouvrant rapidement les vannes en cas de panne soudaine.
Conclusion : Principes des scénarios d'adaptation ; Le choix détermine la sécurité et l’efficacité
En termes de principe de fonctionnement, les actionneurs pneumatiques à double-effet sont des « actionneurs universels efficaces et flexibles », qui permettent d'obtenir un mouvement fluide et contrôlable grâce à un entraînement pneumatique bidirectionnel. Les actionneurs à simple -effet sont un « actionneur spécial avec la sécurité comme noyau », qui adopte le mécanisme de combinaison « pneumatique + ressort » pour établir une ligne de sécurité contre les défauts. Dans le scénario industriel, il n'y a pas de supériorité absolue entre les deux. La clé est de savoir s'ils correspondent parfaitement aux exigences opérationnelles. Les actionneurs à double -effet sont plus avantageux lorsqu'un contrôle flexible et une sortie stable sont prioritaires. C'est le principe de base pour réaliser un fonctionnement sûr et efficace des systèmes de contrôle pneumatique pour comprendre la différence entre les deux principes de fonctionnement.