Qu'est-ce qu'un actionneur pneumatique à membrane de vanne de régulation
Qu'est-ce qu'un actionneur à diphragme ?
À elles seules, les vannes ne peuvent pas contrôler un processus. Les vannes manuelles nécessitent qu'un opérateur les positionne pour contrôler une variable de processus. Les vannes qui doivent être actionnées à distance et automatiquement nécessitent des dispositifs spéciaux pour les déplacer. Ces appareils sont appelés actionneurs.
Les actionneurs peuvent être des solénoïdes ou des moteurs pneumatiques, hydrauliques ou électriques.
Les actionneurs à membrane fonctionnent pneumatiquement et utilisent une alimentation en air provenant du système de contrôle ou d'autres sources. Les actionneurs à membrane sont normalement utilisés pour les vannes de régulation, qui sont un type de vanne à soupape généralement utilisée pour réguler le fluide afin d'ajuster certaines variables de processus, telles que la pression, la température ou le débit. Les actionneurs à membrane sont utilisés dans tous les secteurs de l'industrie pétrolière et gazière, à l'exception du secteur sous-marin. Les styles les plus courants d'actionneurs à membrane sont appelés « à action directe » et « à action inverse ».
Actionneurs pneumatiques à membrane
Un schéma simplifié d'un actionneur pneumatique. Il fonctionne grâce à une combinaison de force créée par l’air et la force du ressort. L'actionneur positionne une vanne de régulation en transmettant son mouvement à travers la tige.
Un diaphragme en caoutchouc sépare le boîtier de l'actionneur en deux chambres à air. La chambre supérieure reçoit de l'air d'alimentation via une ouverture située dans la partie supérieure du boîtier.
La chambre inférieure contient un ressort qui force le diaphragme contre les butées mécaniques de la chambre supérieure. Enfin, un indicateur local est relié à la tige pour indiquer la position de la vanne.
La position de la vanne est contrôlée en faisant varier la pression de l'air d'alimentation dans la chambre supérieure. Cela se traduit par une force variable sur le dessus du diaphragme. Initialement, sans apport d'air, le ressort pousse le diaphragme vers le haut contre les butées mécaniques et maintient la vanne complètement ouverte.
À mesure que la pression de l'air d'alimentation augmente à partir de zéro, sa force sur le dessus du diaphragme commence à vaincre la force opposée du ressort. Cela provoque le déplacement du diaphragme vers le bas et la fermeture de la vanne de régulation. Avec une alimentation en pression d'air croissante, le diaphragme continuera à se déplacer vers le bas et à comprimer le ressort jusqu'à ce que la vanne de régulation soit complètement fermée.
À l’inverse, si la pression d’alimentation en air diminue, le ressort commencera à forcer le diaphragme vers le haut et ouvrira la vanne de régulation. De plus, si la pression d'alimentation est maintenue constante à une valeur comprise entre zéro et maximum, la vanne se positionnera dans une position intermédiaire. Par conséquent, la vanne peut être positionnée n'importe où entre complètement ouverte et complètement fermée en réponse aux changements de pression d'air d'alimentation.
Un positionneur est un dispositif qui régule l'alimentation en pression d'air d'un actionneur pneumatique. Pour ce faire, il compare la position demandée de l'actionneur avec la position réelle de la vanne de régulation.
La position demandée est transmise par un signal de commande pneumatique ou électrique d'un contrôleur au positionneur. L'actionneur pneumatique de la figure 1 est représenté sur la figure 2 avec un contrôleur et un positionneur ajoutés.
Le contrôleur génère un signal de sortie qui représente la position demandée. Ce signal est envoyé au positionneur. À l'extérieur, le positionneur se compose d'une connexion d'entrée pour le signal de commande (4-20 mA), d'une connexion d'entrée d'air d'alimentation d'instrument, d'une connexion de sortie d'air d'alimentation, d'une connexion d'évent d'air d'alimentation et d'une liaison de rétroaction.
En interne, il contient un réseau complexe de transducteurs électriques, de conduites d'air, de vannes, de liaisons et d'ajustements nécessaires. D'autres positionneurs peuvent également fournir des commandes pour le positionnement local des vannes et des jauges pour indiquer la pression de l'air d'alimentation et la pression de l'air de contrôle (pour les contrôleurs pneumatiques – anciennes méthodes de contrôle).
Le contrôleur répond à un écart d'une variable contrôlée par rapport au point de consigne et fait varier le signal de sortie de commande en conséquence pour corriger l'écart. Le signal de sortie de commande est envoyé au positionneur, qui répond en augmentant ou en diminuant l'alimentation en air de l'actionneur.
Le positionnement de l'actionneur et de la vanne de régulation est renvoyé au positionneur via la liaison de rétroaction. Lorsque la vanne a atteint la position demandée par le contrôleur, le positionneur arrête le changement de pression d'air d'alimentation et maintient la vanne à la nouvelle position. Ceci, à son tour, corrige l’écart de la variable contrôlée par rapport au point de consigne.
Par exemple, à mesure que le signal de commande augmente, une vanne à l'intérieur du positionneur admet davantage d'air d'alimentation vers l'actionneur. En conséquence, la vanne de régulation se déplace vers le bas. La tringlerie transmet les informations de position de la vanne au positionneur.
Cela forme une petite boucle de rétroaction interne pour l'actionneur. Lorsque la vanne atteint la position correspondant au signal de commande, la tringlerie cesse de fournir du flux d'air à l'actionneur.
Cela provoque l'arrêt de l'actionneur. D'autre part, si le signal de commande diminue, une autre vanne à l'intérieur du positionneur s'ouvre et permet à la pression de l'air soufflé de diminuer en évacuant l'air soufflé. Cela provoque le mouvement de la vanne vers le haut et son ouverture. Lorsque la vanne s'est ouverte dans la position appropriée, le positionneur arrête l'évacuation de l'air de l'actionneur et arrête le mouvement de la vanne de régulation.
Avantages des actionneurs pneumatiques à membrane
Les avantages des actionneurs pneumatiques viennent de leur simplicité.
Les applications typiques des actionneurs pneumatiques impliquent des zones où les conditions impliquent des températures extrêmes, une plage de température typique allant de -40°F à 250°F.
En termes de sécurité et d'inspection, l'utilisation d'actionneurs pneumatiques et pneumatiques évite l'utilisation de matières dangereuses. Ils répondent également aux exigences de protection contre les explosions et de sécurité des machines car ils ne créent aucune interférence magnétique en raison de l'absence de moteurs.
Les actionneurs pneumatiques sont également légers, nécessitent un entretien minimal et disposent de composants durables qui font de la pneumatique une méthode d'alimentation rentable.
Inconvénients des actionneurs pneumatiques à membrane
Les pertes de pression et la compressibilité de l'air rendent la pneumatique moins efficace que les autres méthodes. Les limitations du compresseur et du débit d'air signifient que les opérations à des pressions plus basses auront des forces plus faibles et des vitesses plus lentes.
Pour être véritablement efficaces, les actionneurs pneumatiques doivent être dimensionnés pour une tâche spécifique. Ils ne peuvent donc pas être utilisés pour d’autres applications.
Même si l'air est facilement disponible, il peut être contaminé par de l'huile ou de la lubrification, entraînant des temps d'arrêt et des opérations de maintenance. Les entreprises doivent toujours payer pour l’air comprimé, ce qui le rend consommable, ainsi que les coûts de maintenance des compresseurs et des lignes.
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