Az előző részben megismert csúszószáras szeleptest szárát mozgató eszközt hajtásnak nevezzük. A hajtások, a működtető energia típusa szerint három csoportba sorolhatók: Pneumatikus, villamos, hidraulikus. Most a pneumatikus hajtásról lesz szó.
A pneumatikus hajtás:
Sok előnye miatt igen elterjedt eszköz. Kevés alkatrésze van, igen megbízható, kis- és közepes erők kifejtésére képes. Nincs benne villamos berendezés, így robbanásveszélyes helyekre is betehetjük. A pneumatikus hajtások két fő konstrukciós módszert alkalmaznak: A rugós- és rugó nélküli módszert.
A rugós-membrános hajtás:
Kis- és közepes méretű szabályozó szelepeknél általánosan jellemző. Előnye, hogy levegőkimaradáskor előre meghatározható állapotba kerül. Működési elve ugyanis az, hogy egy zárt házba szerelt membránt egyik irányba rugó nyomja, a másikba pedig levegőnyomás. Minél nagyobb a levegőnyomás, annál nagyobb a hajtásszár elmozdulása.
A szelep felhasználójának előre el kell döntenie, hogy olyan szelepre van-e szüksége amely levegő nélkül lezár, vagy amelyik kinyit. Ezt az alapján kell eldönteni, hogy az adott alkalmazásban melyik a biztonságosabb állapot. Vannak hajtások, melyek megfordíthatóak, de ez nem általános.
Karakterisztika:
Becsapós dolog! Ha a szeleptesttől külön tekintjük, a hajtás karakterisztikája lineáris, azaz a szár elmozdulása egyenesen arányos a ráadott levegőnyomással. Undok módon megváltozik a helyzet, ha a szeleptesttel összeszereljük, és a szelepet a helyére beépítjük. Ekkor ugyanis a szelepben fennálló mindenkori nyomásviszonyoktól függően a szelepszár a hajtást vagy húzza, vagy nyomja. Teljesen nyitott szelepnél egészen más lesz a helyzet, mint teljesen zárt szelepnél. A csővezetékben se mindig ugyanannyi a nyomás, így a dugóra ható erő ettől is függ. Jó kis kalamajkába kerültünk, de majd megoldjuk a jövő héten.
A lényeg:
Az, hogy a szelep a műhelyben vagy raktárban kipróbálva szépen nyit-zár, semmit nem jelent. Ne örüljünk addig, míg a helyén, nyomás alatt a technológus rá nem bólint!
A rugó nélküli hajtás:
Ha nagy méretű a szelep, a szelepszárnak hosszú utat kell befutni. Ehhez igen hosszú rugók kellenek. A hosszú rugónak vastagnak is kell lenni, így egy határ fölött óriási méretű hajtásokat kellene készíteni. Alternatív megoldás: Olyan hajtást készítünk, amiben a membrán (vagy az őt helyettesítő dugattyú) mindkét oldalára levegőnyomást adunk. Ha a levegőnyomást jó nagyra választjuk, a hajtás feje kisebb lesz. Cserébe - mint általában - kapunk egy hátrányt is: Levegőkimaradás esetén fogalmunk sincs, hova áll be a szelep! Ez ellen csakis úgy védekezhetünk, ha az ilyen szelepeket saját "szünetmentes" levegőellátással rendeljük, azaz mellé teszünk egy kis légtartályt, meg az elé egy visszacsapó szelepet. (Hogy a tartályból a levegő ne szökhessen vissza.) Mivel a hajtás levegőfogyasztása nem nagy, e tartály egy ideig ellátja levegővel. Ha az is kifogyott, baj van.
Karakterisztika:
Ilyenről nem beszélhetünk. Ha a hajtás nincs összekötve a szeleppel, az egyik oldalra adott minimális túlnyomás azonnal a szemközti végállásba viszi a dugattyút (membránt). Ha a szeleppel össze van kötve, és nyomás alatt van a szelep, a helyzet még bonyolultabb. Ezt a hajtást csak úgy lehet egy adott pozícióba beállítani, ha figyeljük szár elmozdulását, és annak megfelelően állandóan szabályozzuk a két oldalra adott levegő nyomását. Azt a készüléket, ami ezt teszi pozícionálónak nevezzük. Miként nincsen rózsa tövis nélkül, nincsen rugómentes hajtás pozícionáló nélkül.
Mi a pozícionáló?
Az előző részekből tudjuk, hogy a pneumatikus hajtásra adott levegőnyomás és a szelep pontos pozíciója között nincs közvetlen összefüggés. Mivel mi mégis azt szeretnénk, hogy legyen, a hajtásra fel kell szerelnünk egy pozíciószabályozó kört. A kör alapjele a szabályozószelep vezérlőjele legyen, a szabályozott jellemző pedig a szelepszár helyzete. A kör minden külső erőhatástól függetlenül állítsa a szelepszárat az alapjellel előírt pozícióba. Azt a készüléket, ami ezt megvalósítja, pozícionálónak nevezzük. Ne feledjük, hogy a pneumatikus eszközök alkalmazásánál gondot kell fordítani az olaj- és vízmentes levegőellátásra. Ehhez ma már korszerű levegő előkészítő rendszereket lehet kapni.
Felépítés:
A baloldali ábrán egy csúszószáras szelephez való pozícionáló látható. A készüléket a hajtásra csavarozzák, és a jobboldali - tengely körül elfordulni képes - csatolókart a szelepszárral összekötve mérik a szár pozícióját. A csatolókar tehát a szelepszár függőleges elmozdulását szögelfordulássá alakítja. Figyeljük meg a csatolókar hornyában futó acél rugószálat, melynek feladata a szelepszárra rögzített mozgató pecek és a csatolókar közötti lötyögés megszüntetése. Fontos alkatrész!
Talán feltűnt, hogy az alkalmazott mechanizmus nem lineáris, azaz a szelep elmozdulás és a szögelfordulás közötti összefüggés nem egyenes. (Baloldali ábra) Ezt némely pozícionálókban elhanyagolják, jobbakban pedig inverz mechanikával vagy elektronikával kompenzálják. A kompenzáció csakis akkor lesz hatásos, ha a pozícionálót a gyári előírásoknak megfelelően szereljük fel és állítjuk be. Gyakran alkalmazott módszer, hogy a szelep 50%-os nyitottságánál kell a csatolókarnak vízszintesnek lenni.
A pneumatikus pozícionáló:
Régebben, mikor még a pneumatika uralta a folyamatirányítást, általános volt a pneumatikus pozícionálók alkalmazása. Ezek a jószágok a vezérlőjelet (input) is pneumatikusan, többnyire 0,2...1 bar tartományú jelként kapták. A pozícionáló működésének elvi rajza a jobboldali képen látható. A bemenetre adott nyomás növelésére a csőmembrán kinyúlva a torlólemezt felfelé mozdítja el a jobboldali rugók ellenében. A torlólemez közelít a felette levő fúvókához, annak nyílásán zárva egy kicsit. Emiatt megnő a fúvóka nyomása, amit egy erősítőre vezetünk. Az erősítő kimenete a szelep hajtására megy. A megnövekedett nyomás lefelé mozdítja a hajtást és a szelepszárat. (Olyan hajtást tételezve fel, melyben a rugó nyit, a levegő zár.) A szelepszár a rugón keresztül lefelé kezdi húzni a torlólemezt, mindaddig, míg az a fúvókától annyira eltávolodik, hogy a csőrugó felfelé ható és a rugók lefelé ható nyomatéka újra egyensúlyba kerül. Ez egy "P" tipusú szabályozó.
Karakterisztika:
A jobb pozícionálóknál egy-két mechanikus áttétel cseréjével (ezeket tartozékként illik szállítani) változtatni lehet a karakterisztikát: Lineáris, egyenszázalékos és gyökös karakterisztika egyaránt beállítható rajtuk. Ha a szeleptestünk lineáris, de az alkalmazáshoz egyenszázalékos szelep illik, a pozícionálóval is megoldhatjuk a dolgot. Ha a szeleptest egyenszázalékos, de lineáris eredőre van szükség, a pozícionálón gyökös karakterisztikát állítunk. A többi variácó nem annyira jellemző, de el lehet gondolkodni rajta.
Elektropneumatikus pozícionálók:
Napjainkban leggyakrabban 4...20 mA-es jellel vezéreljük szelepeinket. Ehhez nem is kell más, csak annyi, hogy a pneumatikus pozícionálóval egy házba tegyünk egy E/P átalakítót, ahogyan az a jobboldali ábrán látható. Az átalakító kissé drágítja a készüléket, de még mindig olcsóbb, mint egy pneu pozi, plusz egy külön E/P átalakító.
Az intelligens pozícionálók:
Egyre gyakoribb, hogy a pozícionálóba mikroprocesszoros elektronikát építenek. Ez esetben a belső felépítés a jobboldali ábrának megfelelően módosul. Kell ez? A tapasztalt szakemberek szerint egy pozícionáló mindig túléli a szelepet, és ha a levegőrendszer korrekt, az életben nem kell hozzányúlni a pozihoz. Az intelligens pozícionálók létjogosultsága mégis megkérdőjelezhetetlen. Az ok: A szelepdiagnosztika. A pozícionáló meglepően sok mindent tud a szelepről. Ezeket az információkat alkalmas szoftverrel fel lehet dolgozni, és sok munkától lehet megszabadulni. A témáról a PID.hu-n egy gyakorlott (ámde igen elfoglalt) diagnoszta cikkét tervezzük megjelentetni, addig egy kis türelmet kérünk.
Az intelligens pozícionálókra jellemző, hogy a szelepszár elmozdulást elektronikusan (potméter, diff. trafó, Hall-szonda, stb.) mérik. Egy olyan szelepen, amely óránként egyszer ha megmozdul, a potis megoldás is jó. Ha egy izgága szelepről van szó, kerüljük a potmétereket... Ezek a pozik mindig valamiféle digitális kommunikációval (HART, FFB, PB), mini kijelzővel, tasztatúrával, extra be- kimenetekkel rendelkeznek, önhangolást tudnak, irda-n kezelhetőek és kívánságra elzenélik a "happy birthday" kezdetű örökbecsű slágert is...
A beépített intelligencia dacára azonban egy képzetlen szakember ugyanúgy elszúrhatja a beállítást, mint a klasszikus pozik esetében. Sőt... A beállítható, beállítandó paraméterek rengetegében könnyen elvész a kellően fel nem készült szaki.