اکچویتور پنوماتیک

اکچویتور پنوماتیک چیست؟

اکچویتور پنوماتیک یا بادی (Pneumatic Actuator) یکی از انواع عملگرهای  اتوماتیک میباشد که با استفاده از نیروی باد (هوا)، شیرآلات صنعتی را کنترل یا قطع و وصل میکند.

در اکچویتور های پنوماتیکی مقدار گشتاور یا نیرویی که برای عملکرد شیر مورد نیاز میباشد توسط انرژی باد یا هوای فشرده، توسط کمپرسور در محیط های صنعتی تامین خواهد شد. این اکچویتورها از مزایای بسیاری مانند سرعت بالا، سادگی عملکرد، بهره‌وری در انرژی و همچنین قیمت مناسب نسبت به سایر انواع اکچویتور ها برخوردار هستند.

اکچویتور پنوماتیک قابلیت اتصال روی انواع شیرآلات کنترلی، شیر پروانه ای، شیر توپی، انگل ولو و سایر انواع شیرآلات پایپینگی را دارا میباشد.

همانطور که بالاتر نیز اشاره کردیم، اکچویتورهای پنوماتیک، توسط انرژی باد یا هوا تحریک خواهند شد میباشد و با نصب یک شیر برقی نامور پنوماتیک، میتوان با برق به آنها فرمان داد و آنها را کنترل کرد.

انواع اکچویتور پنوماتیک

اکچویتور پنوماتیک دارای انواع مختلفی از نظر نوع عملکرد میباشد. این عملگرها شامل اکچویتور پنوماتیکی دیافراگمی (Diaphragm)، پیستونی (Piston)، چرخشی (Rack and Pinion)، دورانی (Scotch Yoke) و پره ای (Vane) بوده که هر یک از این عملگرها با توجه به نوع شیر، سایز شیر، مقدار گشتاور مورد نیاز، فشار سیال فرآیندی و بسیاری موارد فنی دیگر طراحی و روی شیرآلات پایپینگ نصب میشوند.

در ادامه این مطلب به معرفی هریک از این اکچویتور ها پرداخته و مشخصات فنی و ویژگی های آنها را معرفی خواهیم کرد:

1- اکچویتور دیافراگمی

بطور کلی اساس عملکرد در این نوع اکچویتورها استفاده از مکانیزم فنر و دیافراگم میباشد.

دیافراگم در این نوع اکچویتور ها توسط وارد شدن نیروی هوا یا سیگنال های نیوماتیکی تحریک و توسط فنر پشت آنها متراکم میشود. با حرکت دیافراگم، میله متصل به آن که به استم شیر کوپل میباشد نیز حرکت میکند و باعث باز یا بسته شدن شیر میگردد. (حرکت خطی اکچویتور)

هنگام قطع شدن نیروی فشار هوا، فنر فشرده شده به حالت آزاد قبلی برمیگردد و دیافراگم را نیز با خود به وضعیت اولیه باز میگرداند. به این نوع عملکرد در اکچویتور های دیافراگمی، فنر برگشتی (Spring-Return) میگوییم.

عملکرد فنر برگشتی بودن یا دابل اکت بودن یک اکچویتور منحصر به اکچویتور های دیافراگمی نبوده و در تمام اکچویتور های پنوماتیکی قابل اجرا میباشد.

شکل زیر یک نمونه اکچویتور دیافراگمی Air to Close را نمایش میدهد. این اکچویتور با انرژی هوا گشتاور لازم برای بستن یک شیر را فراهم کرده و در صورت قطع شدن منبع انرژی به حالت Safe خود که باز میباشد برمیگردد.

در نوع دیگری از اکچویتور های دیافراگمی که به اکچویتور های دابل اکت (Double Acting) معروف هستند به جای استفاده از مکانیزم فنر و دیافراگم، از دو خط هوا در بالا و پایین دیافراگم استفاده میشود و فنری در این مکانیزم وجود نخواهد داشت.

عملکرد اکچویتور دابل اکت به این صورت میباشد که همیشه یکی از خطوط هوا متصل بوده و دیگری قطع میباشد. زمانیکه خط هوای بالایی برقرار باشد، دیافراگم فشرده میشود و حرکت آن رو به پایین خواهد بود. در موقعی که خط هوای بالایی قطع شود، خط هوای پایینی دیافراگم برقرار خواهد شد و دیافراگم را با خود سمت بالا حرکت داده و به وضعیت قبلی خود باز میگرداند.

2- اکچویتور پیستونی

مکانیزم داخلی این نوع از عملگرها استفاده از یک مکانیزم سیلندر – پیستون و میباشد. پیستون در این نوع اکچویتور ها پیستون توسط نیروی هوا (سیگنال نیوماتیکی) داخل یک سیلندر کاملآ آب بند، به سمت بالا و پایین حرکت میکند. (حرکت خطی اکچویتور)

با حرکت پیستون، میله متصل به آن که به استم شیر کوپل میباشد حرکت میکند و باعث باز یا بست شدن شیر کنترلی میشود.

عملکرد این نوع از اکچویتورها بسیار شبیه به اکچویتور های دیافراگمی میباشد با این تفاوت که از پیستون در آنها به جای دیافراگم استفاده میشود.  اکچویتورهای پیستونی به دلیل بزرگ بودن اکچویتور و سنگین بودن پیستون معمولآ در خطوطی استفاده میشوند که فشار فرآیندی بالایی دارند و از مکانیزم دیافراگم و فنر در آنها نمیتوان استفاده کرد.

شکل زیر مقایسه ای از دو نوع اکچویتور پنوماتیکی دیافراگمی و پیستونی را نمایش میدهد.

همچنین لازم به ذکر است که استفاده از اکچویتور های پیستونی به جز در موارد خاص متدوال نبوده و بیشتر در این مورد از اکچویتور های دیافراگمی در کنترل ولو های پنوماتیکی استفاده میگردد.

3- اکچویتور دورانی (رک و پینیون)

اکچویتورهای پنوماتیکی دورانی یا روتاری که به Rack and Pinion نیز در صنایع معروف هستند نوع دیگری از عملگرهای پنوماتیکی محسوب میشوند که با نیروی فشار هوا عمل میکنند. حرکت این اکچویتورها به صورت دورانی یا چرخشی (روتاری) می باشد و برای کنترل شیرآلاتی که حرکت مجرابند آنها بصورت دورانی یا روتاری (شیرهای توپی و شیر های سماوری و پروانه ای) میباشد مورد استفاده قرار میگیرند. (حرکت دورانی اکچویتور)

مکانیزم عملکرد این نوع از اکچویتور ها بدین صورت میباشد که یک شفت دندانه دار که به استم بدنه ولو کوپل میباشد، در وسط اکچویتور قرار دارد و دو پیستون در دو طرف آن  با دندانه‌ هایی به شفت میانی اکچویتور متصل هستند. دو محفظه جدا از هم در یک اکچویتور وجود دارد که ناحیه درونی، بین دو پیستون و ناحیه خارجی، بین هر پیستون و دیواره قراردارد و کاملا از هم ایزوله هستند.

سیال محرک (هوا یا گاز طبیعی) با پر و خالی کردن در این دو ناحیه باعث به حرکت درآمدن پیستون می­‌شود و پیستون نیز با استفاده از دنده ‌هایی که آن را به شفت متصل میکند، گشتاور لازم برای چرخاندن شیر را تامین میکنند و شیر باز و بسته میشود. همانطور که پیشتر نیز اشاره کردیم بیشترین کاربرد اکچویتورهای پنوماتیکی در شیرهای قطع وصل مانند شیر توپی، شیر پروانه ای و شیر سماوری میباشند.

4- اکچویتورهای چرخشی اسکاچ یوک 

نوع دیگری از اکچویتور های چرخشی که از مکانیزم پیستون و فنر استفاده میکنند و حرکت خطی را به حرکت روتاری تبدیل میکنند اکچویتورهای اسکاچ یوک Scotch Yoke هستند. (حرکت دورانی اکچویتور)

به عبرات دیگر اکچویتورهای اسکاچ یوک نیز مانند اکچویتور های رک اند پینیون حرکت خطی را در نهایت به یک حرکت چرخشی یا دورانی تبدیل کرده و باعث چرخش مجرابند (دیسک) شیر خواهند شد.

پس میتوان نتیجه گرفت این نوع از اکچویتور ها مناسب شیرهای ربع گرد هستند و بیشترین کاربرد این نوع عملگرها شیر های توپی و شیر پروانه ای های سایز بزرگ مناسب خطوط انتقال (Pipe Line) هستند.

شکل زیر شماتیک عملکرد یک اکچویتور دورانی Scotch Yoke را نمایش میدهد.

همچنین اکچویتور های پنوماتیکی بر اساس نوع عملکرد به دو نوع عملگرهای فنر برگشتی یا سینگل اکت و اکچویتورهای دابل اکت تقسیم بندی میشوند که در ادامه به معرفی آنها میپردازیم:

اکچویتور فنر برگشتی

در اکچویتورهای فنر برگشتی که به spring-return نیز معروف هستند، عملگر فقط از یک سمت (بالا یا پایین) تحت اعمال نیرو توسط فشار هوای ابزار دقیق قرار میگیرد. در اکچویتور های فنر برگشت در صورت قطع شدن نیروی هوا، فنری که در قسمت پشت دیافراگم یا پیستون اکچویتور قرار دارد از حالت فشردگی خارج و اکچویتور به حالت اولیه یا fail safe خود بازخواهد گشت. به این ترتیب با قطع شدن فشار هوا، فنر از حالت فشردگی خارج میشود و شیر در وضعیت Fail خود قرار خواهد گرفت.

اکچویتور دابل اکت

در عملگرهای دابل اکت (Double Acting) نیروی فشار هوا از هر دو سمت وارد اکچویتور میشود و هیچ فنری در این نوع عملگر وجود ندارد. به عبارت بهتر برای باز کردن شیر هوا از یک سمت وارد اکچویتور شده و در این حالت هوای قسمت دیگر قطع میباشد. و بصورت بالعکس برای بستن شیر هوای قسمتی که در حالت بلی قطع بود برقرا میشود و اکچویتور را به جهت مخالف هدایت کرده و هوای قسمتی که در حالت قبل باز بود بسته خواهد شد.

در واقع در این حالت برای کنترل شیر باید دو طرف اکچویتور را به صورت متناوب تحت فشار قرار دهیم. این نوع اکچویتور ها برای شیرآلات با سایز های بزرگ و خطوطی که فشار سیال فرآیندی بالاتر میباشد مناسب میباشند.

خرید اکچویتور پنوماتیک

اکچویتورهای پنوماتیکی معمولآ بر اساس گشتاور تولیدی تقسیم بندی می شوند. برای خرید اکچویتور پنوماتیک مناسب آنها باید موارد متعددی را در نظر داشت که هریک از آنها در تضمین عملکرد مناسب اکچویتور نقش مهمی را ایفا کرده و کیفیت و راندمان فرآیند را تضمین خواهند کرد.

در ادامه به معرفی مهمترین مواردی که باید در هنگام خرید یک اکچویتور پنوماتیکی در نظر گرفت میپردازیم:

1-نوع اکچویتور پنوماتیک

انتخاب نوع اکچویتور پنوماتیکی که از نوع دیافراگمی باشد یا پیستونی یا دورانی اولین فاکتوری است که باید در نظر گرفته شود. چراکه اکچویتور های پنوماتیکی دیافراگمی برای شیرهای با عملکرد خطی و اکچویتور های پنوماتیکی دورانی برای شیر های با حرکت ربع گرد مانند شیر توپی و شیر پروانه ای مناسب هستند.

همچنین سینگل اکت (فنر برگشتی) بودن با دابل اکت بودن اکچویتور از دیگر ملاحظاتی است که در هنگام خرید اکچویتور پنوماتیک باید در نظر داشت.

2-گشتاور خروجی

گشتاور خروجی مقدار نیرویی است که اکچویتور پنوماتیکی تولید میکند. این مقدار، نیروی مورد نیاز برای باز و بسته کردن شیر را مشخص کرده و معمولاً با واحدهای نیوتن متر (N·m) یا پوند بر اینچ (lbf·in) بیان می شود.

در نظر گرفتن گشتاور تولید شده توسط اکچویتور پنوماتیکی از دیگر موارد بسیار مهمی میباشد که باید برای خرید اکچویتور مناسب در نظر گرفت. اکچویتور باید بتواند با کمترین میزان فشار هوا بر ماکزیمم فشار فرآیندی غلبه کرده و شیر را باز یا بسته کند.

در جدول زیر انواع اکچویتور های پنوماتیکی دورانی در سایز های مختلف را مشاهده میکنید که در فشار های کاری مختلف چه گشتاوری ایجاد میکنند

سایز	گشتاور با فشار 2bar	گشتاور با فشار 3bar	گشتاور با فشار 4bar	گشتاور با فشار 6bar
اکچویتور پنوماتیک سایز 40	5	7	10	15
اکچویتور پنوماتیک سایز 52	9	13	17	26
اکچویتور پنوماتیک سایز 63	15	23	30	45
اکچویتور پنوماتیک سایز 75	21	32	42	64
اکچویتور پنوماتیک سایز 83	33	49	65	98
اکچویتور پنوماتیک سایز 92	47	70	93	140
اکچویتور پنوماتیک سایز 105	70	104	138	207
اکچویتور پنوماتیک سایز 125	108	162	216	324
اکچویتور پنوماتیک سایز 140	184	277	370	554
اکچویتور پنوماتیک سایز 160	281	422	563	844
اکچویتور پنوماتیک سایز 190	453	680	907	1361
اکچویتور پنوماتیک سایز 240	554	831	1108	1662
اکچویتور پنوماتیک سایز 270	1263	1854	2472	3710

3-فشار هوای کاری

فشار هوایی که اکچویتور با آن تحریک شده و فعال خواهد شد از دیگر موارد مهمی است که باید در نظر گرفته شود. به عبارتی دیگر اکچویتورها در سایز های مختلف که گشتاور های مختلفی تولید میکنند در رنج های عملکرد فشاری مختلفی نیز وجود خواهند داشت.

به عبارتی دیگر فشار هوای در دسترسی که از کمپرسور خارج میشود باید در رنج کاری اکچویتور باشد.

4-طول کورس

طول کورس در اکچویتور مقدار حرکت اکچویتور و تعیین کننده میزان باز یا بسته شدن شیر میباشد. طول کورس اکچویتورهای خطی  بر حسب میلی متر (mm) یا اینچ (in) و برای اکچویتور های دورانی بر حسب درجه زاویه بیان میشود.

این طول معمولاً از 5 میلی متر (0.2 اینچ) تا 100 میلی متر (3.9 اینچ) متغیر میباشد. در کاتالوگ های سازندگان اکچویتور های پنوماتیک برای هر سایز مشخص یک طول کورس برای اکچویتور های خطی و یک مقدار زاویه گردش برای اکچویتور های دورانی تعریف میشود.

5-متریال

جنس و متریال های بکار رفته در اجزای داخلی یک اکچویتور هم پارامتر مهم دیگری است که در هنگام خرید یک اکچویتور پنوماتیکی باید در نظر داشت. طبیعتآ متریال های نامناسب و بی کیفیتی که باعث از بین رفتن اجزای داخلی اکچویتور شوند عملکرد و دقت آن را تحت تاثیر قرار خواهند داد و طول عمر تجهیز را کاهش میدهند.

قیمت اکچویتور پنوماتیک

پارامترهای متعددی در خرید اکچویتور پنوماتیک تاثیرگذار هستند. مهمترین موضوع که در تعیین قیمت اکچویتور پنوماتیک مهم میباشد. در ادامه به مهمترین مواردی که در قیمت یک اکچویتور پنوماتیک تاثیر گذار هستند میپردازیم:

1.  سایز اکچویتور یا به عبارت بهتر مقدار گشتاور مورد نیاز اکچویتور میباشد. سایز شیر و نوع شیری که اکچویتور پنوماتیک روی آن نصب خواهد شد طبیعتآ با سایز خود اکچویتور و گشتاور ایجاد شده مرتبط میباشد و روی قیمت آن تاثیر خواهند داشت.
2.  عملکرد اکچویتور که سینگل یا فنر برگشت میباشد یا دابل اکت از دیگر ویژگی های اکچویتورهای پنوماتیک میباشد که در قیمت آن تاثیر گذار میباشند. اکچویتور های دابل اکت دارای قیمت های بیشتری نسبت به اکچویتور های سینگل اکت هستند.
3.  طول کورس در یک اکچویتور پنوماتیک از مواردی است که در قیمت آن تاثیر گذار میباشد. اکچویتور پنوماتیک با طول کورسهای بیشتر دارای قیمت های بالاتری هستند. 
4.  متریال بکار رفته در اکچویتور های پنوماتیک یکی از مهمترین پارامترهای تاثیر گذار روی قیمت میباشد. طبیعتآ استفاده از متریال های مقاوم به خوردگی و دما از قیمت های بیشتری برخوردار هستند.
5.  طبیعتآ وجود تجهیزات جانبی مانند رگولاتور ولو، لیمیت سوئیچ باکس و … روی قیمت اکچویتور پنوماتیک تاثیر گذار میباشند.

تجهیزات شیر اکچویتور پنوماتیک

برای نصب یک اکچویتور پنوماتیک روی یک شیر صنعتی مانند شیر پروانه ای یا شیر توپی، معمولآ از ادوات و تجهیزات جانبی خاصی استفاده میشوند. این تجهیزات همگی برای کنترل و عملکرد هرچه دقیقتر و بهتر شیر صورت به اکچویتور متصل میشوند و عملکرد شیر با قابلیت های کنترلی بیشتر و با اطمینان بیشتر انجام خواهد شد.

در ادامه به معرفی این تجهیزات جانبی میپردازیم:

1- شیر برقی

شیر برقی یکی از تجهیزات جانبی مهمی میباشد که روی اکچویتور های پنوماتیک وصل میشود و فرمان های قطع و وصل هوا به اکچویتور از طریق این شیر برقی نامور به اکچویتور میرود. شیر برقی معمولآ برای اکچویتور های فنر برگشتی بصورت 3/2 و برای اکچویتور های دابل اکت بصورت 5/2 میباشد.

شیر برقی دارای یک بوبین یا هسته مغناطیسی میباشد. با اعمال جریان برق به سلونوئید، این جریان باعث ایجاد میدان مغناطیسی می‌شود که این میدان به پیستون داخل سلونوئید نیرو وارد کرده و آن را جابجا می‌کند. به این ترتیب با حرکت هسته، مجرا باز یا بسته می‌شود و هوا به داخل اکچویتور هوایت خواهد شد.

شیر برقی در انواع متریال های مختلف و انواع ولتاژ های کاری 24 و 48 ولت dc و 220 ولت ac تولید میشوند.

2- رگلاتور ولو

رگولاتور ولو یا شیر فشار شکن یکی دیگر از تجهیزات جانبی اکچویتور های پنوماتیک میباشد که برای تنظیم فشار خط هوای ورودی به اکچویتور مورد استفاده میباشد. به دلیل اینکه فشار خط هوای ورودی از کمپرسور زیاد میباشد (تا 10 بار)، یک رگولاتور قبل از ورود این هوا به اکچویتور فشار را تا حد ممکن (فشار کاری اکچویتور) کاهش داده و آن را مناسب عملکرد اکچویتور خواهد کرد.( برای مثال تا 4 بار)

این رگلاتور ها به دلیل اتصال خط هوا به آنها که در سایز های کوچک (“1/2) هستند معمولآ با اتصالات دنده ای تولید میشوند.

3- لیمیت سوئیچ باکس

یکی دیگر از تجهیزاتی که معمولآ از انها روی اکچویتور های پنوماتیکی دورانی استفاده میکنیم، لیمیت سوئیچ باکس میباشد. این تجهیز مکانیکی دقیقآ در بالای اکچویتور بسته شده و علاوه بر نمایش وضعیت شیر که باز است یا بسته، یک سیگنال سوئیچ نیز به سیستم کنترلی ارسال میکند.

برند های تولید کننده اکچویتور پنوماتیک

•  روتورک ROTORK
•  آئوما AUMA
• نوجیکس   NOGIX
• اکچویتور پنوماتیک پروال  PROVAL
• ترک  TORK
•  مگا  MEGA
• اکچویتور پنوماتیک آلفایر  ALPHAIR
•  روپو ROPO
•  یورو کنترل  EURO CONTROL
• اکچویتور پنوماتیک دراویس  DURAVIS

مزایای اکچویتور پنوماتیکی

همانطور که بالاتر نیز توضیح دایم عملکرد این نوع از اکچویتور ها توسط نیروی فشار گاز (هوا یا گاز طبیعی) صورت میگیرد و عملگر با دریافت سیگنال های پنوماتیکی قادر به حرکت دیسک یا مجرابند شیر و باز و بسته کردن آن خواهد بود.

اکچویتورهای پنوماتیکی دارای مزایا و معایب خاص خود هستند. از جمله مزایای این عملگرها در دسترس بودن فشار هوا  و ارزان بودن آن میباشد. میتوان گفت تامین فشار هوا توسط یک کمپرسور در همه محیط  های صنعتی تقریبآ امری ساده میباشد و این یکی از مزیت های این نوع از اکچویتورها میباشد.

اما از طرفی دیگر، هوای ابزار دقیق برای عملکرد دقیق و درست تجهیزات نیوماتیکی مانند اکچویتورها، رگلاتورها و پمپ ها و سایر این دست از تجهیزات باید تمیز، به دور از گرد و غبار و آشغال و همچنین خشک باشد. به همین جهت تامین کیفیت بالای هوا یکی از معایب این نوع اکچویتور ها محسوب میشود.

همچنین تراکم پذیری زیاد هوا، وجود محدودیت های دمایی در فرآیند به دلیل وجود رینگ های لاستیکی در اکچویتورهای پنوماتیکی از دیگر معایب و محدودیت های این نوع از عملگرها محسوب میشوند.

هر یک از انواع اکچویتور ها با توجه به گشتاوری که تولید میکنند و شیری که روی آن نصب میشوند طراحی و انتخاب خواهند شد. برای مثال در کنترل ولو های نوع گلوب معمولآ از اکچویتور های دیافراگمی استفاده میکنیم.

این اکچویتورها بر اساس گشتاور تولیدی تقسیم بندی می شوند. برای انتخاب اکچیتور باید سایز شیری و همچنین فشار سیال درون خط مد نظر یاشند.

فروش و واردات انواع اکچویتور پنوماتیک (چرخشی، دیافراگمی و پیستونی) از برند های معتبر (فیشر، سامسون و یورو ولو) به صورت نو و دسته دوم با قیمت مناسب و ارسال به سراسر کشور در فروشگاه ابزار دقیق تجهیز صنعت. جهت کسب مشاوره رایگان و استعلام قیمت اکچویتور پنوماتیک میتوانید با کارشناسان فروش ما تماس بگیرید.