Pneumatic actuator là gì?

Trong hệ thống công nghiệp hiện này, có rất nhiều nguồn năng lượng được sử dụng để hoạt động các thiết bị như điện năng, thủy lực, hơi nước. Trong đó, khí nén hay pneumatic là một trong những nguồn năng lượng được sử dụng rất phổ biến. Khí nén được sử dụng rất nhiều để hoạt động các thiết bị máy móc cũng như các dòng van công nghiệp. Bộ chuyển đổi khí nén thành cơ năng hoạt động cho van được gọi là Pneumatic actuator. Vậy pneumatic actuator là gì? Bài viết hôm này chúng tôi xin được giới thệu đến các bạn cấu tạo cũng như ứng dụng của chúng trong các hệ thống máy móc.

Giới thiệu về pneumatic actuator

Để hiểu rõ khái niêm này, trước hết chúng ta hãy cùng tìm hiểu pneumatic hay khí nén là gì.

Pneumatic là gì?

Khí nén là dạng năng lượng được tạo ra từ không khí tự nhiên hoặc sử dụng các phương pháp hóa học, được nén ở các áp lực rất cao. Đối với không khí được nén thường có độ ẩm bị loại bỏ, và một lượng nhỏ dầu được thêm vào máy nén để tránh ăn mòn và bôi trơn các thành phần cơ khí.

Nguồn gốc của khí nén học có thể được bắt nguồn từ thế kỷ đầu tiên khi nhà toán học Hy Lạp Alexandria viết về những phát minh của ông được cung cấp bởi hơi nước hoặc gió.

Nhà vật lý người Đức Otto von Guericke (1602-1686) đã đi xa hơn một chút. Ông đã phát minh ra máy bơm chân không, một thiết bị có thể rút ra không khí hoặc khí từ tàu được gắn vào thiết bị đó. Ông đã thể hiện bơm chân không để tách các cặp bán cầu bằng áp lực không khí. Lĩnh vực khí nén đã thay đổi đáng kể qua nhiều năm. Nó đã di chuyển từ các thiết bị cầm tay nhỏ sang máy lớn với nhiều bộ phận phục vụ các chức năng khác nhau.

Các hệ thống khí nén được sử dụng trong công nghiệp thường được cung cấp bởi khí nén hoặc khí trơ nén. Máy nén khí đặt ở vị trí trung tâm cung cấp cho các xy lanh, động cơ không khí và các thiết bị khí nén khác. Một hệ thống khí nén được điều khiển bằng van điều khiển bằng tay hoặc tự động được lựa chọn khi nó cung cấp chi phí thấp hơn, linh hoạt hơn hoặc an toàn hơn động cơ điện.

Pneumatic actuator là gì?

Actuator hay còn được gọi là thiết bị truyền động. Nó có tác dụng chuyển đổi các nguồn năng lượng như điện, thủy lực thành cơ năng để di chuyển hoặc kiểm soát các cơ chế hệ thống. Pneumatic actuator là dạng thiết bị truyền động sử dụng nguồn năng lượng đó là khí nén. Nó còn thường được gọi bằng tên khác đó là bộ truyền động khí nén.

Bộ truyền động khí nén được sử dụng trong rất nhiều các lĩnh vực khác nhau. Đặc biết trong đó có lĩnh vực đó là van công nghiệp. Chúng được sử dụng để điều khiển các hoạt động đóng mở của van. Hoặc cũng có thể điều tiết hoạt đọng của van theo như ý muốn của người sử dụng.

Các dòng van sử dụng bộ truyền động khí nén thường gặp hiện nay đó là van bi điều khiển khí nén và van bướm điều khiển khí nén. Đây là các dòng van được sử dụng nhiều trong các hệ thống nhà máy tại Việt Nam hiện nay.

Cấu tại của pneumatic actuator là gì?

Bản chất của một bộ truyền động khí nén (pneumatic actuator) đó là một xy lanh khí nén. Luồng khí khi truyền vào trong bộ truyền động, áp lực của nó tác động lên piston làm piston di chuyển. Khi đó, piston sẽ truyền lực đến đối tượng cần di chuyển.

Áp lực luồng khí khi cung cấp vào trong bộ truyền động sẽ được chuyển hóa thành cơ năng, cụ thể đó là chuyển động quay hoặc chuyển động tịnh tiến. Đối với chuyển động quay, sẽ có hai piston trong bộ truyền động. Khí nén được cung cấp lam pistong di chuyển, hai piston này được khớp với một trục quay ở giữa. Chuyển động tịnh tiến theo của hai piston sẽ làm trục này quay. Từ đó tạo ra một lực momen xoắn truyền đến các thiết bị. Trong lĩnh vực van công nghiệp, bộ truyền động quay được sử dụng cho các dòng van bi hoặc van bướm.

Đối với chuyển động tịnh tiến, cấu tạo của bộ truyền động đơn giản hơn rất nhiều. Bộ truyền động chỉ đơn thuần là một xy lanh đóng mở thông thường. Cơ cấu hoạt động của thiết bị sẽ được gắn trực tiếp vào trục của piston. Khi piston di chuyển do khí nén thì nó cũng truyền lực đến các thiết bị. Trong lĩnh vực van công nghiệp, bộ truyền động tịnh tiến được sử dụng cho các dòng van cầu hoặc van cổng.

Phân loại pneumatic actuator

Bộ truyền động khí nén được phân chia là hai dạng chính đó là tác động đơn và tác động kép.

Pneumatic actuator – tác động đơn

Bộ truyền động tác động đơn đó là dạng cấp khí liên tục. Đối với bộ truyền động dạng này, ta chỉ có một cổng cấp khí vào nó. Bên trong bộ truyền động có lò xo phản hồi nhằm ép một phía chuyển động của piston. Khi ta cấp khí, piston nhận áp lực thắng được lực đàn hồi của lò xo. Nó sẽ chuyển động và ép lò xo lại. Khi ngừng cấp khí, lực đàn hồi của lò xo sẽ đẩy piston về vị trí ban đầu.

Dạng tác động đơn của chuyển động quay

Pneumatic actuator – tác động kép

Bộ truyền động tác động kép là dạng cấp khí hai chiều, bên trong nó không có chứa lò xo phản hồi như dạng tác động đơn. Bộ truyền động này có hai cổng cấp khí riêng biệt. Cấp khí lần một piston sẽ dịch chuyển và giữ nguyên vị trí tại đó khi ngừng cấp khí. Khi cấp vào cổng còn lại, khí cấp ở cổng kia sẽ bị nén xả ra ngoài. Đồng thời piston sẽ dịch chuyển theo chiều ngược lại.

Dạng tác động kép của chuyển động quay

Ưu và nhược điểm của pneumatic actuator

Ưu điểm

Ưu điểm của bộ truyền động khí nén đến từ sự đơn giản độc đáo của chúng. Hầu hết các bộ truyền động bằng nhôm khí nén có mức áp suất tối đa là một trăm năm mươi psi với kích thước lỗ khoan từ ½ đến 8 in, chuyển thành khoảng ba mươi đến bảy ngàn năm trăm lb lực. Trong khi, các bộ truyền động bằng thép có mức áp suất tối đa là hai trăm năm mươi psi với kích thước lỗ khoan từ ½ đến 14 in, và chúng tạo ra các lực từ năm mươi đến 38.465 lbf. Bộ truyền động khí nén tạo ra chuyển động tuyến tính chính xác bằng cách cung cấp độ chính xác, ví dụ, trong vòng 0,1 inch và độ lặp lại trong vòng 0,001 inch.

Thiết bị truyền động khí nén ứng dụng điển hình liên quan đến các khu vực có nhiệt độ khắc nghiệt. Phạm vi nhiệt độ điển hình là -40 ° F đến 250 ° F. Về mặt an toàn và kiểm tra, bằng cách sử dụng không khí, bộ truyền động khí nén tránh sử dụng vật liệu nguy hiểm. Chúng đáp ứng tất cả các yêu cầu về lá chắn nổ và an toàn máy móc vì chúng không tạo ra nhiễu từ do thiếu động cơ.

Nhược điểm

Tổn thất áp suất và khả năng nén của không khí làm cho khí nén có khả năng kém hơn các phương pháp chuyển động tuyến tính khác. Hạn chế phân phối máy nén khí và không khí có nghĩa là các hoạt động ở áp suất thấp hơn sẽ có lực thấp hơn và tốc độ chậm hơn. Một máy nén phải chạy áp suất hoạt động liên tục ngay cả khi không có gì di chuyển.

Để trở thành bộ truyền động khí nén hiệu quả nhất, phải có kích thước cho một công việc cụ thể. Do đó, chúng không thể được sử dụng cho các ứng dụng khác. Kiểm soát chính xác và hiệu quả đòi hỏi các bộ điều chỉnh tỷ lệ và van, nhưng điều này làm tăng chi phí và độ phức tạp.

Mặc dù không khí dễ dàng có sẵn, nó có thể bị ô nhiễm bởi dầu hoặc bôi trơn, dẫn đến thời gian chết và bảo trì. Các công ty doanh nghiệp vẫn phải trả tiền cho khí nén, làm cho nó trở thành một vật tư tiêu hao, và máy nén và dây chuyền là một vấn đề bảo trì khác.

Ứng dụng của pneumatic actuator trong lĩnh vực van công nghiệp

Bộ truyền động khí nén là một phương pháp đã được chứng minh để có được chuyển động quay và tuyến tính. Đối với hoạt động của van, cả bật / tắt và điều khiển, không khí cung cấp một phương pháp đáng tin cậy, an toàn, tiết kiệm. Giảm chi phí cho việc tự trang bị khí nén, bộ truyền động không khí thường tiết kiệm chi phí hơn so với bộ truyền động điện đối với các dòng có kích thước vừa và nhỏ.

Hiện nay, bộ truyền động khí nén được sử dụng đại đa số trong các nhà máy công nghiệp tại Việt Nam. Nhờ các hệ thống khí nén luôn sẵn có trong các nhà máy, van được vận hành một cách hoàn toàn tự động. Chỉ với một người vận hành ta có thể điều khiển nhiều van hoạt động đồng thời. Điều này giúp tiết kiệm được chi phí nhân công, thời gian vân hành từ đó tăng năng suất của dây chuyền lên nhiều lần.

Để tăng cường các tính năng của bộ truyền động khí nén, người ta thường lắp thêm các phụ kiện đi kèm để mang lại hiệu năng cao. Trong đó các phụ kiện phổ biến đó là công tắc hàng trình – limit switch box, van điện từ khí nén. Ngoài ra, để điều khiển mức độ di chuyển của piston, từ đó điều khiển được độ đóng mở của van. Chúng ta còn có một thiết bị gọi là bộ điều tiết khí nén hay Pneumatic positioner,