แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าและแอคชูเอเตอร์ลมสำหรับวาล์วท่อส่ง: ดูเหมือนว่าแอคชูเอเตอร์ทั้งสองประเภทจะแตกต่างกันมาก และจำเป็นต้องเลือกใช้ตามแหล่งพลังงานที่มีอยู่ในสถานที่ติดตั้ง แต่ในความเป็นจริงแล้วมุมมองนี้ค่อนข้างลำเอียง นอกจากความแตกต่างหลักๆ ที่เห็นได้ชัดแล้ว พวกมันยังมีคุณสมบัติเฉพาะตัวที่ไม่ชัดเจนอีกหลายประการ

แอคทูเอเตอร์ไฟฟ้าและแอคทูเอเตอร์ลมเป็นกลไกขับเคลื่อนสองประเภทที่ใช้กันมากที่สุดในระบบอัตโนมัติ โดยปกติแล้ว การเลือกใช้แอคทูเอเตอร์จะทำในขั้นตอนการออกแบบขั้นพื้นฐาน และจะใช้งานไปจนถึงสิ้นสุดอายุการใช้งานหลังการติดตั้ง

ในการเลือกประเภทพลังงานสำหรับแอคชูเอเตอร์ ผู้คนมักไม่พิจารณาถึงพารามิเตอร์ของตัวกลางในท่อส่ง แต่จะให้ความสนใจเฉพาะเอกสารอ้างอิงภายในของผู้ออกแบบ สถานการณ์การจ่ายพลังงาน หรือว่าสถานที่ติดตั้งสามารถจัดหาแก๊สสำเร็จรูปได้ในปริมาณมากหรือไม่

อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการใช้งาน มักพบว่าวาล์วบางตัวจำเป็นต้องติดตั้งแอคชูเอเตอร์ หรือพารามิเตอร์ของตัวกลางในกระบวนการของวาล์วบางตัวอาจเปลี่ยนแปลงไป คำถามจึงเกิดขึ้นว่า ควรใช้แอคชูเอเตอร์เดิมต่อไป หรือควรเปลี่ยนเป็นแอคชูเอเตอร์ตัวใหม่เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ?

อายุการใช้งานยาวนานขึ้น

บทความนี้จะแนะนำและเปรียบเทียบคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพหลักของแอคทูเอเตอร์ไฟฟ้าและแอคทูเอเตอร์ลม

ภายใต้สถานการณ์ปกติ ผู้ผลิตจะรับประกันรอบการทำงาน 10,000 รอบสำหรับแอคทูเอเตอร์ไฟฟ้า และ 100,000 รอบสำหรับแอคทูเอเตอร์ลม เห็นได้ชัดว่า ในแง่ของจำนวนรอบการทำงาน แอคทูเอเตอร์ลมมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าเนื่องจากโครงสร้างที่เรียบง่ายกว่า นอกจากนี้ พื้นผิวสัมผัสเสียดทานของแอคทูเอเตอร์ลมทำจากวัสดุอีลาสโตเมอร์หรือพอลิเมอร์ และโอริงและชิ้นส่วนนำทางพลาสติกที่สึกหรอสามารถเปลี่ยนได้ง่าย

โดยทั่วไปแล้ว แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าจะมีชุดเกียร์ทดรอบจากมอเตอร์ไปยังเพลาส่งกำลัง มีเฟืองหลายตัวที่ขบกัน ซึ่งจะสึกหรอไปตามการใช้งาน นอกจากนี้ ควรทราบว่าไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนจาระบีหล่อลื่นตลอดอายุการใช้งานของแอคชูเอเตอร์แบบนิวแมติก

แรงบิด

หนึ่งในพารามิเตอร์ประสิทธิภาพที่สำคัญที่สุดของแอคชูเอเตอร์วาล์วท่อส่งคือแรงบิด แรงบิดของแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าขึ้นอยู่กับการออกแบบ (ส่วนประกอบคงที่) และแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับสเตเตอร์ ในขณะที่แรงบิดของแอคชูเอเตอร์นิวแมติกขึ้นอยู่กับการออกแบบ (ส่วนประกอบคงที่) และความดันของอากาศที่จ่ายให้กับแอคชูเอเตอร์นิวแมติก

โดยทั่วไป แรงบิดของตัวขับเคลื่อนจะต้องมากกว่าแรงบิดสูงสุดของวาล์ว หรือมากกว่าแรงบิดที่จำเป็นในการเคลื่อนชิ้นส่วนปิดกั้น ในการใช้งานจริง แรงบิดจริงของวาล์วอาจมากกว่าแรงบิดสูงสุดที่ระบุไว้ในเครื่องหมายการค้าของผู้ผลิต และอาจมากกว่าแรงบิดสูงสุดของตัวขับเคลื่อนด้วย ซึ่งนับเป็นกรณีฉุกเฉินอย่างแน่นอน

หากคุณยังคงใช้งานแอคชูเอเตอร์ต่อไป อาจทำให้แอคชูเอเตอร์และวาล์วเสียหายได้ หากแรงบิดของวาล์วเพิ่มขึ้น มอเตอร์จะค่อยๆ เพิ่มแรงบิดจนถึงค่าแรงดึงออก (pull-out value) ซึ่งหมายความว่าโครงสร้างทางกลถูกบังคับให้รับและทนต่อแรงบิดที่มากเกินไปเกินกว่าช่วงการออกแบบ

ระบบป้องกันแรงบิดเกิน

เพื่อป้องกันอุปกรณ์เสียหายภายใต้เงื่อนไขที่กล่าวมาข้างต้น แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าสามารถติดตั้งอุปกรณ์พิเศษบางอย่างได้ อุปกรณ์ที่พบได้บ่อยที่สุดคือสวิตช์แรงบิด ซึ่งอาจเป็นแบบกลไก (หลักการทำงานทั่วไปคือเฟืองตัวหนอนเคลื่อนที่ในแนวแกนเป็นเส้นตรงในสภาวะแรงบิดเกิน) หรืออาจเป็นแบบอิเล็กทรอนิกส์ (หลักการทั่วไปคือการวัดกระแสสเตเตอร์ หรือใช้เอฟเฟกต์ฮอลล์) เมื่อแรงบิดเกินค่าสูงสุดที่ออกแบบไว้ สวิตช์แรงบิดจะตัดแรงดันไฟฟ้าของสเตเตอร์และหยุดมอเตอร์แอคชูเอเตอร์ ส่วนแอคชูเอเตอร์แบบนิวแมติกไม่จำเป็นต้องมีการป้องกันแรงบิดเกิน หากแรงบิดที่ใช้กับวาล์วเกินขีดจำกัดที่กำหนด คุณสมบัติทางกายภาพของอากาศอัดจะทำให้แอคชูเอเตอร์แบบนิวแมติกหยุดทำงาน ซึ่งแตกต่างจากแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้า แรงบิดเอาต์พุตของแอคชูเอเตอร์แบบนิวแมติกจะไม่เกินขีดจำกัดที่ออกแบบไว้ จึงอาจกล่าวได้ว่าหากวาล์วท่อส่งติดตั้งแอคชูเอเตอร์แบบนิวแมติก ความเสี่ยงต่อความเสียหายของอุปกรณ์เนื่องจากแรงบิดเกินค่าที่กำหนดจะหมดไป

การออกแบบป้องกันการระเบิด

หากมีวัตถุอันตรายอยู่ในสภาพแวดล้อมการใช้งาน อุปกรณ์ไฟฟ้าอาจทำให้เกิดการระเบิดได้ ส่วนระดับการป้องกันและวิธีการป้องกันในสภาพแวดล้อมอันตรายนั้น ไม่ได้กล่าวถึงในบทความนี้เนื่องจากข้อจำกัดด้านพื้นที่

อย่างไรก็ตาม ยังคงจำเป็นต้องเน้นย้ำว่าต้องใช้อุปกรณ์ป้องกันการระเบิดในสภาพแวดล้อมที่มีวัสดุอันตราย

เมื่อเปรียบเทียบกับแอคทูเอเตอร์ไฟฟ้ามาตรฐานอุตสาหกรรมทั่วไป แอคทูเอเตอร์ไฟฟ้ากันระเบิดสำหรับวาล์วท่อมีราคาแพงกว่าและมีโครงสร้างที่ซับซ้อนกว่า แม้ว่าแอคทูเอเตอร์แบบนิวแมติกจะถูกใช้งานในสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตราย ก็ไม่มีความเสี่ยงต่อการระเบิด สำหรับแอคทูเอเตอร์แบบนิวแมติก การออกแบบพิเศษสำหรับสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตรายก็จำกัดอยู่เฉพาะในส่วนของตัวกำหนดตำแหน่ง วาล์วโซลินอยด์ และสวิตช์จำกัด (รูปที่ 1-3) ดังนั้น หากใช้แอคทูเอเตอร์แบบนิวแมติกที่มีอุปกรณ์เสริมกันระเบิดในการควบคุมวาล์วท่อ ต้นทุนจะต่ำกว่าแอคทูเอเตอร์ไฟฟ้ากันระเบิดที่มีฟังก์ชันเดียวกันอย่างมาก

การวางตำแหน่ง

แอคชูเอเตอร์แบบใช้ลมมีข้อเสียที่สำคัญอย่างหนึ่ง คือ เมื่อแอคชูเอเตอร์เคลื่อนที่ไปถึงจุดกึ่งกลางของช่วงชัก การกำหนดตำแหน่งจะซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งหมายความว่าการกำหนดตำแหน่งของแกนวาล์วควบคุมจะทำได้ยากขึ้น

เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพของอากาศ ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งของแอคทูเอเตอร์แบบนิวแมติกจึงต่ำกว่าแอคทูเอเตอร์แบบไฟฟ้าหลายเท่า หากแอคทูเอเตอร์แบบไฟฟ้าใช้มอเตอร์แบบสเต็ปปิ้ง ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งจะสูงกว่าแอคทูเอเตอร์แบบนิวแมติกที่ติดตั้งตัวกำหนดตำแหน่งหลายเท่าตัว แอคทูเอเตอร์แบบนิวแมติกจึงใช้ได้เฉพาะกับระบบที่ไม่ต้องการความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งหรือความแม่นยำในการควบคุมสูงเท่านั้น แอคทูเอเตอร์แบบนิวแมติกที่ใช้ในวาล์วท่อมีลักษณะเฉพาะในการออกแบบโครงสร้าง คือ ส่วนประกอบทั้งหมดของระบบควบคุมจะติดตั้งอยู่บนพื้นผิวด้านนอกของแอคทูเอเตอร์ หรืออยู่นอกโครงสร้างหลัก หากต้องการเปลี่ยนโหมดการทำงานจากปิดเป็นควบคุม จะต้องเปลี่ยนวาล์วโซลินอยด์ด้วยตัวกำหนดตำแหน่ง เนื่องจากส่วนประกอบทั้งสองนี้ติดตั้งอยู่ด้านนอกของแอคทูเอเตอร์แบบนิวแมติก และการออกแบบพื้นผิวสัมผัสเหมือนกัน จึงสะดวกกว่าในการถอดตัวกระจายและติดตั้งตัวกำหนดตำแหน่ง กล่าวอีกนัยหนึ่ง แอคทูเอเตอร์แบบนิวแมติกตัวเดียวกันสามารถใช้ได้ทั้งสำหรับการปิดและการควบคุมโดยการเปลี่ยนอุปกรณ์เสริมที่เหมาะสม (รูปที่ 1-2)