Aktuatorer er en viktig komponent i et bredt spekter av systemer som brukes i vann, energi og andre industrier. Men hva egentlig is en aktuator? Nykommere til emnet nøyer seg ofte med å tenke på denne komponenten som bare en slags bryter – den delen av et ventilbasert system som bringer ventilen til en åpen eller lukket posisjon. Men verdien av slike deler går i økende grad utover enkel «åpne-lukk»-funksjonalitet og inn i et rike der alle typer sofistikert kontroll blir mulig, som Envirotec oppdaget i samtale med AUMA Actuators UK, den britiske armen til AUMA Group, som sysselsetter over 2,800 personer på 30 steder over hele verden.

Ventiler har en viktig rolle å spille i systemer der væske (eller gass) strømning må kontrolleres. I applikasjoner der vann strømmer gjennom rørledninger, for eksempel, kan det være nødvendig at strømmen stoppes, startes, bremses eller at dens retning endres. I noen systemer vil ventiler bli tilkalt for å regulere trykket på forskjellige steder.

Vannindustrien er en førsteklasses destinasjon for disse komponentene, selv om de forekommer i et stort spekter av prosessteknologi og andre systemer, inkludert kraftproduksjon, enten det er fra olje, gass, biomasse, energi fra avfall eller atomkraft. Aktuatorer spiller en viktig rolle i kontrollprosessen.

Dagens elektriske aktuatorer kan fjernstyres, og motta kommandoer for å åpne eller lukke fra industrielle kontrollsystemer som SCADA eller DCS. På samme måte, når aktuatoren har nådd en bestemt stopp- eller mellomposisjon, vil den signalisere denne statusen til kontrollsystemet.

Denne typen funksjonalitet er grunnlinjen – og vil være tilstrekkelig for mange brukere – men mye mer sofistikert kontroll er mulig, og AUMAs tilbud inkluderer i økende grad ulike typer "smart" funksjonalitet. Det er her en utvikling av teknologien rundt ventiler og aktuatorer er mest synlig, antyder AUMAs britiske MD Paul Hopkins, som ga en følelse av mulighetene som kommer til syne med et delsystem som, sa han, "faktisk er et spennende stykke ingeniørkunst" .

Hva gjør den?
AUMAs elektriske aktuatorer har en kombinasjon av elektrisk motor og girkasse, spesielt utviklet for ventilautomatisering. Aktuatorer gir dreiemomentet som trengs for å betjene de bevegelige delene av ventilen, enten det er gate, butterfly, globe eller en hvilken som helst annen type ventil. Som det står på AUMAs nettside, adresserer firmaets aktuatorer hele spekteret av muligheter, fra en 2-tommers kuleventil til mange meter høye avledningsspjeld (se "Ventiler: det grunnleggende", på slutten av artikkelen, for mer om ventiler).

Dreiemomentet overføres fra aktuatoren til ventilstammen eller akselen via et standardisert mekanisk grensesnitt. Så typen ventil bestemmer valget av aktuator, med aktuatorer tilgjengelig som "del-sving" eller "multi-turn" enheter.
Delsvingaktuatorene krever kun en liten mengde rotasjonsbevegelse (mindre enn 90 grader) for å åpne eller lukke ventilen, og har en tendens til å bli brukt for ventiler som opererer raskt på/av. Multi-turn aktuatorene bruker flere rotasjoner på ventilspindelen for å åpne eller lukke ventilen helt, og brukes der ventilposisjonen må kontrolleres nøyaktig, som med ventiler med gate, globe eller stigende spindel.

Noen ganger er det viktig å nøye kontrollere dreiemomentet som brukes når du åpner eller lukker en ventil, for å unngå å skade ventilen eller prosessen den kontrollerer, forklarte Hopkins. Aktuatorer gir også grensesnittet mellom ventilen og kontrollsystemene (og intelligens innebygd i det bredere systemet), og dette aspektet blir stadig viktigere med trender som IIoT og Industry 4.0.

AUMA gir basisnivået for kontrollfunksjonalitet i sitt AM-utvalg av aktuatorkontroller, og disse delene sies å være det perfekte valget der du ganske enkelt ønsker å kunne rapportere aktuatorens endeposisjon og feilsignaler (som også vises med lys på enheten). Ytterligere kontrollfunksjoner er mulig med firmaets AC-serie av kontroller, som sies å være et passende valg der du trenger datalogging, eller selvtilpassende kontrollfunksjoner, eller der ventilaktuatoren er integrert i et system utstyrt for ting som aktivastyring og fjernvedlikehold. Delen inneholder mikroprosessorkontroll, og gir mye mer omfattende funksjonalitet sier Hopkins, samt muligheten til å koble den til prosessautomatisering via Fieldbus (parallelt grensesnitt er også tilgjengelig, som med AM-kontrollene).

AC-enheten har også funksjoner som dreiemomentbypass, for å demontere ventiler som sitter tett, og funksjoner for å unngå vannslag i rørledninger. Hopkins plasserer deler som disse innenfor Industry 4.0-paradigmet, og de tre lagene i kontrollsystemet: sensorene («for å fortelle deg hva som skjer»), prosesskontrolleren («for å fortelle systemet hva det skal gjøre») og det fysiske laget eller utdataenhetene. Aktuatorer passer inn i dette siste nivået av systemet.

Ulike diagnosefunksjoner leveres av AC, inkludert en tidsstemplet hendelsesrapport og logging av dreiemomentkarakteristikk, samt antall starter og motordriftstider. Kontinuerlig overvåking av temperatur og vibrasjoner er en funksjon som kan hjelpe sluttbrukere til å holde anleggene i drift pålitelig, foreslår Hopkins, og tilbyr en passform med moderne vannindustris ambisjoner om "ingen strømbrudd" og så videre.

Takler vannhammer
Mye diskutert i vannindustrien for tiden er gjenstand for lekkasje, og mer enn 1 billion liter drikkevann gikk tapt via utette rør i England og Wales i 2021/22, som en fersk AUMA-video forklarer. Den samme presentasjonen forklarer hvordan aktuatorer med variabel hastighet kan programmeres for å bidra til å roe vannnettverket, og unngå skader forårsaket av rør av plutselige transiente overspenninger. Denne "vannhammer"-effekten oppstår når ventiler lukkes plutselig eller i høy hastighet, og produserer en høytrykksbølge som forplanter seg gjennom nettverket, legger stress på ventiler, tetninger og mekaniske komponenter, samtidig som den noen ganger skader rørene.

En løsning er å variere hastigheten som disse ventilene åpner eller lukker med, på en intelligent måte, og tar hensyn til den generelle effekten på trykkendringsdynamikken i hele nettverket. AUMAs aktuatorer med variabel hastighet kan programmeres, og ventilbevegelsen (i både åpnings- og lukkeretning) kan deles inn i ti forskjellige seksjoner, hvor det er mulig å spesifisere forskjellige hastigheter for hver.

Denne typen løsning kan brukes i et vannnettverk utstyrt for overvåking, analyse og handling på trykktransienter, noe som reduserer sannsynligheten for skade på eiendeler.

Sette sammen deler
I den virkelige verden ser det ut til at ventilaktuatorsystemer faller på tvers av et spekter av raffinement og kompleksitet, og AUMA-produktutvalget er bygget ved hjelp av en modulær designfilosofi, som er nyttig rettet mot å møte de unike kravene til spesifikke brukere.

På ett nivå, sier firmaet, støtter den modulære produktdesignen ting som enkel ettermontering og reparasjon, og systemer kan enkelt oppgraderes fra AM- til AC-kontroller, for eksempel (og bakoverkompatibilitet er også bevart). Tilnærmingen gjør det også lettere å gi de optimale kombinasjonene av komponenter i aktuatoren (som girkasser og koblinger), skreddersydd til situasjonen, og de beste måtene å koble dem på. Mulighetene inkluderer nærmere
kobling av ventil og aktuator (i stedet for bare å bruke universalledd), og ha deler som girkasse og motor separat plassert fra kontrollene – for eksempel i høyden eller nede i en grop, eller til og med under vann. Et eksempel på hvor dette kom til nytte var med en undervannsturbinkontrollapplikasjon ved Sauerbrunn vannkraftverk nær Graz, Østerrike, høsten 2022, noe som resulterte i en løsning som ga bedre kontroll og tilbakemelding til en mye lavere kostnad.

Systemet krevde en aktuator som kunne operere kontinuerlig under vann, for å gi nøyaktig posisjonering av turbinen, for å optimalt kontrollere vannforsyningen den mottok. Det eneste alternativet tidligere hadde vært en hydraulisk aktuator, men AUMA var i stand til å foreslå en elektrisk aktuator egnet for bruk under vann (AUMA SARV-UW), i kombinasjon med aktuatorkontroller montert over akselen og separat fra aktuatoren (og over vann) .

Ulike miljøer
En modulær løsning kan velge mellom deler spesifisert for å takle spesielle miljøer. Mens stort sett lignende teknologier brukes på tvers av sektorer som olje og gass, EfW og kjernekraft – når det gjelder ventiler og aktuatorer som brukes med kjeler, for eksempel – har noen sektorer spesifikke krav. Olje-, naturgass- eller EfW-anlegg vil kreve at deler er eksplosjonssikre, for eksempel (AM- og AC-produkter er tilgjengelige i denne formen).

Sertifisering er av største betydning i kjernefysisk sektor, sa Hopkins, og deler utmerker seg ved ting som sertifiseringsnivået, innkjøp av materialer og maskineriet eller huset som brukes med produktet.

AUMA har en interesse både i det nye feltet av små modulære reaktorer (SMR) og også større prosjekter som Hinkley Point C. Korrosjonsbeskyttelse er viktig i sektorer som vann, hvor utstyr kan trenge å sitte ute, i nærvær av saltvann, kystnære luft. AUMA har her utviklet en egen løsning, som leveres som standard, for eksempel på deres PROFOX-aktuatorer, som nylig ble brukt sammen med spjeldventiler ved Penybont Water Treatment Works på Midt-Wales-kysten. Korrosjonsbeskyttelsen oppfyller de høyeste C5-M/C5-I kravene i EN ISO 12944-6.

Lettere belastningen
Den modulære designfilosofien ser ut til å være en nøkkel som underbygger en rekke ting som kan gjøre livet enklere for sluttbrukeren. For eksempel i situasjoner der det er mye mer fornuftig å ta en for det meste prefabrikkerte løsning til et sted, i stedet for å montere det hele på stedet. Å utføre arbeid på stedet bidrar også til å holde ting trygt, sier Hopkins, slik at elektrisk arbeid kan utføres separat, og på et annet tidspunkt, for eksempel fra resten av en installasjon.

Mye fleksibilitet er tilgjengelig for å oppdage muligheter for å forbedre eller oppgradere en sluttbrukers utstyr, foreslår han. Et av de største sviktpunktene i vannindustrien, i hans egen analyse, oppstår ved at akselen i en penstockventil ikke er riktig smurt.

Han sa at AUMAs ingeniører fokuserte på dette stedet med én vannverkskunde, og ga en autogreaser som ikke bare smører lagrene, men som også mater inn i drivbasen og smører akselen. En endring som dette, sier Hopkins, "er enkel, men sparer potensielt hundretusenvis av pund på pennestokken" og reduserer i stor grad antallet ganger den må repareres.

Denne typen "rådgivende salg" fremstår som nøkkelen til måten selskapet jobber på, og den er avhengig av ingeniørkompetanse. Morselskapet – AUMA – har utviklet og bygget elektriske aktuatorer og ventilgirkasser i 60 år. Det store nettverket av kontorer rundt om i verden betyr at ingeniører i Storbritannia kan trekke på ekspertisen til andre, som kan ha erfaring med å løse en bestemt type problemer.

De siste årene har det også vært mye uro med materialer, produksjon og forsyningskjedespørsmål, sier Hopkins, og navigering i dette territoriet har blitt hjulpet av at AUMA er "veldig vertikalt integrert", med nettsteder som Clevedon-kontoret til AUMA Actuators Limited gjør sin egen maskinering, montering, testing og reparasjon.

Selve delene er produsert i Tyskland, med fabrikker som opererer i et "kanban"-system, som trekker etterspørselen gjennom i stedet for å holde lager. Når det gjelder kapasitet, sier Hopkins at firmaet bygger mer enn 500 elektriske aktuatorer på bestilling hver dag.

[ SIDEPANEL ]
Ventiler – det grunnleggende
Ventiler kommer i alle former og størrelser, med forskjellige tilnærminger tilgjengelig for å dekke spesifikke behov, når det gjelder ting som kostnader, hastighet, pålitelighet og så videre. Noen applikasjoner krever at ventilen enkelt åpnes eller lukkes, mens i andre kan du ønske å holde den i forskjellige mellomposisjoner for å regulere væskestrømmen.

En vanlig praksis er å dele verden av kontrollventiler i deler basert på lineær bevegelse (port-, globe- og membranventiler), kontra de som er basert på roterende bevegelse (kule-, plugg- og butterflyventiler, for eksempel). Portventiler er de vanligste i bruk i dag, gitt deres relative enkelhet og lave kostnader. Disse kan brukes til å starte og stoppe væskestrømmen, men ikke til å strupe den. Slukeventiler er ikke egnet til å strupe strømmen, og kan bli utsatt for vibrasjoner når de står i delvis åpen stilling. Det er også mer sannsynlig at de lider av sete- og skiveslitasje og lekker, sammenlignet med for eksempel klodeventiler.
[SLUTT PÅ SIDEPANELET]

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://envirotecmagazine.com/2024/03/14/making-sense-of-the-flow/