Siłowniki

Siłowniki to urządzenia wykonawcze stosowane w automatyce przemysłowej do sterowania ruchem zaworów, klap czy zasuw. Dzięki zamianie energii elektrycznej lub pneumatycznej na ruch obrotowy, pozwalają na otwieranie, zamykanie i precyzyjną regulację przepływu mediów w układach hydraulicznych. W zależności od zastosowania i wymagań systemu można wybierać pomiędzy siłownikami elektrycznymi a pneumatycznymi.

Siłowniki elektryczne to gotowe do montażu urządzenia, które oferują wysoką precyzję sterowania, energooszczędność oraz możliwość integracji z nowoczesnymi systemami automatyki.

Siłowniki pneumatyczne są z kolei rozwiązaniem o prostej konstrukcji, wysokiej niezawodności i dużej sile działania, wymagającym jednak dodatkowej infrastruktury, takiej jak sprężone powietrze i osprzęt sterujący.

Czym są siłowniki elektryczne i do czego służą

Siłowniki elektryczne są kompaktowymi, kompletnymi urządzeniami, wyposażonymi w silnik elektryczny oraz elektroniczny układ sterujący, umożliwiający otwieranie i zamykanie zaworów w odpowiedzi na sygnał podawany z automatyki przemysłowej lub innych systemów zewnętrznego sterowania. W zależności od rodzaju zaworu, siłownik może:

• wykonywać częściowy obrót (np. 90° lub 180°) – stosowane w przepustnicach i zaworach kulowych,
• wykonywać pełny obrót (wieloobrotowe) – stosowane w zasuwach, zaworach membranowych i grzybkowych.

Sterowanie siłownikiem

W zależności od potrzeb, siłowniki mogą pracować w dwóch trybach:

• dwupołożeniowym („zamknij – otwórz”),
• z kontrolą stopnia otwarcia.

W najprostszych układach sterowanie odbywa się poprzez przyłożenie napięcia elektrycznego –  w siłownikach pneumatycznych sygnał sterujący otwiera zawór doprowadzający sprężone powietrze napędzające tłok, w siłownikach elektrycznych napięcie zasila silnik siłownika.

W przypadku, gdy niezbędna jest kontrola stopnia otwarcia, najczęściej wykorzystuje się sygnały analogowe 0 – 20; 4 – 20 mA lub 0 – 10 V, co wymaga rozbudowy siłownika o odpowiedni układ elektroniczny.

Niezbędnymi z punktu widzenia eksploatacji funkcjami są:

• możliwość potwierdzenia krańcowych położeń siłownika – osiągnięcia pełnego otwarcia i zamknięcia zaworu,
• praca w trybie normalnie otwartym lub normalnie zamkniętym, także w przypadku zaniku zasilania.

Zalety siłowników elektrycznych

Przy zaawansowanych potrzebach i postępującej automatyce współczesnych instalacji, pewność działania, niezawodność czy łatwość serwisu, przestały być jedynymi wymaganiami, jakim muszą sprostać siłowniki. Z tego względu, coraz większym zainteresowaniem cieszą się siłowniki elektryczne, posiadające szereg rozwiązań przewyższających swoją użytecznością powszechnie stosowane siłowniki pneumatyczne.

 Kluczowe cechy siłowników elektrycznych J+J

1. Uniwersalność zastosowań. Siłowniki o ustalonym kącie obrotu do przepustnic i zaworów kulowych, w tym do zaworów trójdrożnych lub wieloobrotowe do zasuw, zaworów grzybkowych, membranowych etc.
2. Różnorodność zasilania i łatwość sterowanie. Wielonapięciowe silniki bezszczotkowe (24 VAC/VDC do 240 VAC/VDC) zapewniają elastyczność instalacji i kompatybilność z różnymi systemami zasilania. Sterowanie pracą siłownika odbywać się może przez podanie napięcia lub sygnałami analogowymi 0 – 20; 4 – 20 mA; 0 – 10 V. Dostępne są opcje NO; NZ, w tym z akumulatorem, ustawiającym zawór w żądanej pozycji w sytuacji braku zasilania.
3. Oszczędność energii i kosztów operacyjnych. Dzięki wyeliminowaniu systemu sprężonego powietrza, wyeliminowane zostają koszty wynikające ze strat ciśnienia na skutek nieszczelności oraz związane z konserwacją sprężarek. Energia pobierana jest tylko w momencie działania siłownika oraz na potrzeby grzałki antykondensacyjnej.
4. Inteligentna wielopoziomowa kontrola i diagnostyka.  Kolorowa dioda LED na obudowie informuje o aktualnym trybie pracy, ułatwiając szybką ocenę stanu urządzenia. Komunikacja poprzez Bluetooth, Modbus i Wi-Fi umożliwia zaawansowane zarządzanie i monitoring a dedykowany program serwisowy umożliwia samodzielną diagnostykę urządzenie
5. Monitorowanie pozycji. Styki bezpotencjałowe informują o otwarciu i zamknięciu siłownika, co usprawnia kontrolę nad systemem.
6. Ręczne otwieranie i zamykanie zaworu. Pokrętło umożliwiające otwarcie lub zamknięcie zaworu w sytuacjach awaryjnych lub podczas prac konserwacyjnych.
7. Ochrona przed wilgocią. Wbudowana grzałka (3,5 W) zapobiega kondensacji pary wodnej, zwiększając niezawodność i trwałość urządzenia.
8. Nowoczesna komunikacja. Opcje Bluetooth, Modbus i Wi-Fi umożliwiają zaawansowane zarządzanie i monitoring, wpisując się w trend cyfrowego zarządzania infrastrukturą.
9. Długotrwała niezawodność: Gwarancja na 60 000 operacji lub 3 lata, zapewniają spokój użytkowania i niskie koszty eksploatacji.

Siłowniki pneumatyczne – zasada działania i zastosowanie

Siłowniki pneumatyczne to urządzenia wykorzystywane do sterowania zaworami hydraulicznymi dzięki energii sprężonego powietrza.

Siłowniki pneumatyczne dzielą się na dwa podstawowe rodzaje. Siłowniki jednostronnego działania wykorzystują sprężone powietrze do ruchu roboczego, a powrót do pozycji początkowej odbywa się dzięki sprężynie. W siłownikach dwustronnego działania sprężone powietrze odpowiada zarówno za ruch roboczy, jak i powrót, co zapewnia większą kontrolę nad pozycją siłownika oraz umożliwia uzyskanie większej siły działania.

W zależności od typu zaworu, siłowniki mogą wykonywać obrót częściowy – najczęściej ¼ lub ½ – albo, w przypadku zaworów regulacyjnych (np. grzybkowych czy membranowych), wielokrotny obrót aż do całkowitego zamknięcia.

Sterowanie siłownikiem

Sterowanie siłownikiem może odbywać się w trybie „otwórz – zamknij” lub z możliwością precyzyjnej regulacji stopnia otwarcia. W najprostszych układach sterowanie polega na przyłożeniu napięcia elektrycznego i otwarciu przepływu sprężonego powietrza. W przypadkach wymagających dokładniejszej regulacji, stosuje się sterowanie analogowe, wykorzystując sygnały 0 – 20 mA, 4 – 20 mA lub 0 – 10 V.

Niezbędne wyposażenie

Siłowniki pneumatyczne nie są gotowymi do montażu urządzeniami, jak w przypadku siłowników elektrycznych, lecz wymagają systemu wspomagającego ich pracę. Kluczowe elementy tego systemu to:

• Źródło sprężonego powietrza – o odpowiednich parametrach ciśnienia i jakości, wymagające filtracji i osuszania powietrza, by zapobiec zanieczyszczeniom i korozji.
• Elektrozawory – umożliwiają sterowanie dopływem powietrza do siłownika w odpowiedzi na sygnały sterujące.
• Skrzynki wyłączników krańcowych – stosowane do monitorowania pozycji zaworu i sygnalizowania jego całkowitego otwarcia lub zamknięcia.
• Pozycjonery – umożliwiają płynne sterowanie siłownikiem w pozycjach pośrednich poprzez regulację dopływu powietrza w odpowiedzi na sygnały sterujące (np. 4-20 mA).
• Układy tłumienia i redukcji hałasu – zmniejszające hałas generowany przez dynamiczne zmiany ciśnienia w systemie.

Zalety siłowników pneumatycznych

Siłowniki pneumatyczne są cenione za swoją prostą konstrukcję, wysoką niezawodność i możliwość pracy w trudnych warunkach, w tym w środowiskach zagrożonych wybuchem. Dzięki wykorzystaniu sprężonego powietrza, generują dużą siłę, umożliwiając sterowanie nawet dużymi zaworami. W wersjach jednostronnego działania zapewniają dodatkowe bezpieczeństwo – w przypadku awarii lub zaniku zasilania siłownik powraca do pozycji wyjściowej dzięki sprężynie powrotnej.

Ograniczenia i wyzwania

Mimo swoich zalet siłowniki pneumatyczne mogą być kłopotliwe w eksploatacji – wymagają przygotowania sprężonego powietrza, co generuje koszty eksploatacyjne związane ze stratami ciśnienia, konserwacją kompresorów oraz emisją hałasu. Precyzyjna regulacja otwarcia zaworu wymaga kosztownego pozycjonera i jest niższa niż w siłownikach elektrycznych. Dodatkowo prawidłowa praca wymaga zastosowania szeregu dodatkowych komponentów, takich jak: zawory elektromagnetyczne, tłumiki czy systemy uzdatniania powietrza.