المشغلات الكهربائية والهوائيةبالنسبة لصمامات خطوط الأنابيب: يبدو للوهلة الأولى أن نوعي المشغلات مختلفان تمامًا، وأن الاختيار يعتمد على مصدر الطاقة المتاح في موقع التركيب. لكن في الواقع، هذا الرأي متحيز. فإلى جانب الاختلافات الرئيسية والواضحة، توجد أيضًا عدة خصائص فريدة أقل وضوحًا.

تُعدّ المحركات الكهربائية والهوائية أكثر آليات التشغيل استخدامًا في أنظمة الأتمتة. وعادةً ما يتم اختيار المحرك في مرحلة التصميم الأساسية، ويُستخدم حتى نهاية دورة حياته بعد التركيب.

عند اختيار نوع الطاقة للمشغل، غالباً ما لا يأخذ الناس في الاعتبار معلمات وسيط العملية في خط الأنابيب، بل يهتمون فقط بالمواد المرجعية الداخلية للمصمم، أو حالة إمداد الطاقة، أو ما إذا كان الموقع قادراً على توفير كمية كبيرة من الغاز الجاهز.

مع ذلك، أثناء التشغيل، يُلاحظ غالبًا أن بعض الصمامات تحتاج إلى تزويدها بمشغلات، أو أن خصائص الوسط المتفاعل في بعض الصمامات ستتغير. وهنا يبرز السؤال: هل أحتفظ بالمشغل الأصلي أم أستبدله بمشغل آخر لتحسين الأداء؟

عمر خدمة أطول

ستقدم هذه المقالة وتقارن بين الخصائص الرئيسية لأداء المشغلات الكهربائية والهوائية.

في الظروف العادية، يضمن المصنّعون 10,000 دورة تشغيل للمشغلات الكهربائية و100,000 دورة تشغيل للمشغلات الهوائية. من الواضح أن المشغل الهوائي يتمتع بعمر أطول من حيث عدد دورات التشغيل نظرًا لبنيته الأبسط. إضافةً إلى ذلك، فإن سطح التلامس الاحتكاكي للمشغل الهوائي مصنوع من مادة مطاطية أو بوليمرية، كما يسهل استبدال الحلقات المطاطية وعناصر التوجيه البلاستيكية المتآكلة.

يحتوي المشغل الكهربائي عادةً على علبة تروس تخفيض السرعة من المحرك إلى عمود الإخراج. تتضمن هذه العلبة العديد من التروس المتشابكة التي تتآكل أثناء التشغيل. ومن الجدير بالذكر أيضًا أنه لا حاجة لتغيير شحم التشحيم طوال دورة حياة المشغل الهوائي.

عزم الدوران

يُعد عزم الدوران أحد أهم معايير أداء مشغلات صمامات خطوط الأنابيب. يعتمد عزم الدوران للمشغل الكهربائي على التصميم (مكون ثابت) والجهد المطبق على الجزء الثابت. أما عزم الدوران للمشغل الهوائي فيعتمد على التصميم (مكون ثابت) وضغط الهواء المُزوَّد له.

عمومًا، يجب أن يكون عزم دوران المشغل أكبر من أقصى عزم دوران للصمام، أو أكبر من عزم الدوران اللازم لتحريك عنصر الإغلاق. في الاستخدام الفعلي، قد يكون عزم دوران الصمام الفعلي أكبر من أقصى عزم دوران مُعلن عنه من قِبل الشركة المصنعة، وأكبر أيضًا من أقصى عزم دوران للمشغل. وهذا بلا شك حالة طارئة.

إذا استمر تشغيل المشغل، فقد يتسبب ذلك في تلف المشغل والصمام. عند زيادة عزم دوران الصمام، سيزيد المحرك عزم الدوران تدريجيًا حتى يصل إلى قيمة السحب القصوى. هذا يعني أن الهيكل الميكانيكي سيُجبر على توليد وتحمل عزم دوران زائد يتجاوز نطاق التصميم.

حماية من عزم الدوران الزائد

للحماية من تلف المعدات في ظل الظروف المذكورة، يمكن تزويد المشغل الكهربائي ببعض الأجهزة الخاصة. وأكثرها شيوعًا هو مفتاح عزم الدوران، والذي قد يكون ميكانيكيًا (حيث يتحرك الترس الدودي خطيًا محوريًا عند تجاوز عزم الدوران الحد المسموح به)، أو إلكترونيًا (حيث يعتمد مبدأ عمله على قياس تيار الجزء الثابت أو تأثير هول). عند تجاوز عزم الدوران القيمة القصوى المصممة، يفصل مفتاح عزم الدوران جهد الجزء الثابت ويوقف محرك المشغل. أما في المشغلات الهوائية، فلا حاجة لحماية من تجاوز عزم الدوران. فإذا تجاوز عزم الدوران المطبق على الصمام الحد المحدد، فإن الخصائص الفيزيائية للهواء المضغوط ستؤدي إلى توقف المشغل الهوائي عن العمل. وعلى عكس المشغلات الكهربائية، فإن عزم دوران خرج المشغلات الهوائية لا يتجاوز الحد التصميمي. لذا، يمكن القول إنه في حال تزويد صمام خط الأنابيب بمشغل هوائي، يتم التخلص من خطر تعطل المعدات نتيجة تجاوز عزم الدوران الحد المحدد.

تصميم مقاوم للانفجار

في حال وجود مواد خطرة في بيئة الاستخدام، قد تتسبب المعدات الكهربائية في حدوث انفجار. أما فيما يتعلق بمستويات الحماية وطرقها في البيئات الخطرة، فلم يتم التطرق إليها في هذه المقالة لضيق المساحة.

ومع ذلك، لا يزال من الضروري التأكيد على ضرورة استخدام المعدات المقاومة للانفجار في البيئات التي تحتوي على مواد خطرة.

بالمقارنة مع المشغلات الكهربائية الصناعية التقليدية، تُعدّ المشغلات الكهربائية المقاومة للانفجار لصمامات الأنابيب أغلى ثمناً وأكثر تعقيداً في التصميم. حتى في حال استخدام المشغل الهوائي في بيئة خطرة، لا يوجد خطر انفجار محتمل. بالنسبة للمشغلات الهوائية، يقتصر التصميم الخاص بالبيئات الخطرة على أجهزة تحديد المواقع والصمامات اللولبية ومفاتيح الحد (الشكل 1-3). وبناءً على ذلك، إذا استُخدم مشغل هوائي مزود بملحق مقاوم للانفجار لتشغيل صمام خط أنابيب، ستكون التكلفة أقل بكثير من تكلفة المشغل الكهربائي المقاوم للانفجار الذي يؤدي الوظيفة نفسها.

تحديد الموقع

تُعاني المشغلات الهوائية من أحد أبرز عيوبها. فعندما يصل المشغل إلى منتصف شوطه، يصبح تحديد موضعه أكثر تعقيداً، مما يعني أن تحديد موضع بكرة صمام التحكم يصبح أكثر صعوبة.

نظراً للخصائص الفيزيائية للهواء، فإن دقة تحديد المواقع في المشغلات الهوائية أقل بعدة مرات من دقة المشغلات الكهربائية. أما إذا اعتمد المشغل الكهربائي على محرك خطوي، فإن دقة تحديد المواقع فيه أعلى بعدة مراتب من دقة المشغل الهوائي المزود بمحدد موضع. ولا يُستخدم الأخير إلا في الأنظمة التي لا تتطلب دقة عالية في تحديد المواقع أو التحكم. تتميز المشغلات الهوائية المستخدمة في صمامات الأنابيب بتصميمها الهيكلي الخاص: حيث تُركّب جميع مكونات نظام التحكم على السطح الخارجي للمشغل، أو خارج الهيكل الرئيسي. وللتحويل من وضع الإيقاف إلى وضع التحكم، يلزم استبدال صمام الملف اللولبي بمحدد موضع. وبما أن هذين المكونين مُركّبان على السطح الخارجي للمشغل الهوائي، وتصميم سطح التلامس متطابق، فمن الأسهل إزالة الموزع وتركيب محدد الموضع. بعبارة أخرى، يمكن استخدام المشغل الهوائي نفسه للإيقاف والتحكم على حد سواء باستبدال الملحقات المناسبة (الشكل 1-2).