“न्यूमेटिक एक्ट्यूएटर (Pneumatic Actuator) एक device है जो compressed air या gas की energy को mechanical motion में परिवर्तित करता है। यहां actuator द्वारा प्राप्त motion के आधार पर एक्चुएटर rotary या linear टाइप हो सकती है। pneumatic actuator, motion control के अत्यधिक reliable, efficient और safe source के लिए जाने जाते हैं।”
एक न्यूमेटिक एक्ट्यूएटर (Pneumatic Actuator) diagram नीचे दिया गया है जो विभिन्न configuration दिखा रहा है-
Pneumatic actuator Valve
एक न्यूमेटिक एक्ट्यूएटर pneumatic energy को mechanical energy में परिवर्तित करता है जो प्राप्त control signal के अनुसार control valve जैसे final control element को controlled करता है। control valve के संचालन के लिए उपयोग किए जाने वाले न्यूमेटिक एक्ट्यूएटर (Pneumatic Actuator) को न्यूमेटिक एक्ट्यूएटर वाल्व कहा जाता है। normally industries में, pneumatic systems अपने संचालन के लिए (80 से 100) PSI के air pressure का उपयोग करती हैं। एक्ट्यूएटर वाल्व में मुख्य रूप से एक diaphragm या एक piston होता है जो एक metallic enclosure से घिरा होता है और एक stem जो diaphragm या piston से जुड़ा होता है जिसे कपलिंग के माध्यम से valve stem से जोड़ा जा सकता है। उनके पास spring return mechanism के साथ या तो एक pneumatic signal port हो सकता है जिसे single acting actuator के रूप में संदर्भित किया जाता है या इसमें double pneumatic signal port हो सकता है जिसे double acting actuator कहा जाता है। इसके अलावा valve type के अनुसार linear या rotary एक्ट्यूएटर जुड़ा हुआ है। simple न्यूमेटिक एक्चुएटर वाल्व का diagram नीचे दिखाया गया है-
Types of pneumatic actuators
pneumatic एक्चुएटर अपने संचालन के लिए compressed air की energy का उपयोग करता है। उन्हें नीचे वर्णित के रूप में classify किया जा सकता है-
Pneumatic linear actuator
जब न्यूमेटिक एक्ट्यूएटर (Pneumatic Actuator) उस पर लागू controlled air pressure के response में linear motion प्रदान करते हैं, तो इसे pneumatic linear actuator कहा जाता है। ज्यादातर ऐसे एक्चुएटर्स का उपयोग globe valve में fluid प्रवाह एप्लिकेशन के लिए और गेट वाल्व को भी ठीक से विनियमित करने के लिए किया जाता है। globe valve एप्लिकेशन के साथ लीनियर एक्ट्यूएटर का diagram नीचे दिखाया गया है-
Pneumatic rotary actuator
जब pneumatic actuator उस पर लागू controlled air pressure के response में rotary motion प्रदान करते हैं, तो इसे pneumatic rotary actuator कहा जाता है। आम तौर पर rotary actuator फुल स्केल movement के दौरान 90 degree (quarter turn) में बदल सकता है। इनका उपयोग ball valve, butterfly valve को संचालित करने के लिए किया जाता है। pneumatic actuator with ball valve and butterfly valve application के लिए एक diagram नीचे दिखाया गया है-
Diaphragm actuator
diaphragm actuator pneumatic actuator है जो एक compressed air की supply का उपयोग करता है और सामान्य रूप से प्राप्त control signal के अनुसार globe valve, butterfly valve जैसे control valve संचालित करने के लिए उपयोग किया जाता है। normally इसका उपयोग कुछ process variables, such as pressure, fluid level, temperature, flow rate etc को regulate करने के लिए fluid को adjust करने के लिए किया जाता है। इनका उपयोग process industries, oil और gas industry, refineries में किया जाता है। simple डायफ्राम एक्चुएटर के लिए इसके parts / components के साथ एक diagram नीचे दिखाया गया है-
न्यूमेटिक एक्ट्यूएटर (Pneumatic Actuator) में मूल रूप से एक धातु के आवरण में संलग्न spring return mechanism के साथ एक rubber diaphragm होता है। जब signal port (diaphragm के एक छोर पर) पर एक controlled air pressure लगाया जाता है, diaphragm फैलता है और spring compression होता है और इसलिए एक्ट्यूएटर stem travel करता है।
diaphragm actuator, single acting प्रकार में उपलब्ध है क्योंकि air केवल diaphragm के एक तरफ की supply की जाती है, और वे या तो direct acting (spring-to-retract) या reverse acting (spring–to-extend) हो सकते हैं। दो संभावित कॉन्फ़िगरेशन मौजूद हैं- “direct acting” (spring-to-retract) और “reverse acting” (spring-to-extend)।
सीधी क्रिया में, air diaphragm के शीर्ष क्षेत्र (इनपुट port पर) से प्रवेश करती है और diaphragm को spring के खिलाफ नीचे धकेलती है। डायरेक्ट-acting प्रकार एयर-टू-क्लोज़ (एटीसी) और fail-ओपन (एफओ) अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं।
reverse action में, वायु supply port diaphragm के नीचे स्थित होता है जो diaphragm को spring के खिलाफ ऊपर की ओर धकेलता है। अधिकांश control valve एक्ट्यूएटर reverse-acting प्रकार हैं क्योंकि वे air to open और Fail closed (FC) स्थिति के रूप में fail safe mode की पेशकश करते हैं।
Pneumatic piston actuator
न्यूमेटिक एक्ट्यूएटर (Pneumatic Actuator) एक ऐसा device है जो लागू किए गए control signal के अनुसार compressed air की energy को motion में बदल देता है। डायफ्राम एक्चुएटर का उपयोग करते समय, डायफ्राम के कारण स्ट्रोक की कम लंबाई और छोटे थ्रस्ट की सीमा होती है। एक बड़ी स्ट्रोक लंबाई और उच्च थ्रस्ट प्राप्त करने के लिए, हम एक धातु सिलेंडर में संलग्न एक सीलबंद piston का उपयोग करते हैं। यहां सिलेंडर की लंबाई बदलकर वांछित स्ट्रोक लंबाई प्राप्त की जा सकती है और सिलेंडर के आंतरिक व्यास को बदलकर वांछित जोर प्राप्त किया जा सकता है। piston एक्ट्यूएटर या तो signal acting टाइप हो सकता है जिसमें spring return mechanism के साथ एक signal port हो या double acting टाइप जिसमें दो एयर port उपलब्ध हों। piston सिलेंडर का उपयोग बड़े स्ट्रोक एप्लिकेशन (जैसे damper actuator) के लिए किया जाता है। piston एक्चुएटर के 2 विभिन्न configurations का diagram नीचे दिखाया गया है-
विभिन्न parts और components को दर्शाने वाला चित्र नीचे दिखाया गया है-
Rack and pinion actuator
एक अन्य प्रकार का न्यूमेटिक एक्ट्यूएटर (Pneumatic Actuator) रैक एंड पिनियन एक्ट्यूएटर है जिसका उपयोग quarter turn वाल्व जैसे Butterfly, Ball, Plug valves & dampers के mostly on-off application (यानी वाल्व खोलने और बंद करने के लिए) के लिए किया जाता है। “रैक और पिनियन” a generic term for a pair of gears है जो linear motion को rotary motion में परिवर्तित करता है। “रैक” नामक एक linear gear बार “पिनियन” नामक एक circular gear पर teeth को engage करता है। रैक पर लगाया गया linear बल पिनियन की rotary motion का कारण बनेगा। simple रैक और पिनियन mechanism को दर्शाने वाली एक आकृति नीचे दी गई है-
“रैक और पिनियन mechanism पिनियन पर संतुलित बलों को सुनिश्चित करने के लिए विपरीत दिशाओं में चलते हुए दो piston-प्रकार के रैक का उपयोग करता है। normally, एक्चुएटर को शक्ति देने के लिए pneumatic air pressure का उपयोग किया जाता है। piston रैक पर दबाव डालकर, पिनियन को वांछित स्थिति में बदला जा सकता है। पिनियन के मुड़ने पर वाल्व को खोलने और बंद करने के लिए पिनियन बॉटम वाल्व stem से जुड़ जाता है। ये एक्चुएटर्स दो कंस्ट्रक्शन में उपलब्ध हैं-
- spring return- मैकेनिकल spring return fail-safe एप्लिकेशन के लिए है और इसे “fail क्लोज” या “fail ओपन” safe्टी फंक्शन के लिए असेंबल किया जा सकता है, और
- double acting- double acting एक्ट्यूएटर्स का इस्तेमाल “fail टू लॉक पोजिशन” safe्टी फंक्शन के लिए किया जा सकता है।
Scotch yoke actuator
यह एक्ट्यूएटर अपने संचालन के लिए स्कॉच योक mechanism का उपयोग करता है और क्वार्टर टर्न वाल्व को मोटराइज करने के लिए linear बल को टॉर्क में परिवर्तित करता है। दो configuration उपलब्ध हैं- “single acting और दोहरा acting”। स्कॉच योक एक्ट्यूएटर में 2 मुख्य घटक होते हैं- आवास युक्त योक mechanism, piston युक्त दबाव सिलेंडर। signal acting टाइप में spring भी इसका हिस्सा बन जाता है, जहां double acting में spring नहीं होता है और क्लोजिंग और ओपनिंग दोनों के लिए एयर प्रेशर की जरूरत होती है। स्कॉच योक एक्चुएटर का diagram नीचे दिखाया गया है-
Vane actuator
वेन एक्ट्यूएटर मूल रूप से true rotary न्यूमेटिक एक्ट्यूएटर (Pneumatic Actuator) होते हैं और इन्हें linear motion को rotary motion में बदलने की आवश्यकता नहीं होती है। इनका उपयोग modulate quarter-turn valves, dampers, louvers को खोलने, बंद करने या मॉड्यूलेट करने और कंप्रेसर या टरबाइन के inlet guide vane (IGV) के साथ-साथ ergonomic lifting equipment के precise operation के लिए किया जाता है। वैन एक्ट्यूएटर शाफ्ट के movement को transfer करने के लिए direct valve devices से जोड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है। वेन एक्चुएटर का diagram नीचे दिखाया गया है-
Single acting actuator or Spring actuator-
single acting actuator में, वाल्व को संचालित / खोलने के लिए एक्ट्यूएटर के एक inlet port पर कंट्रोल प्रेशर लगाया जाता है, और वाल्व क्लोजिंग spring की stored energy द्वारा निर्धारित किया जाता है। इसलिए single acting actuator को spring एक्ट्यूएटर भी कहा जाता है। वाल्व को बंद करने के लिए, लागू दबाव आनुपातिक रूप से कम हो जाता है और इसे spring return / spring रिलीज द्वारा निर्देशित किया जाता है। दो प्रकार की संभावित क्रियाएं हैं (एयर लॉक रिले के उपयोग के बिना) –
- direct acting एक्ट्यूएटर (खुलने / बंद करने के लिए दबाव डालें)
- reverse एक्ट्यूएटर (खुले बंद करने के लिए दबाव लागू करें/खुला विफल)
जब सुरक्षित वाल्व बंद करने के लिए उपयोग किए जाने वाले spring return पर वाल्व और energy को खोलने के लिए एक्ट्यूएटर पर लागू control दबाव का उपयोग किया जाता है, तो इसे direct acting एक्ट्यूएटर कहा जाता है। direct acting एक्ट्यूएटर कंट्रोल signal failure में fail safe action के रूप में वाल्व बंद हो जाता है। जब एक्ट्यूएटर पर लागू control दबाव का उपयोग सुरक्षित वाल्व खोलने के लिए उपयोग किए जाने वाले spring return में वाल्व और energy को बंद करने के लिए किया जाता है, तो इसे reverse एक्ट्यूएटर कहा जाता है। reverse एक्ट्यूएटर कंट्रोल signal failure में वाल्व को fail safe action के रूप में खोलने का परिणाम होता है।
हालांकि, लॉक टू लॉक स्थिति को एयर लॉक रिले स्थापित करके प्राप्त किया जा सकता है ताकि जब control signal विफल हो जाए, तो एक्चुएटर पर लगाया गया दबाव वाल्व को उसी स्थिति में रखने / लॉक करने के लिए स्थिर होना चाहिए।
Double acting actuator
double acting एक्ट्यूएटर में, दो signal port इस तरह से होते हैं कि एक port पर controlled दबाव का उपयोग वाल्व को खोलने के लिए किया जाता है और दूसरे port पर controlled दबाव का उपयोग वाल्व को बंद करने की ओर ले जाने के लिए किया जाता है। ज्यादातर double acting एक्ट्यूएटर लॉक टाइप करने में विफल होते हैं। हालांकि fail ओपन एंड fail क्लोज कंडीशन को कंट्रोल वॉल्व एक्सेसरीज जैसे वॉल्व पोजिशनर और सोलनॉइड वॉल्व आदि का उपयोग करके भी हासिल किया जा सकता है।
Pneumatic actuator applications
प्रक्रिया संयंत्रों और industries में pneumatic एक्चुएटर के अनुप्रयोगों का एक विस्तृत क्षेत्र है। अब एक दिन के ऐसे एक्चुएटर्स को सोलनॉइड वाल्व, पोजिशनर, आई/पी कन्वर्टर्स आदि का उपयोग करके इलेक्ट्रॉनिक devices के साथ एकीकृत किया जाता है ताकि वे signal आउटपुट में हेरफेर करके डिजिटल कंट्रोलर से सीधे इलेक्ट्रिक फॉर्म में कमांड ले सकें। उनके आवेदन के कुछ क्षेत्र इस प्रकार हैं-
- Chemical plants and refineries में,
- Water treatment plants में,
- Manufacturing industries में,
- Food handling industries में,
- Electronic Industry में,
- Automotive industries में,
- Agriculture applications में,
- Construction, Coal Mining Equipment में, etc.
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