Pneumatics Part 2

7/3/2009

• Different types of actuation

Pneumatics Part 2  Compressed air systems, components and  circuits By Amaren P. Das [email protected]

– – – – –

Manual  Mechanical Pneumatic Electrical Combined

€

Mechanical

• Manual

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• Poppet valve: long service life but large actuation 

Pneumatic

force is required

– Ball valve – Disk seat valve Disk seat valve

• Slide valve Electrical

– Longitudinal slide valve (spool valve) – Longitudinal flat slide valve – Plate slide valve

Combined

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• Has two ports and two position • Rarely used except as an on‐off valve • Normally of ball seat construction

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• Hand operated

• Construction and working principal of 3/2 valve – Explain the working principle of valve – Find what the circuit does

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• Pilot actuation – 12 pilot line – Spring to reset – Can be configured as  normally open or normally  closed

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3/2 normally closed  ball seat

3/2 normally closed  disk seat

Controlling a single  acting cylinder

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• Has 4 port and 2 position  • Similar in construction to two 3/2 valve • One valve normally closed other normally open

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• Types of 5/3 valve

• 4 ports and 3 position • Center position blocked • Can be used to hold cylinder  at the middle of the stroke  • Position of the cylinder is not  accurate as extra load will  change the position

– Blocked center • The cylinder is fixed at its position when the  valve is un‐actuated 

– Open  center • Generally used when the piston of the  cylinder is to be moved by hand or some  other tool during operation cycle

– Pressure center • Same as the blocked center but any leak  through the seals are compensated and  pressure is always maintained NFC TS 2009 Pneumatics APDas

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• Construction and working  principal of 5/3 valve

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• Stops flow in one  direction and permits  flow in the reverse  direction • Blocking in one direction  can be effected by cone,  balls, plates or diaphragm 

– Has 5 working ports – 3 switching positions – If no signal is applied at  If no signal is applied at either of the two ports, the  valve remains spring‐ centered in the middle  position – Notice the two springs on  both side in the symbol it is  essential

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• Has to inlets 1 and 1(3) and one outlet  2 • When signal is present on both inlet  port then only signal is available on  output port 2.  The signal which is last applied is • The signal which is last applied is  passed through the port. • One input signal on 1 or 1(3) block the  flow due to differential pressure • If inputs are at different pressure, the  lower of the two passes through the  valve • It function as an AND gate 

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• It has two inlets 1 and 1(3) • If any of the inlets is  pressurized the signal is  available at the outlet port • The valve performs the logic  OR function OR function • When air flow is reversed , the  seat remains in its previously  assumed position because of  the pressure condition • If cylinder is to be operated  from one or more positions,  one or more shuttle valve  must be used 13

• Actuating cylinder  from two different  positions. • What changes are  required if we want  required if we want to actuate it from  three positions ?

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• Used to increase the piston  speed • It opens a large exhaust area  near the cylinder port. • Lengthy return time is  avoided in single acting  cylinder

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Flow from 1 to 2

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Flow from 2 to 3

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• Shut off valves are non‐ adjustable valve, which  releases or shut off flow  in both directions

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• Flow is controlled only  while flowing from 1 to 2 • Flow from 2 to 1 is free of  any obstruction • Is used in speed  regulation of cylinder

• Controls volumetric flow  of compressed air in both  directions. • It throttles the air by  y increasing or decreasing  the flow area • It is normally adjustable • It is used to control the  speed of cylinder

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• For a double acting cylinder should inlet air be throttled  or the exit air ? And why ? • In case of inlet throttling there will be huge fluctuation of  speed in the cylinder motion if the load on the cylinder  slightly changes, i.e. while crossing roller limit switch. li h l h i hil i ll li i i h • Load variation on the cylinder hardly effects the speed of  cylinder, as the piston is traveling between two air  compressed air. Exhaust  throttling

Inlet throttling

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• Maintains constant pressure at the outlet even with fluctuating  inlet pressure • The inlet pressure must be greater than required pressure

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• If the pressure in line 12 is  greater then the spring  force, the out port 2 is  connected to port 1.  

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• It is a combination of 3/2 valve , one flow control valve  and a reservoir . • 3/2 valve can be normally open or closed valve • The time delay is between 0 to 30 sec • 3/2 valve actuates only after the reservoir is completely  filled to a pressure which counters the spring force.  • The rate of flow to the reservoir is determined by the  flow control valve, which sets the time interval. • Figure in next page

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• For trouble free and continuous performance of control  system, air supply  should be – Maintained at required pressure  – Dry  – Clean

• Equipment used in generation and prepration of air d d f – – – – – – – – NFC TS 2009 Pneumatics APDas

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Inlet filter Compressor Reservoir / receiver Air dryer Air filter with water separate Pressure regulator Lubricator if required Drainage points NFC TS 2009 Pneumatics APDas

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• Reciprocating 

• Pressure Level – Components are designed for maximum pressure  up to 8‐10 bar – Practical experience has shown that approx 6 bar  Practical experience has shown that approx 6 bar should be used for economic operation – Pressure loss up to .1 bar must be expected due to  restrictions bends, leaks and pipe‐run – The compressor should generate pressure  between 6.5 to 7 bar  NFC TS 2009 Pneumatics APDas

• • • •

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• Rotating Piston  g – Sliding vane – Twin shaft screw  – Roots compressor

• Flow compressor  (used high flow rate but low pressure) – Radial flow compressor – Axial flow compressor

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• It the first component down stream of a compressor • Why it is needed?

Most common Wide range of pressure and delivery rate For high pressure use multistage Optimum range of pressure for reciprocating  compressor

– Stabilizes compressed air, removes pressure fluctuation – Stores the air, so that compressor does not have to run  continuously – Stored air can be used as an when required by the system – Provides the compressed air to cool down, portion of the  moisture is removed the air

– Up to 4 bar    Single stage – Up to 15 bar  Double stage – Over 15 bar  Treble Stage NFC TS 2009 Pneumatics APDas

– Piston – Diaphragm ( no contamination, used in food and pharma  industry)

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•

•

Use nomogram to determine  the size of Reservoir 

•

– Delivery volume, QL = 20  m3/min  – Switching cycle per hour,  Z=20 l/h – Differential pressure  (higher set point – lower  set point), ΔP= 0.1 bar – Result: Receiver size  ,VB=15m3

The service unit consisting of Filter‐ separate ,  Regulator and Lubricator, also called FRL unit Filter‐ separate is used to filter out condensed water,  contamination and excess oil.

– Pore size determines the smallest particle that  can be filtered out can be filtered out – The usual pore size is between 5 micron to 40  micron – Condensate collected should be manually  drained out. – Over use of filter may lead to heavy energy loss,  due to pressure drop across it

Filter

Filter and separate  manual NFC TS 2009 Pneumatics APDas

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Construction of FRL unit • •

Regulator is nothing but a pressure regulator Lubricator

– For some components lubrication is damaging  ‐>damages seals – Control units do not need lubricated air – Power components may need lubrication Power components may need lubrication – Lubrication by means of mist lubrication is  required when • Extremely rapid oscillating motion is required • Cylinders of large diameter – Mist Lubrication is done based on venturi action

• Filter construction

• Lubricator construction

Pressure regulator  Pressure regulator with indiacator

Lubricator

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Air distribution • Distributed using Pipes • Pipe diameter should be selected  using Nomogram • Pipe line must be installed in  direction of flow with a gradient of 1  to 2 degree • Any branching of air consumption  point where lines run horizontaly  should always be installed on the  upper side of main line • Condensate removal are installed on  the under side of main line NFC TS 2009 Pneumatics APDas

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• Plastic Pipes are mostly used as no brazing,  welding or joining with threaded components  are required yp pp g y • Types of main piping lay out – Branch Line – Ring Line – should normally be used – Interconnected circuit

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Ring Main 

Interconnected  Main 

• Ring main ensures largely constant pressure  conditions NFC TS 2009 Pneumatics APDas

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Th k Thank you

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