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气动调节阀的结构和原理

2019-07-01

  气动调节阀的结构和原理_机械/仪表_工程科技_专业资料。气动调节阀的结构与原理 内容简介 1 概述 2 调节阀结构和组成 3 调试 4 故障处理 概述 调节阀又称控制阀,,是生产过程中实现自动控制、自动调节的重 要设备。调节阀可以连续和

  气动调节阀的结构与原理 内容简介 1 概述 2 调节阀结构和组成 3 调试 4 故障处理 概述 调节阀又称控制阀,,是生产过程中实现自动控制、自动调节的重 要设备。调节阀可以连续和精确地调节流量,常用来调节流体的压 力、温度、流量、液位等热力参数,以满足生产工艺流程需要。 调节阀由执行机构和阀体组成。执行机构起推动作用,而阀 体与与介质直接接触,在执行机构的驱动下,改变阀芯与阀座间的 流通面积,从而达到调节流量的作用。 作为调节阀的驱动部分,执行机构有着十分重要的作用,其 性能的好坏直接影响着阀门调节性能。按其使用的动力可以分为气 动、电动和液动三大类。 概述 ? 气动执行机构以洁净压缩空气为动力,通过推动薄膜或活 塞的移动来驱动阀体运动,控制阀门开度以达到控制目的 ,具有结构简单、性能稳定、维护方便和动作可靠、调节 灵敏等特点,因此应用广泛。 ? 电动执行机构以电力驱动的电动机为动力,接收标准电信 号来控制阀门。(一体化执行机构)具有结构简单、维护 方便、不需要电气转换环节等优点,多应用在二位式阀门 。不适合用在一些需要快速反应或调节频繁的的阀门上。 ? 液动执行机构以高压抗燃油(或水)为动力,推动活塞运 动来控制阀门,可以产生很大的推力。常应用在大口径或 高压力管道上。缺点是装置体积大,控制复杂,需要一套 供油装置(油站)来配合工作。一般电厂中采用液动执行 机构的有循泵出口碟阀;高、中低压缸主汽门、调门等。 概述 ?气动调节阀 气动调节阀主要由气动执行机构、阀体、附件三部分组成 。执 行机构以洁净压缩空气为动力,接收4~20毫安电信号或20~100KPa气 信号,驱动阀体运动,改变阀芯与阀座间的流通面积,从而达到调节 流量的作用。为了改善阀门的线性度,克服阀杆的摩擦力和被调介质 工况(温度、压力)变化引起的影响,使用阀门定位器与调节阀配套 ,从而使阀门位置能按调节信号精确定位。 为了机组安全运行,一些重要的阀门设计有电磁阀、保位阀、 快速泄压阀等附件,确保调节阀在失电、失信号或失气情况下实现快 开(关)或保位功能(三断自锁保护功能),满足工艺系统安全运行 的要求。 概述 ?气动执行机构分类: ?按功能:两位式 调节式 ?按气缸结构:薄膜式 活塞式 ?按阀杆移动方式:直行程 角 行程 ?按阀杆移动方向:正作用 反 作用 ?按作用方式:单作用 双作用 ?按气动失效模式分:失气开- 气关 失气关-气开 概述 ? 控制阀的三断保护 控制阀的三断保护指:断气源保护、断电源保护 、断信号源保护。是满足工艺系统安全运行的重要保障 。与电磁阀、保位阀、快速泄压阀等附件组合使用。 ? 控制阀应用示意图(如下图) 概述 执行机构主要组成部件: ?隔膜或活塞 隔膜/活塞是执行机构的承压部件,它的 作用是在执行机构内部构成一个密闭的压力腔室, 给阀杆一个驱动力,从而驱动阀杆能向上或者向 下运动。 ?弹簧 弹簧是执行机构重要的组成部分. 弹簧力是阀门的驱动力,在失去压缩空气时,是 靠弹簧力来开/关阀门的。在通入压缩空气时, 气压压缩或拉伸弹簧,克服弹簧力来开/关阀门 。 ?手轮 手轮机构是与调节阀配套使用的附属装置。 ?气动杆 ?连轴器 阀体基本结构 阀体主要组成部件 有: ? 阀笼 ? 阀瓣 ? 阀座(密封环) ? 阀杆 ? 阀笼压环 附件 ? 主要附件 ? 电磁阀-根据系统逻辑保护关系控制阀门动作 ? 减压阀-保证供气气压 ? 过滤器-净化来自空气压缩机的气源 ? 电流/气压转换器(I/P)-使控制点的电信号适用于气 动执行机构 ? 定位器-改善调节阀的静态和动态特性 ? 流量放大器-增大进入阀门隔膜气腔的气流量 附件 ? 气动保位阀-保证重要阀门在气源突然中断时能够实现 对调节阀行程的自锁 ? 快速泄压阀-使阀门在失气后快速回到安全位置 ? 限位开关-显示阀门到达全开全关状态 定位器 阀门定位器是气动调节阀的核心部件,起阀门定位作用 。它将阀杆位移信号作为反馈测量信号,以DCS或控制器输出 作为设定信号,进行比较,当两者有偏差时,定位器输出控 制信号到执行机构,驱使执行机构动作,建立阀杆位移与控 制器输出信号之间的一一对应关系。因此,阀门定位器是以 阀杆位移为测量信号,以控制器输出为设定信号的反馈控制 系统。 定位器按其结构形式和工作原理可以分成气定位器、电 -气阀门定位器和智能式阀门定位器。 气定位器的输入信号是标准气信号,例如,20~100kPa 气信号,其输出信号也是标准的气信号。电气阀门定位器的 输入信号是标准电流或电压信号,例如, 4~20mA电流 定位器 信号或1~5V电压信号等,在电气阀门定位器内部将电 信号转换为电磁力,然后输出气信号驱动控制阀。智能 电气阀门定位器带CPU,可处理有关智能运算,它将 DCS输出的电流信号转换成驱动调节阀的气信号,根据 调节阀工作时阀杆摩擦力,抵消介质压力波动而产生的 不平衡力,使阀门开度对应于DCS输出的电流信号。并 且可以进行智能组态设置相应的参数,达到改善控制阀 性能的目的。 定位器工作原理如下: 定位器 ? 以薄膜式执行机构配套使用的定位器为例简述气定位器 工作原理(如下图): 气定位器是按力平衡原理工作的.当进入波纹管的 信号压力增加时,杠杆2绕支点转动,使杠杆末端挡板靠近 喷嘴,使喷嘴节流、背压,这样使得工作气源经气动放大器 后进入执行机构薄膜压力增加,推动连杆并带动平板一 起向下移动,也使得摆杆向下压,偏心凸轮随之逆时针 转动,推动滚轮使杠杆1向左运动,将反馈弹簧拉伸,当 弹簧对杠杆2的拉力和信号压力作用在波纹管上的力达到 平衡时,执行机构达到平衡,此时一定的信号压力就对 应 一定的阀门位置。 定位器 凸轮式气定位器工作原理 定位器 ? 电-气式定位器:是在气定位器的基础上将电气转换元件 集成到定位器上,将电信号转换为电磁力,然后输出气信 号驱动控制阀,方便了控制。与气动定位器相比,用户只 需要给标准的信号即可(一般是4~20mA电流信号)。 定位器 ? 智能型定位器(以西门子定位器为例) 目前智能型阀门定位器在电厂中应用最为广泛,相对于机械式定 位器,智能型定位器结构简单、操作方便、维护量小、调校迅速,在调 节时间上不存在滞后,调节精确等优点。主要生产厂家有ABB、西门子 、FISHER、梅索尼兰等。 西门子SIPART PS2 定位器适用于气动直行程或角行程执行机构 的控制。采用微处理器对给定值和位置反馈作比较。如果微处理器检测 到偏差,它就用一个五步开关程序来控制压电阀,压电阀进而调节进入 执行机构气室的空气流量,驱动执行机构使阀门到达与给定值相对应的 位置。最终达到消除偏差。 SIPART定位器性能稳定,具有以下优点: ? 直行程和角行程执行机构采用同一类型的阀门定位器 ? 三个按键和双行LCD 显示可实现简捷的操作和编程 定位器 ? 具有零位和行程范围自动调整的功能 ? 设定值和控制变量极限值可进行选择 ? 手动操作时无需另外的设备 ? 具有可选的或可编程的输出特性 可编程设置阀门“紧密关闭”功能 ? 具有自诊断功能 ? 耗气量小 ? 定位器 功能图 快速泄压阀 工作原理: 当信号气压正常供气的时候,泄压側被膜片紧紧盖 住,气压能源源不断地通向气动头;当信号气压为零时, 气动头内的气压反向顶开隔膜由多孔出口快速泄掉。 使阀门在失气后快速回到安全位置( 见下图)。 快速泄压阀 减压阀 减压阀工作原理 压缩空气由输入端进入压力室,经过滤网过滤后通 过阀芯进入输出腔室。输出腔室有一小孔与弹簧腔室相连 ,使输出气压直接作用于弹簧膜片上,当输出气压大于膜 片上弹簧压力时,膜片向上移动,带动阀芯向上移动,输 入气源被阀芯隔断,输出腔室内的压缩空气通过膜片和阀 芯顶部之间间隙进入排空腔室由放气孔排出,使输出压力 减小。当输出气压小于膜片上弹簧压力时,膜片向下移动 ,输入气源通过阀芯和阀座之间间隙进入输出腔室,使输 出腔室内的压力上升。只有当输出压力与弹簧压力一致时 ,阀芯和阀座间隙固定,输出压力稳定。因此只要调整减 压阀顶部的调节螺丝,就控制输出压力。(见下图) 减压阀 气动放大器 工作原理: 定位器输出信号气压从上部进入放大器, 压迫上膜片A产生向下推力F1,推动金属 架C 向下移动,迫使阀芯向下移,使输 出气压发生改变,输出气压作用于下膜 片B产生向上推力F2,因为上下膜片相等, 所以在金属架C达到平衡时P1=P2。因此, 定位器通过放大器输出到阀门执行机构 的空气流量增加,而压力不变。当P1减 小,P2P1时,金属架向上移动与阀塞之 间产生间隙,气室B中空气从排气口排出; 随后阀塞在回座弹簧的作用下向上移动, 减小与气流室接触面之间的间隙,进气 减少,气室B中压力减小,直到P2=P1时 达到平衡。 F1 F2 气动保位阀 气动保位阀是阀位保护装置。当阀门气源中断,或 气源供给发生故障时,气动保位阀能够自动切断调节器与调 节阀气室,或定位器输出与调节阀气室之间的通道,使调节 阀的阀位保持原来的控制位置,避免调节阀因失气导致阀门 开度突变对自动调节系统产生的扰动,保证调节回路中工艺 参数不变。这样介质的被调作用不中断,故障消除后,气动 保位阀立刻恢复正常位置。 下图所示为气动保位阀的结构。当气源信号进入气 室B时,作用在比较部件2上的力,与弹簧1的作用力进行比 较。正常状态时,膜片比较部件2的推力,大于给定的弹簧 力,此时平板阀芯3抬起,打开喷嘴4,通道处于正常工作 状态。当气源发生故障而供气中断时,气室B的压力 气动保位阀 下降,在弹簧力作用下,平 板阀芯3盖住喷嘴,切断了 气室A与输出口的通道。也 就是将气动执行机构的气室 密封,使调节阀的工作位置 保持在原来的位置上,起到 保持阀位的作用。 调试 ? 调节阀调试方法(仅供参考) 目前 一体化气动执行机构主要有以下几种:ABB 、Simens、FISHER、梅索尼兰等。 1)准备工作 所有气动阀门调试之前都必须完成以下准备工作 ? 检查配管是否安装正确。 ? 检查定位器以及位置反馈连接件是否安装完好,反馈连杆的 安装角度是否正确。 ? 检查接线是否正确,输入信号是否正确:定位器接收 4~20mA信号,如果信号小于4mA或者大于20mA定位器都 有可能不能正常工作。 ? 气管路吹扫。 调试 ? 气压调整,FIHER定位器一般调整在2.5bar左右,ABB定 位器一般在3.8bar左右,Simens定位器一般在4bar左右 ,SP2定位器调整在2.5bar。 ? 机务对阀门全开和全关位置确认。 ? 确认阀门需调成正作用还是反作用:智能式定位器正作用 与反作用都是可以选择的,一般情况下厂家已根据定货要 求,在阀门出厂前设定好,无须用户设定。只要检查就可 以了。或根据运行要求自行选择。 ? 将手轮放在自动位置。设置了手动操作机构的调阀,一定 要把手轮放在自动位置,否则阀门不能自动调节 ? 阀门调试完毕后检查三断保护是否与设计相符 调试 3) Simens控制器的气动调门调试步骤: ? 连续按着手动键超过5秒,直到显示面板出现菜单 “1.YFCT”,设置参数WAY(直行程)。 ? 确认反馈角度,若全行程大于20mm,“2.YAGL”设置 为90? 。 ? 确认阀门开度在50%左右,手动位置液晶显示在 50%±5%左右。如果不是,可以调整反馈杆的位置。 ? 依次点击手动键,菜单可以从1.YFCT翻到到36.PRST, 根据需要设置参数,可以用“+”键或“-”键整定. ? 几个重要参数: 调试 1.YFCT 执行机构的类型 WAY (直行程 ) 2.YAGL 反馈角度 90? (行程大于20mm ) 5.SCUR 输入电流范围 4 (4~20mA) 6.SDIR 正反作用 由系统要求决定选Rise、Fall 10.SFCT输出设定 Lin (线.DEBA 控制死区 Auto(自适应) 23.YA 行程下限值 0 (0%) 24.YE 行程上限值 100 (100%) 27.YDIR 行程方向显示 根据需要选Rise、Fall 菜单全部检查完毕后就可以进入自动调试程序进行阀门的标 定。 调试 ? 击手动键,找到以下菜单“T”。长按“+”键超过 5秒,阀门开始自动调整,自动调整结束后面板显示 “FINISH”,点击手动键,出现“4.INIT”,然后再长 按手动键超过5秒,所有整定的参数就被保存,再按手动 键恢复到自动模式。 故障处理 ? 调节阀故障处理(仅供参考) 气动调节阀门出现故障时,一般首先检查气源、 电源是否正常;接线、信号电流是否正常;位置反馈板 和主板的各个连接部分以及反馈连杆是否连好;参数设置 是否正确等.如果阀门没有机械卡涩现象,对于智能式定 位器而言,一般只要重新走一遍自动调整程序,阀门就 能正常工作。 调节阀门常见 故障1是CRT上显示反馈与指令之 间偏差大。一般是由于执行机构位置变送器性能出现偏 差引起,先调整位置变送器,若达不到要求,更换位置变 送器。 故障处理 2是执行机构出现卡涩现象,不能开、关。一般是由于 执行机构的I/P及定位器故障引起,也可能由于转动部分 或气缸卡涩引起。先检查执行机构转动部分或气缸是否 灵活;再检查I/P或定位器,若发现损坏,更换后重新调 整执行机构。 ? 调节阀 调试过程中遇到的问题及解决办法 ? 1、电磁阀失电的快开、快关问题 由于设计时疏忽、考虑不周或对阀门设备不了解,经常出现调节 阀门在失去气源的情况下达不到机组安全运行要求,出现气动调阀的气 缸作用方式与机组安全控制要求不一致的情况。如高低加疏水阀等。从 机组安全考虑,这类阀门在失气或失电时,阀门应处于开位,但某厂高 加事故疏水阀在失去气源时恰好相反(下图1),由于该气动阀是下气 缸进气,压缩空气通过控制器调节气压,再经过电磁阀(得电开)进入 气缸来调节阀门开度,该阀门由于设计有保位阀,失气时阀门保位,对 机组安全影响不大,但是一旦电磁阀失电,阀门将快速关闭,影响机组安 全运行。能否把失电作用由快速关改造成快速开呢?我们做了如下改造 ,消除了安全隐患。在电磁阀的排气口接入压缩空气(经减压),电磁 阀一旦失电,气源将直接经电磁阀排气孔、保位阀进入调门下气缸将阀 门快速打开(下图2) ? 2、阀门排气时间长,响应慢,调节滞后问题 某厂#3机试运行过程中发现ABB阀门的放气时间较长,造 成阀门响应很慢,调节不够灵活。特别是高、低加事故疏水阀的阀 门开启以及正常疏水阀的阀门关阀的时间太长,影响了整个加热器 系统的水位调节,水位调节时有扰动。试验后发现两个问题:一是 定位器喷嘴太小,不能快速把气排出;二是工作气源气压整定太大 ,也造成排气时间太长,因为当阀门工作在全开或全关位置时,定 位器输出的气压为零或为最大(接近工作气源气压),如果工作气 源气压偏大,需放气很长时间阀门才开始动作。现在根据实际情况 ,把工作气源压力适当减小,(个人认为气源压力大小应符合下列 要求:定位器开始放气时阀门就能动作,而定位器输出最大气压时 阀门应能完全关死(气关式阀门)或有足够的开度(气开式阀门) 。既确保阀门开、关的严密性,又保证调节的灵活性)反复试验后 ,气源压力由出厂时设定的6bar调整到3.5~4bar。 ? 3、安装不好或外界因素引起问题 ? 某厂凝结水再循环调节阀(最小流量阀)多次出现反馈突然降到零或到 满量程,并且无法控制,导致阀门无法正常操作。经过检查发现,每当 凝结水走再循环管路时都会引起管道剧烈振动,导致阀位反馈杆脱落, 后经机务重新加固管道后得以解决。 ? 某厂汽泵A、B和电泵再循环调阀设计为气关式阀门,失电快开,因设 计配的仪表管太细(8mm),放气慢,达不到运行要求,更换成 14mm的气管后,快开达到10s左右,符合运行要求。 ? 在调试过程中经常发生气缸膜片损坏或漏气现象,分析原因有三:一为 吹扫气源管路时没有吹扫干净;二为气源压力调得过大;其三为设备本 身的质量原因。所以在调气动门前一定要注意先吹扫干净气管路,调节 气压时一定要注意气动门上的设定压力。防止以后出现同样的问题。 ? 4、设备问题 ? 某厂Simens二线制定位器在调试时用自带4~20毫安信号发生器加 信号时阀门工作正常,但接入DCS 4~20毫安信号后阀门不会动, 严重时甚至烧电路板,原因是该定位器型号无位置反馈输出。故要 求控制信号不能带24V电源,若带24V电源定位器反而不能工作正 常,所以对控制信号无源化处理后(加隔离器)解决。 ? 某厂#4机#7A低加事故疏水调节阀(ABB定位器)显示“ERROR 12”故障信号,按照故障说明,应该是反馈连杆角度安装不正确, 或者连接有问题,但是现场反复检查连杆、连接件等安装没有任何 问题,后用相同型号定位器备品替换后阀门能正常动作,可以确认 定位器有故障。 ? 5、其他 ? 某厂#4机#8B低加正常疏水调节阀第一次自动调试后发现实际阀位 和ZT反馈之间的偏差大,重新设定阀位起始电流值和100%阀位电 流值,然后再一次启动自动调试程序,阀门正常工作。 ? 某厂#4机#7B低加事故疏水调节阀自动调试过程中出现“ERROR 12”错误信息,检查发现是反馈连杆脱开,把连杆重新固定,阀门 正常工作。 ? 某厂#3机定子冷却水压力调节阀和温度调节阀(ABB)线性不太好 ,偏差大,把菜单 “22.DEBA”里的死区和偏差设定改成 “AUTO”,即死区和偏差选择自适应,重新调试后正常。 ? 某厂#3机#2高加正常疏水阀参数设置完毕后,经阀门自动调试, 发现ZT无电流输出,后更改了28.BIN1(二进制输入1的功能)的 参数,把OFF改成ON,输出电流正常。


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