氣動調(diào)節(jié)閥附件控制方案

【資料簡介】

氣動調(diào)節(jié)閥附件控制方案在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)過程中，控制系統(tǒng)對閥門提出各種各樣的特殊要求，因此控制閥必須配置各種附屬裝置（簡稱附件）來滿足生產(chǎn)過程的需要。例如，為了改善調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)特性和動態(tài)特性，要配用定位器；為了使工作動力氣源保持干凈和壓力穩(wěn)定，必須配帶空氣過濾減壓閥；另外，為了實現(xiàn)如圖1所示的“常見控制閥安全失效模式”等功能特性和要求，也需相應(yīng)的控制附件來達(dá)到相應(yīng)的控制目的；總之，附件的作用就在于使控制閥的功能完善、合理、操控安全便捷。
 波紋管密封套筒氣動調(diào)節(jié)閥，采用套筒導(dǎo)向，壓力平衡式閥芯，適用于壓差較大的場合。利用平衡密封環(huán)代替上閥座，使傳統(tǒng)的套筒雙座閥結(jié)構(gòu)變?yōu)樘淄矄巫Y(jié)構(gòu)，這一改進(jìn)大大提高了套筒調(diào)節(jié)閥的泄漏等級。閥蓋處采用波紋管加填料雙重密封，從根本上杜絕了介質(zhì)外漏的可能性。該類型調(diào)節(jié)閥適用于有毒或者珍貴介質(zhì)的流量壓力控制。閥芯利用壓力平衡式結(jié)構(gòu)，啟閉力小通過較小的執(zhí)行機構(gòu)推力就能控制高壓差的工況。密封性能好、允許壓差大。套筒導(dǎo)向，導(dǎo)向面積大，穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)緊湊，可以快速在線更換閥內(nèi)件，維修效率高，節(jié)約人力和時間。平衡式閥芯結(jié)構(gòu)確保所需的執(zhí)行機構(gòu)推力小。
      
一、氣動調(diào)節(jié)閥附件控制方案典型控制方案與原理分析
氣動調(diào)節(jié)閥采用雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，配用多彈簧執(zhí)行機構(gòu)，氣動調(diào)節(jié)閥具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、動作靈敏、閥容量大、流量特性精確、拆裝方便等優(yōu)點。氣動調(diào)節(jié)閥廣泛應(yīng)用于精確控制氣體、液體、蒸汽等介質(zhì)，工藝參數(shù)加如壓力、流量、溫度、液位保持在給定值。特別適用于允許壓差小，而允許泄漏量也較小壓差不大的工作場 合。 本系列氣動調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品有標(biāo)準(zhǔn)型、波紋管密封型、夾套保溫型等多種品種。產(chǎn)品公稱壓力等級有PN10、16、40、64；閥體口徑范圍DN20~200。適用流體溫度 由-200℃~+560℃，其范圍內(nèi)多種檔次。泄漏量標(biāo)準(zhǔn)有II 級或IV級。流量特性為線性或等百分比。多種多樣的品種規(guī)格可供選擇。鑒于控制閥附件配置功能要求多樣化，以及現(xiàn)代自動化過程控制工藝要求，現(xiàn)在這里與業(yè)界同行共同探討，針對不同生產(chǎn)工藝控制環(huán)節(jié)和要求，列舉典型附件配置方案、進(jìn)行逐一原理分析如下。

1.1 氣（電）正常任意調(diào)節(jié)閥位，連鎖及安全失效時閥均復(fù)位（FO或FC）
見圖2，在定位器的輸出到執(zhí)行機構(gòu)之間配一個兩位三通電磁閥，氣（電）正常時且配置中電磁閥帶電即P←→A相通，供給（4~20Ma）信號則實現(xiàn)任意閥位。當(dāng)控制閥的電源出現(xiàn)故障時（失電或電源低于小限定值）或者控制需緊急連鎖、以及電磁閥自身接觸不良等安全失效時均可換向即A→R相通，執(zhí)行機構(gòu)膜頭內(nèi)的氣源迅速通過其電磁閥的R口排空，此時無論定位器給定信號與否，該控制閥門均處于初始位置（此圖配置是故障開）。從而保證相關(guān)工藝過程安全生產(chǎn)，也保證相關(guān)設(shè)備不被損壞。

1.2 當(dāng)氣（電）源正常可獨立調(diào)節(jié)、也可獨立切斷見配置
見圖3，依據(jù)現(xiàn)場工藝生產(chǎn)要求，同一臺在某個時段時需要既能獨立實現(xiàn)調(diào)節(jié)操作也可獨立實現(xiàn)切斷操作。當(dāng)氣（電）源正常，系統(tǒng)送出4~20Ma信號給定位器，并通過氣動加速器放大，途經(jīng)氣控閥R→A至單作用執(zhí)行機構(gòu)（此時的氣控閥僅起一個通道的作用），即此過程實現(xiàn)閥門任意開度位置快速調(diào)節(jié)；當(dāng)氣（電）源正常且中斷供給定位器信號，對電磁閥通電或斷電操作，此時與之配置的兩位三通氣控閥實現(xiàn)往復(fù)換向動作，即滿足P→A相通或R→A相通，則對應(yīng)閥門位置全開或全關(guān)。

1.3 可正常獨立調(diào)節(jié)、也可獨立切斷且均具備故障保持（FL）的功能（以單作用執(zhí)行機構(gòu)為例見圖4）
    
1）明確安全保護(hù)元件-信號比較器、氣動保位閥（氣鎖閥）的功能及特性：
①信號比較器：主要檢測當(dāng)系統(tǒng)電信號大于設(shè)定時，則固態(tài)繼電器接通負(fù)載（電磁閥），當(dāng)檢測系統(tǒng)電信號小于其設(shè)定時則切斷負(fù)載（電磁閥）電源。
②氣動保位閥（氣鎖閥）：作為自動控制回路中重要的安全保護(hù)元件，當(dāng)控制系統(tǒng)氣源故障（失氣）或低于該保位閥的設(shè)定值時，自動切斷調(diào)節(jié)儀表與控制閥的通道，使控制閥的開度保證停留在故障前的位置，從而使工藝過程正常運行；氣源故障消除后，又能自動恢復(fù)正常。

2）氣動調(diào)節(jié)閥附件控制方案控制方案及控制原理闡述如下：
①當(dāng)氣（電）源均正常，系統(tǒng)送出4~20Ma信號、（電壓AC或DC）分別給定位器和信號比較器。此時電磁閥B帶電，此時的兩位三通氣控閥相當(dāng)于一通道，給定控制信號后實現(xiàn)閥任意位置調(diào)節(jié)。
②當(dāng)信號比較器檢測到電信號或電源異常時則中斷與之連接的電磁閥B控制電源，電磁閥B換向，此時保位閥氣源進(jìn)口（IN）壓力小于自身彈簧設(shè)定值，故實現(xiàn)故障保位。
③當(dāng)主氣源斷氣或該氣源壓力低于保位閥自身彈簧設(shè)定值時，無論控制電源或電信號正常與否，該閥位均保持故障位置。
④當(dāng)現(xiàn)場控制要求實現(xiàn)開關(guān)式操作時，則控制系統(tǒng)中斷對定位器、信號比較器信號供給。系統(tǒng)通過另一電纜對電磁閥B通電，再對電磁閥A通電或斷電操作，此時閥門將實現(xiàn)全開或全關(guān)位置動作。當(dāng)出現(xiàn)②或③闡述異常之一時，閥均保持原位。
1.4 可任意改變控制閥動作速度（以單作用執(zhí)行機構(gòu)為例見圖5）
    
若現(xiàn)場工藝生產(chǎn)過程需人為改變其控制閥開或閥關(guān)動作速度即改變（延遲）動作響應(yīng)，并依據(jù)控制響應(yīng)指標(biāo)人為地預(yù)設(shè)單向節(jié)流閥1或單向節(jié)流閥2內(nèi)置的截流面積，這兩個單向節(jié)流閥應(yīng)為反向連接。
1.5 三段式（始點、預(yù)設(shè)位置x%、終點）切斷閥（見圖6、7、8）
三段式氣動切斷閥現(xiàn)在世面上基本是由三段式氣動執(zhí)行器和球閥或蝶閥組成。它是一種特殊的氣動閥門，提供了閥初始位置、預(yù)設(shè)位置、終點位置的三段式操作方式，通過預(yù)設(shè)輔助活塞的運動位移，從而達(dá)到閥某位置開度的設(shè)定。（根據(jù)經(jīng)驗預(yù)設(shè)閥位x%范圍一般為10%-60%）。

它依靠電磁閥來控制其閥的適宜位置，另外增配快速排氣或節(jié)流元件，使三段式控制閥具有非常優(yōu)良的開關(guān)特性。對開閥、關(guān)閥速度可以進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)各種工藝、包括流速不穩(wěn)定的單支或多支管路。防止噴濺式進(jìn)液，使管道中流體變化平穩(wěn)，不會因沖擊產(chǎn)生水錘現(xiàn)象使易燃流體發(fā)生爆炸，亦不會因沖擊而損壞系統(tǒng)中流量計及其他儀表，因而適用于石油、化工、輕工、國防等行業(yè)的流量控制系統(tǒng)，因此它廣泛適用于介質(zhì)倉貯、灌裝、裝車等系統(tǒng)。
①對于單作用三段式執(zhí)行器，通過控制附件的配置組成它能實現(xiàn)（閥兩步開、一步關(guān)）或根據(jù)要求也可實現(xiàn)（閥兩步開、兩步關(guān)）見圖6及其動作時序。     
②對于雙作用三段式執(zhí)行器，通過控制附件的配置組成它能實現(xiàn)（閥一步開、兩步關(guān)）見圖7及其動作時序；（閥兩步開、兩步關(guān)）見圖8及其動作時序。
    
 1.6 切斷閥配雙作用執(zhí)行器，正常時切斷、一旦斷電、斷氣或氣源低于值時閥門自動回到事故安全位置（全開或全關(guān)見圖9）原理概述如下：
①氣源電源正常時，對電磁閥進(jìn)行操作（通電或斷電）則實現(xiàn)閥門全開或全關(guān)動作。
②當(dāng)斷電或斷氣以及氣源壓力低于值時，則儲氣罐內(nèi)的氣源通過與之相連的氣控閥的常出口進(jìn)氣實現(xiàn)閥門全開或全關(guān)即事故安全位置。

過程工廠由數(shù)百甚至數(shù)千個控制回路組成，所有控制回路都聯(lián)網(wǎng)在一起，以生產(chǎn)待出售的產(chǎn)品。這些控制回路中的每一個都被設(shè)計成在所需的操作范圍內(nèi)保持一些重要的過程變量，例如壓力，流量，液位，溫度等，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量。這些回路中的每一個接收并內(nèi)部產(chǎn)生不利地影響過程變量的干擾，并且來自網(wǎng)絡(luò)中的其他回路的交互提供影響過程變量的干擾。