帶定位器氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥

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之前介紹三臺(tái)氣體減壓閥串聯(lián)減壓，現(xiàn)在介紹帶定位器氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥是生產(chǎn)過程自動(dòng)控制系統(tǒng)中用量zui大和zui重要的產(chǎn)品之一。定位器是氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的主要附件，為了改善氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥工作特性，定位器與氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥配套使用，定位器接收從控制器或控制系統(tǒng)4 ～ 20mA 直流電流信號(hào)，并向氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸送空氣控制閥門位置。

帶定位器氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥下圖表示調(diào)節(jié)閥靜特性的測試系統(tǒng)。供給氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或氣動(dòng)閥門定位器的氣壓信號(hào)可利用氣動(dòng)定值器設(shè)定，設(shè)定值從標(biāo)準(zhǔn)的壓力表中讀得。如果配用電氣閥門定位器時(shí)，電流信號(hào)由直流電源穩(wěn)壓器設(shè)定，由標(biāo)準(zhǔn)電流表知道電流的大小。
在眾多的控制應(yīng)用場合中，閥門定位器是調(diào)節(jié)閥zui重要的附件之一。尤其是對(duì)于某個(gè)特定的應(yīng)用場合，如果要選擇一個(gè)zui適用的閥門定位器，那么就應(yīng)注意考慮下列因素：
1)閥門定位器能否實(shí)現(xiàn)“分程”？實(shí)現(xiàn)“分程”是否容易、方便？具備“分程”功能就意味著閥門定位器只對(duì)輸入信號(hào)的某個(gè)范圍 (如：4～12mA或0.02～0.06MPaG)有響應(yīng)。因此，如果能“分程”的話，就可以根據(jù)實(shí)際需要，只用一個(gè)輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)先后控制兩臺(tái)或多臺(tái)調(diào)節(jié)閥。
2)定位器的零點(diǎn)和量程的調(diào)校是否容易、方便？是不是不用打開盒蓋就可以完成零點(diǎn)和量程的調(diào)校？但值得注意的是：有時(shí)候?yàn)榱吮苊獠徽_的(或非法的)操作，這種隨意就可進(jìn)行調(diào)校的方式需要被禁止。
3)閥門定位器的零點(diǎn)和量程的穩(wěn)定性如何？如果零點(diǎn)和量程容易隨著溫度、振動(dòng)、時(shí)間或輸入壓力的變化而產(chǎn)生漂移的話，那么閥門定位器就需要經(jīng)常地被重新調(diào)校，以確保氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的行程動(dòng)作準(zhǔn)確無誤。
4)閥門定位器的精度在理想工況下，對(duì)應(yīng)某一輸入信號(hào)，調(diào)節(jié)閥的內(nèi)件(TrimParts,包括球體/閥芯、閥桿、閥座等)每次都應(yīng)準(zhǔn)確地定位在所要求的位置，而不管行程的方向或者調(diào)節(jié)閥的內(nèi)件承受多大的負(fù)載。
5)閥門定位器對(duì)空氣質(zhì)量的要求如何?由于只有極少數(shù)供氣裝置能提供滿足ISA標(biāo)準(zhǔn)(有關(guān)儀表用空氣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)：ISA標(biāo)準(zhǔn)F7.3)所規(guī)定的空氣，因此，對(duì)于氣動(dòng)(或電-氣)閥門定位器，如果要經(jīng)受得住現(xiàn)實(shí)環(huán)境的考驗(yàn)，就必須能承受一定數(shù)量的塵埃、水汽和油污。
6)零點(diǎn)和量程的標(biāo)定兩者是相互影響還是相互獨(dú)立?如果相互影響，則零點(diǎn)和量程的調(diào)校就需要花費(fèi)更多的時(shí)間，這是因?yàn)檎{(diào)校人員必須對(duì)這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，以便逐步地達(dá)到準(zhǔn)確的設(shè)定。
7)閥門定位器是否具備“旁路”，可允許輸入信號(hào)直接作用于調(diào)節(jié)閥?這種“旁路”有時(shí)可簡化或者省去執(zhí)行機(jī)構(gòu)裝配設(shè)定的校驗(yàn)，如：執(zhí)行機(jī)構(gòu)的“支座組件設(shè)定”和“彈簧座負(fù)載設(shè)定”――這是因?yàn)樵谠S多情況下，一些氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的氣動(dòng)輸出信號(hào)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的“支座組件設(shè)定”*吻合匹配，用不著對(duì)其再進(jìn)行設(shè)定(其實(shí)，在這種情況下，閥門定位器*可以省去不用。當(dāng)然，如果選用了，那么也可利用閥門定位器的“旁路”使氣動(dòng)調(diào)節(jié)器的氣動(dòng)輸出信號(hào)直接作用于調(diào)節(jié)閥)。另外，具備“旁路”有時(shí)也可允許在線的對(duì)閥門定位器進(jìn)行有限度的調(diào)?；蚓S修維護(hù)(即利用閥門定位器的“旁路”使調(diào)節(jié)閥繼續(xù)保持正常工作，無須強(qiáng)制調(diào)節(jié)閥離線)。
8)閥門定位器的作用是否快速?空氣流量愈大(閥門定位器不斷的比較輸入信號(hào)和閥位，并根據(jù)它們之間的偏差，調(diào)節(jié)其本身的輸出。如果閥門定位器對(duì)這種偏差響應(yīng)快速，那么單位時(shí)間里空氣的流動(dòng)量就大)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)設(shè)定點(diǎn)和負(fù)載變化的響應(yīng)就愈快――這意味著系統(tǒng)的誤差(滯后)愈小，控制品質(zhì)愈佳。
9)閥門定位器的頻率特性(或稱頻率響應(yīng))是什么?一般來說，頻率特性愈高(即對(duì)頻率響應(yīng)的靈敏度愈高)，控制性能就愈好。但必須注意：頻率特性應(yīng)采用穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)方法而非理論方法來確定，并且在評(píng)估測定頻率特性時(shí)，應(yīng)將閥門定位器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)合并起來考慮。
10)閥門定位器的zui大額定供氣壓力是多少?例如：有些閥門定位器的zui大額定供氣壓力只標(biāo)定為501b/in2(即：50psi,lpsi=0.070kgf /cm2≈6.865kPa)，如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)的額定操作壓力高于501b/in2，那么閥門定位器就成了執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出推動(dòng)力的制約因素。
11)當(dāng)調(diào)節(jié)閥與閥門定位器裝配組合后，它們的定位分辨率如何?這對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制品質(zhì)有非常明顯的作用，因?yàn)榉直媛试礁撸瑲鈩?dòng)調(diào)節(jié)閥的定位就越接近理想值，因調(diào)節(jié)閥過調(diào)而造成的波動(dòng)變化就可以得到扼制，從而zui終達(dá)到限制被調(diào)節(jié)量周期性變化的目的。
12)閥門定位器的正反作用轉(zhuǎn)換是否可行?轉(zhuǎn)換是否容易?有時(shí)這個(gè)功能是必要的。例如，要把一個(gè)“信號(hào)增加――閥門關(guān)”的方式改為“信號(hào)增加――閥門開”的方式，就可使用閥門定位器的正反作用轉(zhuǎn)換功能。
13)閥門定位器內(nèi)部操作和維護(hù)的復(fù)雜程度如何?*，部件越多，內(nèi)部操作結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，對(duì)維護(hù)(修)人員的閥門技術(shù)培訓(xùn)就越多，而且?guī)齑娴膫淦穫浼驮蕉唷?br />14)閥門定位器的穩(wěn)態(tài)耗氣量這個(gè)參數(shù)對(duì)于某些工廠裝置很關(guān)鍵，而且可能是一個(gè)限制因素。
15)當(dāng)然，在評(píng)價(jià)和選用閥門定位器時(shí)，其他因素也應(yīng)考慮。譬如：閥門定位器的反饋連桿機(jī)構(gòu)(FeedbackLinkage)要能真實(shí)的反應(yīng)閥芯的位置；另外，閥門定位器必須堅(jiān)固耐用，具備抗環(huán)境保護(hù)和防腐能力，而且安裝連接簡易方便。

1 空氣壓縮機(jī)；2,7,10 壓力表；3 截止閥；4,8 過濾器；5,9 減壓閥；6氣動(dòng)定值器  11 直流電源穩(wěn)壓器；12 氣動(dòng)閥門定位器(或電氣閥門定位器)
13 定位器安裝板；14 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(或電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)或電動(dòng)調(diào)節(jié)閥)；15 千分表(或百分表)；16 千分表架；17磁性吸鐵盤；18 調(diào)節(jié)閥固定臺(tái)
    測試的步驟如下：
1、試驗(yàn)時(shí)，輸入信號(hào)在正反兩個(gè)方向上緩慢變化時(shí)，讓閥門在全行程(直線或轉(zhuǎn)角)范圍的動(dòng)作連續(xù)、平穩(wěn)；
2、輸入信號(hào)只能單向增大或減小，不允許輸入信號(hào)超過設(shè)定點(diǎn)后又返回設(shè)定點(diǎn)；
3、行程測定以閥芯全關(guān)位置作為基準(zhǔn)；
4、輸入信號(hào)的測試設(shè)定點(diǎn)在全行程范圍的5%、10%、20%、、、…·90%、100%處，反向時(shí)為100%、90%、……20%、10%、5%處，也可以按規(guī)定減少被測量點(diǎn)，但除非另有規(guī)定，試驗(yàn)點(diǎn)至少要包括信號(hào)范圍的0%、25%、50%、75%、100%五個(gè)點(diǎn)；
5、按規(guī)定的次數(shù)測試之后，計(jì)算各種靜特性的偏差值。

備注：
*本表中散熱高溫型的重量以PN16為依據(jù)，低溫型以PN40為依據(jù)。
*法蘭密封面形式：PN10、PN16為凸面，PN40、PN64為凹凸面、閥體為凹面
*薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣信號(hào)接口：內(nèi)螺紋M16*1.5
*夾套保溫型夾套載熱體接口：對(duì)焊Φ18*4
*閥體法蘭及法蘭端面距離可以按用戶的標(biāo)準(zhǔn)制造。

2、工作原理
定位器( 圖1) 由電機(jī)、先導(dǎo)閥、閥瓣、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、反饋桿和彈簧等組成。為了打開閥門，增加電流信號(hào)，力矩電機(jī)工作產(chǎn)生電磁場，擋板受電磁場作用遠(yuǎn)離噴嘴。噴嘴和擋板間距變大，排出先導(dǎo)閥內(nèi)部線軸上方的氣壓。受其影響線軸向右邊移動(dòng)，推動(dòng)擋住底座的閥瓣，氣壓通過底座輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。隨著執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室內(nèi)部壓力增加，執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿下降，通過反饋桿把執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿位移的變化傳達(dá)到滑板，位移變化又傳達(dá)到量程反饋桿，拉動(dòng)量程彈簧。當(dāng)量程彈簧和力矩電機(jī)的力保持平衡時(shí)，擋板回到原位，減少與噴嘴間距。隨著通過噴嘴排出空氣量的減少，線軸上方氣壓增加。線軸回到原位，閥瓣重新堵住底座，停止氣壓輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)停止時(shí)，定位器保持穩(wěn)定狀態(tài)。

定位器結(jié)構(gòu)

1. 力矩電機(jī)2. 擋板3. 噴嘴4. 先導(dǎo)閥5. 線軸6. 底座7. 閥瓣8. 氣室9. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)10. 推桿11. 反饋桿12. 滑板13. 量程反饋桿14. 量程彈簧

圖1 定位器結(jié)構(gòu)

3、安裝
首先在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的上方臨時(shí)安裝空氣過濾減壓閥( 圖2) ，在連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥體的開合螺母上安裝反饋銷，將反饋銷插入定位器反饋桿一字槽內(nèi)。要將反饋銷正確插入到反饋桿的固定彈簧上，以減少滯后度，裝上定位器。用螺釘將定位器固定在配件托架上。安裝后反饋桿在閥門行程50% 的位置要處于水平狀態(tài)。可調(diào)整支架和反饋桿連接件，使反饋桿處于水平狀態(tài)。如果安裝后反饋桿不在水平狀態(tài)，則對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的線性有影響。

定位器在氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的安裝

圖2 定位器在氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的安裝

4、配管
定位器與氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣管安裝前需清除氣管內(nèi)部的雜質(zhì)。氣管不能受壓或破損，氣管內(nèi)徑要達(dá)到定位器的正常通氣要求。在定位器氣源接口前方必須安裝帶有過濾功能的空氣減壓閥，以防止水分、油污等異物進(jìn)入定位器內(nèi)部。將帶有過濾功能的空氣減壓閥與定位器進(jìn)口連接( 圖3) ，定位器設(shè)計(jì)為信號(hào)增加時(shí)，從出口1 輸出壓力。因此，使用在氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，要把出口1 和執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室相連接。

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動(dòng)截止閥定位器在氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的氣管安裝

圖3 定位器在氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的氣管安裝

5、動(dòng)作設(shè)定
5.1、閥門全關(guān)( 0 點(diǎn)) 設(shè)定

(1) 輸入來自控制器與氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥全關(guān)位置相對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)4mA。

(2) 通過順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)0 點(diǎn)調(diào)節(jié)按鈕調(diào)整閥門的全關(guān)位，對(duì)準(zhǔn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的起點(diǎn)。向符號(hào)“+”方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，0點(diǎn)彈簧拉伸，0點(diǎn)上升。向符號(hào)“-”方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，0點(diǎn)彈簧壓縮，0點(diǎn)下降( 圖4) 。

0 點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置

圖4 0 點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置

5.2、閥門全開( 量程) 設(shè)定

(1) 輸入來自控制器與氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥全開位置相對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)20mA。

(2) 確認(rèn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程標(biāo)尺，通過調(diào)節(jié)量程按鈕調(diào)整閥門的全開位。如果行程指示低于行程刻度，調(diào)節(jié)量程按鈕向符號(hào)“+”方向旋轉(zhuǎn)。如果行程指示高于行程刻度，調(diào)節(jié)量程按鈕向符號(hào)“-”方向旋轉(zhuǎn)( 圖5) 。

量程調(diào)節(jié)裝置

圖5 量程調(diào)節(jié)裝置

(3) 調(diào)節(jié)量程后，0點(diǎn)會(huì)發(fā)生變化，要重新調(diào)整0 點(diǎn)，調(diào)整0 點(diǎn)后再重新調(diào)整量程。要反復(fù)進(jìn)行幾次0 點(diǎn)和量程調(diào)節(jié)。

(4) 調(diào)整后，擰緊0 點(diǎn)和量程調(diào)節(jié)件中間的鎖定螺絲。

6、結(jié)語
通過合理的配管、安裝、調(diào)試和維護(hù)，定位器用于需要控制的氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥裝置中，維護(hù)簡單，使用方便，故障率低。

參考文獻(xiàn)
〔1〕布賴恩·內(nèi)斯比特. 張清雙，尹玉杰，李樹勛，等譯. 閥門和驅(qū)動(dòng)裝置技術(shù)手冊(cè)〔M〕. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

〔2〕《石油化工儀表自動(dòng)化培訓(xùn)教材》編寫組. 調(diào)節(jié)閥與閥門定位器〔M〕. 北京: 中國石化出版社，2009.與本文相關(guān)的論文：化工堿渣截止閥