气动调节阀的结构与原理

气动调节阀的结构与原理何少君内容简介概述1调节阀结构和组成2调试3故障处理4概述调节阀又称控制阀，广泛应用于火力发电、石油、化工等工业生产领域，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，在电厂中，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。是电厂保障机组稳定经济运行的重要的组成部分。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SIPARTPS2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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定位器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：F1F2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。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)目前电厂中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2)ABB控制器调阀调试步骤：运行操作模式的选择：按住面板MODE键，用↑或↓键可以选择以下各功能。一般情况下选择1.0进行远方自动控制，只有在执行器实际行程非常小而执行器速度太快，发生振荡时选择1.1控制模式，但其控制精度较低。现场实际选择的是1.0控制模式，情况良好。功能分类及显示器文字描述功能解释1.0CTRL-ADP选择自适应控制模式（远操）1.1CTRL-FIX选择固定控制模式（远操）1.2MANUL切换至现场按键操作1.3MAN-SENS用于检测反馈连杆位移角度范围是否合适调试菜单的设置及功能介绍ABB定位器菜单共分11组，分别用P1.-、P2.-…P11.-表示。同时按住↑和↓键，点击一下ENTER键，计数器从3计数到1后，松开↑和↓键，显示器则显示“P1.0CTUATOR”。自动进入第1组配置菜单。如果要进入第2~11组菜单，则同时按住MODE和ENTER键，再点击↑键进行选择。有些项目又有分项，用MODE键加↑键进入。功能及分类见下表：调试功能分组分项功能分组及显示器文字描述功能描述P1.-STANDARD基本参数组P1.0ACTUATOR定义定位器安装形式（选LINEAR用于直行程）P1.1AUTO-ADJ启动自动整定程序P1.2TOL-BAND设定偏差带或死区P1.3TEST试验修改结果P1.4EXIT退出到运行操作级P2.-SETPOINT给定信号组P2.0MIN-RGE设定给定信号的最小值P2.1MAX-PRG设定给定信号的最大值P2.2CHARACT选择调节特性曲线P2.3ACTION设定阀门正反作用方式P2.4SHUT-OFF设定阀门开度阈值P2.5RAMP