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上海滬工閥門廠(集團(tuán))有限公司

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滬工閥門

上海滬工閥門廠(集團(tuán))有限公司

摘要:詳細(xì)敘述氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的工作原理,流量特性規(guī)則,C 值計(jì)算,口徑的確定,并結(jié)合中鋁山西分公司沉漿工段料漿輸送過程的控制,就如何正確選型,以及應(yīng)用過程中實(shí)際情況如何正確修正,及安裝過程中的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞:調(diào)節(jié)閥;流量特性;C 值;負(fù)反饋;背壓切換板;

隨著我國(guó)有色行業(yè)的迅猛發(fā)展,氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、使用可靠、防火防爆等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于氧化鋁的生產(chǎn)過程。而作為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要一環(huán),它的工作狀態(tài)的好壞將直接影響自動(dòng)控制過程,本文以自己的工作實(shí)踐為基礎(chǔ),詳細(xì)敘述氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的工作原理、選型過程、安裝及維修。

1 主要結(jié)構(gòu)和工作原理

氣動(dòng)執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括:氣動(dòng)薄膜、氣動(dòng)活塞、氣動(dòng)長(zhǎng)行程三種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為:閥、閘板、調(diào)節(jié)閥等,有直、角行程 2 種。

工作原理:當(dāng) 0.2~1kg/cm2 時(shí)的信號(hào)壓力輸人薄膜氣室中,產(chǎn)生推力使推桿部件移動(dòng)、彈簧被壓縮產(chǎn)生的反作用力與信號(hào)壓力在薄膜上產(chǎn)生的推力相平衡。推桿的移動(dòng)即是氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程。正作用式:當(dāng)薄膜氣室的信號(hào)壓力為零時(shí),推桿部件位于下方,當(dāng)薄膜氣室內(nèi)輸人信號(hào)壓力時(shí),使推桿部件向下移動(dòng);反作用式:當(dāng)薄膜氣室的信號(hào)壓力為零時(shí),推桿部件位于上方,當(dāng)薄膜氣室內(nèi)輸人信號(hào)壓力時(shí),使推桿部件向上移動(dòng)。

2 氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥流t特性和選型原則

流量特性是指閥位開度和流量大小的關(guān)系,直接影響調(diào)節(jié)質(zhì)量和系統(tǒng)的穩(wěn)定性,與被調(diào)參數(shù)和設(shè)備對(duì)象,工藝流程有關(guān)。

2.1 理想流量特性

調(diào)節(jié)閥兩端壓差不變時(shí)相對(duì)流量與相對(duì)開度(行程)的關(guān)系:Q/Qmax=f×l/L

式中,Q 為某一開度時(shí),調(diào)節(jié)閥的流量及閥桿行程;f 為閥芯系數(shù);Qmax、L 為調(diào)節(jié)閥全開時(shí)的最大流量及閥桿全行程。理想流量特性取決于閥芯的尺寸,不同的閥芯曲面得到不同的理想流量特性。

2.2 工作流量特性分析

調(diào)節(jié)閥前后端壓差變化情況下得到的流量特性。分為直線特性、對(duì)數(shù)特點(diǎn)、拋物線特性等。拋物線特性介于直線和對(duì)數(shù)之間。

經(jīng)計(jì)算、分析,直線特性調(diào)節(jié)閥工作在小開度時(shí)調(diào)節(jié)性強(qiáng),相對(duì)流量變化率過于激烈,不易控制,小干擾大克服容易過頭,引起系統(tǒng)振蕩,而在大開度時(shí),相對(duì)變化率下,調(diào)節(jié)性能弱,太遲鈍,大的干擾不能很快克服;對(duì)數(shù)特性是指單位開度變化所引起的相對(duì)流量變化值與此點(diǎn)相對(duì)流量成正比.經(jīng)計(jì)算、分析,對(duì)數(shù)閥在小開度時(shí)放大倍數(shù)小,緩和平衡,利于操作控制,而在大開度時(shí)放大倍數(shù)大,工作能靈敏有效,是最常用的閥門。

2.3 流量特性選擇規(guī)則

工業(yè)生產(chǎn)中常用的調(diào)節(jié)閥如直線、對(duì)數(shù)、快開特性,一般選取直線、對(duì)數(shù)特性即可滿足工藝調(diào)節(jié)要求,快開特性適應(yīng)于二位調(diào)節(jié),對(duì)于比較難控制和要求較嚴(yán)的對(duì)象,從以下幾個(gè)方面考慮:

  1. 用調(diào)節(jié)閥的非線性去補(bǔ)償過程的非線性,使系統(tǒng)總的增益變化較小,穩(wěn)定;
  2. 工藝管道情況,考慮工藝管道阻力情況;
  3. 適應(yīng)系統(tǒng)的負(fù)荷波動(dòng);
  4. 考慮調(diào)節(jié)閥的工作條件和使用壽命;
  5. 調(diào)節(jié)閥工作特性改善。

3 流量能力 C 值的計(jì)算方法和調(diào)節(jié)閥口徑的確定

C 值的定義:我國(guó)規(guī)定在調(diào)節(jié)閥前后壓差為 1kPa、液體重度為 1kPa3 的情況下,以每小時(shí)通過調(diào)節(jié)閥門的流體 m3 數(shù)值,表示流通能力 C 值的大。ㄒ匝趸X料漿為例。)

調(diào)節(jié)閥壓差:S=ΔP/(∑ΔPF+ΔP)

式中,ΔP 為調(diào)節(jié)閥差壓;∑ΔPF 為最大流量時(shí)管路阻力降。

C=Q(r/ΔP)1/2=G/(ΔP * r)1/2

式中,Q、G 為工藝所提供的體積或重量流量;ΔP 為閥門前后壓差;r 為重度。

C 值的選取和公稱通徑 Dg 及閥座直徑 dg 的確定,由工藝提供的最大流量和對(duì)應(yīng)的最小壓差。計(jì)算出 Cmax,便可選取合適的閥。

4 應(yīng)用實(shí)例

中鋁山西公司沉降工段負(fù)責(zé)將高壓溶出的料漿通過洗滌、沉降槽的作用下,將赤泥沉淀、分離出來。在料漿輸送過程中,需要大量的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)流量。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工藝環(huán)境或計(jì)算,氣動(dòng)閥采用了美國(guó) FISHER-ROSEMOUNT 公司生產(chǎn)的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥,由閥門定位器和調(diào)節(jié)閥組成。閥門定位器采用了位移式氣動(dòng)閥門定位器,其負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。見圖 1。

沉降料漿閉環(huán)系統(tǒng)示意圖
圖 1 沉降料漿閉環(huán)系統(tǒng)

圖中 A 為波紋管的有效面積;C 為測(cè)量組件的剛度;K 為三級(jí)功率放大器的放大倍數(shù);KL 為輸人信號(hào)傳動(dòng)杠桿比;KF 為反饋信號(hào)傳動(dòng)杠桿比;KV/(TVs+1) 是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的傳遞函數(shù),是一個(gè)一階周期環(huán)節(jié),KV 為調(diào)節(jié)的放大系數(shù),與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的薄膜有效面積和彈簧剛度及調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān);TV 為調(diào)節(jié)閥的時(shí)間常數(shù),也與氣室大小等因素有關(guān)。

上述負(fù)反饋系統(tǒng)中,閥桿輸出位移 Y 與輸人的調(diào)節(jié)器壓力領(lǐng)信號(hào) P 之間的傳遞函數(shù):

W(s)=Y/P≈AEKL/CKF

AE、KL、C、KF 一定時(shí),Y 與 P 之間成一一對(duì)應(yīng)的比例關(guān)系。也就是說,通過電一氣閥門定位器的電氣轉(zhuǎn)換,定位器接受來自調(diào)節(jié)器或控制系統(tǒng)的電流信號(hào)(4~20mA),這個(gè)信號(hào)改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的壓力 P,使閥門的位置達(dá)到給定值 Y,從而達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。

4.1 調(diào)節(jié)閥反向動(dòng)作和流量特性

在應(yīng)用過程中,由于生產(chǎn)需要將一臺(tái)氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥改成氣開式調(diào)節(jié)器,在以前就需將閥芯反裝,或采用反作用式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在現(xiàn)場(chǎng)改裝比較麻煩,而且需有一定的備品才行。采用閥門定位器后,正作用定位器的輸人信號(hào)從 20~100kPa 變化時(shí),它的輸出信號(hào)從 20~100kPa 變?yōu)?100~20kPa 即可。具體結(jié)構(gòu)中,用到一個(gè)凸輪和兩個(gè)噴嘴。左噴嘴用以實(shí)現(xiàn)正作用,右噴嘴實(shí)現(xiàn)反作用。左、右噴嘴與放大器的氣路用背壓切換板來溝通。調(diào)節(jié)閥的流量特性可以通過改變反饋凸輪的幾何形狀來改變。改變反饋凸輪的幾何形狀能夠改變調(diào)節(jié)閥的反饋量,使定位器的輸出特性發(fā)生變化,從而修正了流量特性。

4.2 手動(dòng)機(jī)構(gòu)的配置

當(dāng)氣源信號(hào)或電信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí),或者當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要元件(膜片、彈黃等)損壞時(shí),就需把自動(dòng)操作改為手動(dòng)操作,需轉(zhuǎn)動(dòng)手輪維持調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)功能;另一方面,這種機(jī)構(gòu)也可作為調(diào)節(jié)閥行程的限位器,當(dāng)信號(hào)壓力為零時(shí),調(diào)節(jié)閥不是全開就是全關(guān),如果工藝過程要求調(diào)節(jié)閥有少量的流量,可利用手輪來達(dá)到目的。手輪機(jī)構(gòu)有頂裝式和側(cè)裝式,頂裝式只能為單方向限制行程,如果在選型或安裝時(shí),選用側(cè)裝式可以根據(jù)工藝的要求安在左或右側(cè)實(shí)現(xiàn)限位。總之,手動(dòng)機(jī)構(gòu)可提高調(diào)節(jié)閥運(yùn)行的可靠性,特別是調(diào)節(jié)閥臺(tái)增設(shè)旁路,使用口徑較大的調(diào)節(jié)閥時(shí),使用手輪機(jī)構(gòu)從投資費(fèi)用或占地面積都很合算。所以自動(dòng)操作完成正常和執(zhí)行機(jī)構(gòu)無故障時(shí),由于不使用手動(dòng)機(jī)構(gòu),為此經(jīng)常要加油防銹。

5 安裝調(diào)節(jié)閥須注意的幾個(gè)問題

(1)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥應(yīng)安裝在便于維護(hù)、修理的地方。

(2)當(dāng)選定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑與工藝管徑不同時(shí)應(yīng)加裝異接頭進(jìn)行連接。

(3)安裝在有振源的場(chǎng)合,應(yīng)增加防振措施。

(4)安裝時(shí),必須使閥體上或法蘭上的箭頭方向指向介質(zhì)方向。

(5)安裝前,需要認(rèn)真清洗管道內(nèi)焊渣和其它雜物,在安裝后,應(yīng)將閥芯處于最大開度,并對(duì)管道和閥再一次清洗,以防雜物卡住和損傷節(jié)流件。

6 結(jié)束語

氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的正確選型、安裝、使用、維修,不僅能夠提高過程控制的可靠性,而且能夠快速解決閥的故障,增加閥的使用壽命對(duì)企業(yè)的節(jié)能降耗有著可觀的經(jīng)濟(jì)效益。


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