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1、气动调节阀的结构与原理,何少君,内容简介,调试,3,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
2、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
3、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420毫安电信号或20100KPa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
4、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
5、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
6、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，20100kPa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， 420mA电
7、流,定位器,信号或15V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
8、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420mA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
9、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,具
10、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
11、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
12、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
13、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、FIS
14、HER、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420mA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
15、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。,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
16、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“P1.0 CTUATOR”。自动进入第1组配置菜单。如果要进入第211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,调试,续上表,调试,调试,调试,启动自动调节程序： 1）同时按住和键，点击一下ENTER键，计数器从3到1，松开和键, 显示器显示“P1.0 CTUATOR”。 2）按住MODE键，点击键一次或多次，直到显示P1.1”，松开MODE键，按住ENTER键，计数器从3到1，松开ENTER键，自动调整程序开始运行。 3）自动调整
17、程序结束后，显示器显示“COMPLETE”。按住MODE键，点击一次或多次，直到显示出“P1.4”，松开MODE键，用 或 键选择NV-SAVE，按住ENTER键计数器从3到1然后松开，参数保存完毕，定位器转到先前所选择的运行级操作模式。,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
18、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 （420mA） 6.SDIR正反作用由系统要求决定选Rise、Fall 10.SFCT输出设定Lin （线性） 22.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“4.INIT”。长按“”键超过5
19、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。,调试,4）SP2控制器的阀门调试步骤：按住回车键3秒进入SP2 MENU。按下键进入MANOP。 按回车键3秒进入手动控制模式。按上键或下键可以移动阀门。如果手动适当，会显示FILL或VENT。按回车键回到MANOP模式。按下键进入自动调试模式AUTOS。按住回车键3秒进入自动调试程序。自动调试完成后自动进入AUTOS，笑脸符 显示，表示调试成功。按下键三次进入主菜单的RUN模式，按住回车键3秒定位器投入自动操作。SP2主
20、要功能见下表,调试,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
21、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
22、，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
23、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3.54bar。,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
24、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420毫安信号发生器加信号时阀门
25、工作正常，但接入DCS 420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。,谢谢大家,
