上海滬工閥門(mén)廠(chǎng)(集團)有限公司
摘要:詳細敘述氣動(dòng)薄膜調節閥的工作原理,流量特性規則,C 值計算,口徑的確定,并結合中鋁山西分公司沉漿工段料漿輸送過(guò)程的控制,就如何正確選型,以及應用過(guò)程中實(shí)際情況如何正確修正,及安裝過(guò)程中的注意事項。
關(guān)鍵詞:調節閥;流量特性;C 值;負反饋;背壓切換板;
隨著(zhù)我國有色行業(yè)的迅猛發(fā)展,氣動(dòng)薄膜調節閥由于結構簡(jiǎn)單、操作方便、使用可靠、防火防爆等特點(diǎn),廣泛應用于氧化鋁的生產(chǎn)過(guò)程。而作為自動(dòng)調節系統的重要一環(huán),它的工作狀態(tài)的好壞將直接影響自動(dòng)控制過(guò)程,本文以自己的工作實(shí)踐為基礎,詳細敘述氣動(dòng)薄膜調節閥的工作原理、選型過(guò)程、安裝及維修。
1 主要結構和工作原理
氣動(dòng)執行器由執行機構和調節機構組成。氣動(dòng)執行機構包括:氣動(dòng)薄膜、氣動(dòng)活塞、氣動(dòng)長(cháng)行程三種執行機構、調節機構為:閥、閘板、調節閥等,有直、角行程 2 種。
工作原理:當 0.2~1kg/cm2 時(shí)的信號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)薄膜執行機構的行程。正作用式:當薄膜氣室的信號壓力為零時(shí),推桿部件位于下方,當薄膜氣室內輸人信號壓力時(shí),使推桿部件向下移動(dòng);反作用式:當薄膜氣室的信號壓力為零時(shí),推桿部件位于上方,當薄膜氣室內輸人信號壓力時(shí),使推桿部件向上移動(dòng)。
2 氣動(dòng)薄膜調節閥流t特性和選型原則
流量特性是指閥位開(kāi)度和流量大小的關(guān)系,直接影響調節質(zhì)量和系統的穩定性,與被調參數和設備對象,工藝流程有關(guān)。
2.1 理想流量特性
調節閥兩端壓差不變時(shí)相對流量與相對開(kāi)度(行程)的關(guān)系:Q/Qmax=f×l/L
式中,Q 為某一開(kāi)度時(shí),調節閥的流量及閥桿行程;f 為閥芯系數;Qmax、L 為調節閥全開(kāi)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
調節閥前后端壓差變化情況下得到的流量特性。分為直線(xiàn)特性、對數特點(diǎn)、拋物線(xiàn)特性等。拋物線(xiàn)特性介于直線(xiàn)和對數之間。
經(jīng)計算、分析,直線(xiàn)特性調節閥工作在小開(kāi)度時(shí)調節性強,相對流量變化率過(guò)于激烈,不易控制,小干擾大克服容易過(guò)頭,引起系統振蕩,而在大開(kāi)度時(shí),相對變化率下,調節性能弱,太遲鈍,大的干擾不能很快克服;對數特性是指單位開(kāi)度變化所引起的相對流量變化值與此點(diǎn)相對流量成正比.經(jīng)計算、分析,對數閥在小開(kāi)度時(shí)放大倍數小,緩和平衡,利于操作控制,而在大開(kāi)度時(shí)放大倍數大,工作能靈敏有效,是最常用的閥門(mén)。
2.3 流量特性選擇規則
工業(yè)生產(chǎn)中常用的調節閥如直線(xiàn)、對數、快開(kāi)特性,一般選取直線(xiàn)、對數特性即可滿(mǎn)足工藝調節要求,快開(kāi)特性適應于二位調節,對于比較難控制和要求較嚴的對象,從以下幾個(gè)方面考慮:
- 用調節閥的非線(xiàn)性去補償過(guò)程的非線(xiàn)性,使系統總的增益變化較小,穩定;
- 工藝管道情況,考慮工藝管道阻力情況;
- 適應系統的負荷波動(dòng);
- 考慮調節閥的工作條件和使用壽命;
- 調節閥工作特性改善。
3 流量能力 C 值的計算方法和調節閥口徑的確定
C 值的定義:我國規定在調節閥前后壓差為 1kPa、液體重度為 1kPa3 的情況下,以每小時(shí)通過(guò)調節閥門(mén)的流體 m3 數值,表示流通能力 C 值的大。ㄒ匝趸X料漿為例。)
調節閥壓差:S=ΔP/(∑ΔPF+ΔP)
式中,ΔP 為調節閥差壓;∑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(mén)前后壓差;r 為重度。
C 值的選取和公稱(chēng)通徑 Dg 及閥座直徑 dg 的確定,由工藝提供的最大流量和對應的最小壓差。計算出 Cmax,便可選取合適的閥。
4 應用實(shí)例
中鋁山西公司沉降工段負責將高壓溶出的料漿通過(guò)洗滌、沉降槽的作用下,將赤泥沉淀、分離出來(lái)。在料漿輸送過(guò)程中,需要大量的氣動(dòng)調節閥來(lái)調節流量。根據現場(chǎng)的工藝環(huán)境或計算,氣動(dòng)閥采用了美國 FISHER-ROSEMOUNT 公司生產(chǎn)的氣動(dòng)調節閥,由閥門(mén)定位器和調節閥組成。閥門(mén)定位器采用了位移式氣動(dòng)閥門(mén)定位器,其負反饋閉環(huán)系統。見(jiàn)圖 1。
圖 1 沉降料漿閉環(huán)系統
圖中 A 為波紋管的有效面積;C 為測量組件的剛度;K 為三級功率放大器的放大倍數;KL 為輸人信號傳動(dòng)杠桿比;KF 為反饋信號傳動(dòng)杠桿比;KV/(TVs+1) 是氣動(dòng)調節閥的傳遞函數,是一個(gè)一階周期環(huán)節,KV 為調節的放大系數,與執行機構的薄膜有效面積和彈簧剛度及調節的結構等因素有關(guān);TV 為調節閥的時(shí)間常數,也與氣室大小等因素有關(guān)。
上述負反饋系統中,閥桿輸出位移 Y 與輸人的調節器壓力領(lǐng)信號 P 之間的傳遞函數:
W(s)=Y/P≈AEKL/CKF
AE、KL、C、KF 一定時(shí),Y 與 P 之間成一一對應的比例關(guān)系。也就是說(shuō),通過(guò)電一氣閥門(mén)定位器的電氣轉換,定位器接受來(lái)自調節器或控制系統的電流信號(4~20mA),這個(gè)信號改變執行機構氣室的壓力 P,使閥門(mén)的位置達到給定值 Y,從而達到調節的目的。
4.1 調節閥反向動(dòng)作和流量特性
在應用過(guò)程中,由于生產(chǎn)需要將一臺氣關(guān)式調節閥改成氣開(kāi)式調節器,在以前就需將閥芯反裝,或采用反作用式執行機構。在現場(chǎng)改裝比較麻煩,而且需有一定的備品才行。采用閥門(mén)定位器后,正作用定位器的輸人信號從 20~100kPa 變化時(shí),它的輸出信號從 20~100kPa 變?yōu)?100~20kPa 即可。具體結構中,用到一個(gè)凸輪和兩個(gè)噴嘴。左噴嘴用以實(shí)現正作用,右噴嘴實(shí)現反作用。左、右噴嘴與放大器的氣路用背壓切換板來(lái)溝通。調節閥的流量特性可以通過(guò)改變反饋凸輪的幾何形狀來(lái)改變。改變反饋凸輪的幾何形狀能夠改變調節閥的反饋量,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)機構的配置
當氣源信號或電信號出現故障時(shí),或者當執行機構的主要元件(膜片、彈黃等)損壞時(shí),就需把自動(dòng)操作改為手動(dòng)操作,需轉動(dòng)手輪維持調節閥的調節功能;另一方面,這種機構也可作為調節閥行程的限位器,當信號壓力為零時(shí),調節閥不是全開(kāi)就是全關(guān),如果工藝過(guò)程要求調節閥有少量的流量,可利用手輪來(lái)達到目的。手輪機構有頂裝式和側裝式,頂裝式只能為單方向限制行程,如果在選型或安裝時(shí),選用側裝式可以根據工藝的要求安在左或右側實(shí)現限位?傊,手動(dòng)機構可提高調節閥運行的可靠性,特別是調節閥臺增設旁路,使用口徑較大的調節閥時(shí),使用手輪機構從投資費用或占地面積都很合算。所以自動(dòng)操作完成正常和執行機構無(wú)故障時(shí),由于不使用手動(dòng)機構,為此經(jīng)常要加油防銹。
5 安裝調節閥須注意的幾個(gè)問(wèn)題
(1)氣動(dòng)調節閥應安裝在便于維護、修理的地方。
(2)當選定調節閥的公稱(chēng)通徑與工藝管徑不同時(shí)應加裝異接頭進(jìn)行連接。
(3)安裝在有振源的場(chǎng)合,應增加防振措施。
(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,需要認真清洗管道內焊渣和其它雜物,在安裝后,應將閥芯處于最大開(kāi)度,并對管道和閥再一次清洗,以防雜物卡住和損傷節流件。
6 結束語(yǔ)
氣動(dòng)薄膜調節閥的正確選型、安裝、使用、維修,不僅能夠提高過(guò)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企業(yè)的節能降耗有著(zhù)可觀(guān)的經(jīng)濟效益。