氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥保位設(shè)計(jì)方案

重要控制回路在故障時(shí)的保位一直是一個(gè)重要的問題，隨著工程技術(shù)的發(fā)展，保位的意義沒有發(fā)生變化，但保位的方法卻一直在發(fā)展中，本文就目前保位方法的實(shí)現(xiàn)作一探討。 一般來說，我們在選擇氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥時(shí)，都要先確定選氣開還是氣閉，這就是選擇調(diào)節(jié)閥斷氣時(shí)的保護(hù)位置，如果工藝要求斷氣時(shí)閥門打開，則選擇常開(氣閉)式調(diào)節(jié)閥，反之則選擇常閉(氣開)式調(diào)節(jié)閥。這只是一個(gè)粗淺的方案，如果工藝要求斷氣、斷電、斷信號(hào)的三斷保護(hù)，則調(diào)節(jié)閥就需要配HMT三通調(diào)節(jié)閥置一些附件來組成一個(gè)保護(hù)系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)控制要求，這些附件主要有保位閥、電磁閥、氣罐等。以下是單作用氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥和雙作用氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的兩種保位方案。本方案主要由氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電-氣閥門定位器、失電(信號(hào))比較器、單電控電磁換向閥、氣動(dòng)保位閥、閥位信號(hào)返回器等組成，其工作原理如下：

1、斷氣源：當(dāng)控制系統(tǒng)氣源故障(失氣)時(shí)，氣動(dòng)保位閥自動(dòng)關(guān)閉將定位器的輸出信號(hào)壓力鎖定在氣動(dòng)控制閥的膜室內(nèi)，輸出信號(hào)壓力與控制閥彈簧產(chǎn)生的反力相平衡，氣動(dòng)控制閥的閥位保持在故障位置。該保位閥應(yīng)設(shè)定在略低于氣源的最小值時(shí)啟動(dòng)。

2、斷電源：當(dāng)控制系統(tǒng)電源故障(失電)時(shí)，失電(信號(hào))比較器控制單電控電磁換向閥的輸出電壓消失，單電控電磁換向閥失電，單電控電磁換向閥內(nèi)的滑閥在復(fù)位彈簧的作用下滑動(dòng)，電磁閥換向，將氣動(dòng)保位閥的膜室壓力排空，氣動(dòng)保位閥關(guān)閉，將定位器的輸出信號(hào)壓力鎖定在氣動(dòng)控制閥的膜室HPAS高壓單座角閥內(nèi)，輸出信號(hào)壓力與控制閥彈簧產(chǎn)生的反力相平衡，氣動(dòng)控制閥的閥位保持在故障位置。

3、斷信號(hào)：當(dāng)控制系統(tǒng)信號(hào)故障(失信號(hào))時(shí)，失電(信號(hào))比較器檢測到后，斷掉單電控電磁換向閥的電壓信號(hào)，單電控電磁換向閥失電，單電控電磁換向閥內(nèi)的滑閥在復(fù)位彈簧的作用下滑動(dòng)，電磁閥換向，將氣動(dòng)保位閥的膜室壓力排空，氣動(dòng)保位閥關(guān)閉，將定位器的輸出信號(hào)壓力鎖定在氣動(dòng)控制閥的膜室內(nèi)，輸出信號(hào)壓力與控制閥彈簧產(chǎn)生的反力相平衡，氣動(dòng)控制閥的閥位保持在故障原位。位置反饋信號(hào)由閥ZSSV氣動(dòng)V型調(diào)節(jié)球閥門信號(hào)返回器給出。

本方案的優(yōu)點(diǎn)：“三斷”保護(hù)啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)反應(yīng)較快，動(dòng)作迅速。整體造價(jià)比較便宜。

    1 氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥保位設(shè)計(jì)方案保位的要求

    在工程實(shí)踐中，當(dāng)遇到氣、電故障時(shí)，不同的場合對閥門的狀態(tài)有不同的要求，這些要求的作出往往是處于安全方面的考慮，另外在安全無憂的情況一下，生產(chǎn)的連續(xù)性也是考慮的一個(gè)重要方面。

   例如：在用蒸汽進(jìn)行物料加熱時(shí)，如果遇到氣電故障，為了保險(xiǎn)起見，應(yīng)將閥門關(guān)閉，切斷蒸汽，即故障關(guān)（Fail to close）；再如水冷卻物料系統(tǒng)中，遇故障時(shí)，會(huì)希望水不要被切斷，此時(shí)要求故障開（Fail to open），而有些場合則希望故障出現(xiàn)時(shí)，閥位保持在原來的位置不變，以保持流體的固定流量，如物料結(jié)晶過程中，用于冷卻的冷卻水，此時(shí)需要保位（Fail to lock）。

本方案的缺點(diǎn)：電磁閥長期帶電，影響使用壽命。配用附件較多，安裝、調(diào)試復(fù)雜一些，閥位反饋需另配閥位信號(hào)返回器，在配用手輪的情況下，比較復(fù)雜。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥就是由閥體(座閥/截止閥)和氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組裝而成，以壓縮氣體為動(dòng)力源氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受氣動(dòng)控制器或閥門定位器輸出的氣壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的推桿直線位移，以推動(dòng)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作。實(shí)現(xiàn)開關(guān)量或比例式調(diào)節(jié)，接收工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制信號(hào)來完成調(diào)節(jié)管道介質(zhì)的：流量、壓力、溫度等各種工藝參數(shù)，為進(jìn)一步滿足用戶工況要求，以多年的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及現(xiàn)場使用經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，結(jié)合設(shè)計(jì)理念，自主研發(fā)的新一代高性能產(chǎn)品。將產(chǎn)品的品質(zhì)，性能、壽命，維護(hù)，外觀和成本等納入設(shè)計(jì)的核心，具有控制精確、響應(yīng)快速、關(guān)閉嚴(yán)密、結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)簡單、壽命長、成本低等特點(diǎn)。

氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥保位設(shè)計(jì)方案附件配置：

1.減壓閥：降低控制氣源壓力，以適宜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作壓力，

2.過濾器：濾去壓縮空氣中的水和其它雜質(zhì)，保證進(jìn)入電/氣轉(zhuǎn)換器定位器以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的壓縮空氣的清潔。許多產(chǎn)品是減壓閥和過濾器一體化設(shè)計(jì)，

3.定位器：是閥位控制的核心部件，對調(diào)節(jié)閥的閥位進(jìn)行精確控制，

4.行程開關(guān)：通常安裝在閥門的全開和全關(guān)位置，用以發(fā)出閥門全開和全關(guān)的信號(hào)送到控制系統(tǒng)。

5.閥位保護(hù)：是閥位保護(hù)裝置。當(dāng)儀表的氣源壓力中斷，或氣源供給系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，氣動(dòng)保位閥能夠自動(dòng)切斷調(diào)節(jié)器與調(diào)節(jié)閥氣室，或定位器輸出與調(diào)節(jié)閥氣室之間的通道，使調(diào)節(jié)閥的閥位保持原來的控制位置，以保證調(diào)節(jié)回路中工藝參數(shù)不變。這樣介質(zhì)的被調(diào)作用不中斷，故障消除后，氣動(dòng)保位閥立刻恢復(fù)正常位置。

    2 氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥保位設(shè)計(jì)方案的保位分析 

    2.1 閥門在斷電時(shí)的保位

    本文著重討論的是氣動(dòng)閥的保位問題，但電動(dòng)閥的保位亦需在此一提。電動(dòng)控制閥由電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，當(dāng)斷電時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)，閥門也便保持在故障時(shí)的位置。所以要求保位的場合，電動(dòng)閥一般都能實(shí)現(xiàn)。需要注意的是，電動(dòng)閥只具有故障保位的功能，而不具有故障時(shí)閥開或故障時(shí)閥關(guān)的功能。 一般工廠電源都有備用電源，故斷電保位考慮的較少，如有些場合要考慮斷電時(shí)的保位，則有以下幾種方法：

    （1）用二通電磁閥

    如圖示，可在定位器和薄膜頭之間的接管上加裝通電開的二通電磁閥。當(dāng)斷電時(shí)，電磁閥關(guān)閉，定位器和薄膜頭間的氣路被切斷，氣便被封閉在薄膜頭內(nèi)，從而使閥位保持不變。

    （2）用智能定位器（SMART POSITIONER）

    目前，智能定位器的應(yīng)用還不是十分普遍，而且各個(gè)廠家生產(chǎn)的智能定位器的“智能”程度也有較大差異。有一些智能定位器的內(nèi)部有電磁閥，通過軟件編程可以使其實(shí)現(xiàn)斷電時(shí)的保位，靠的也是電磁閥的氣路切斷。應(yīng)注意的是有些智能定位器的內(nèi)部并不帶有電磁閥，則斷電不能實(shí)現(xiàn)保位，用戶在選用時(shí)應(yīng)該了解清楚。

    2.2 氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥保位設(shè)計(jì)方案閥門在斷氣時(shí)的保位

    （1）氣動(dòng)薄膜閥的保位

    工程上的保位一般就是指斷氣時(shí)的保位（Air lock），有一種專門的控制部件稱為保位閥。保位閥本身是一種單彈簧結(jié)構(gòu)，在斷氣的情況下，彈簧動(dòng)作，將閥鎖閉，從而實(shí)現(xiàn)氣路的切斷。保位閥可安裝在薄膜頭與定位器之間，當(dāng)氣源壓力低于規(guī)定值時(shí)，該閥自動(dòng)關(guān)閉，將信號(hào)用氣封閉在膜頭內(nèi)，從而使閥門開度保持在故障前的位置。

    （2）氣缸閥的保位

    從理論上來講，當(dāng)氣源斷掉時(shí)，雙作用氣缸不動(dòng)作，不裝保位閥即可實(shí)現(xiàn)保位。但在工程實(shí)際應(yīng)用中，流體作用及氣缸兩端壓力不均衡等作用影響，閥位不能穩(wěn)定保持在故障前的位置。所以雙作用氣缸閥若想實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的保位，需在氣缸兩端都裝上保位閥，且保位閥的氣源應(yīng)由控制氣缸的二位五通電磁閥的前端氣路上引出。

單作用氣缸如果一端通氣，則只需在通氣端裝上保位閥即可，如果兩端均通氣，則兩端都應(yīng)該裝上保位閥。需要指出的是，保位閥在氣路切斷后，只能短時(shí)維持氣壓穩(wěn)定，如果要求較長時(shí)間的閥位穩(wěn)定，則必須設(shè)置小型儲(chǔ)氣罐以保持較長時(shí)間的供氣。

當(dāng)氣源故障（失氣）時(shí)，單向閥關(guān)閉，閉鎖閥失氣，在閉鎖閥的滑閥在彈簧的作用下復(fù)位，氣路換向，斷開系統(tǒng)的氣源管路，接通儲(chǔ)氣罐管路，由儲(chǔ)氣罐向閥門供氣，以保證閥門有若干次動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制的目的。由于儲(chǔ)氣罐的容量有限，且儲(chǔ)氣罐中的氣源壓力隨著閥門動(dòng)作不斷下降，不可長期使用儲(chǔ)氣罐為閥門供氣。本方案配用儲(chǔ)氣罐的容量應(yīng)比一般保護(hù)用儲(chǔ)氣罐的容量大。本方案在斷氣源時(shí)，閥門動(dòng)作的次數(shù)與儲(chǔ)氣罐的容量有關(guān)。

對于氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的保位方案，還有一個(gè)可供參考：在定位器和執(zhí)行器之間串聯(lián)保位閥和兩位三通電磁閥各一，在斷氣時(shí)用保位閥來保位，在斷信號(hào)時(shí)，用電磁閥來保位，不過，電磁閥必須與定位器進(jìn)行連鎖（在控制程序中設(shè)定），即定位器有信號(hào)，電磁閥必有電，定位器一旦失信號(hào)，自力式差壓調(diào)節(jié)閥電磁閥必須立即斷電。

    3 氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥保位設(shè)計(jì)方案結(jié)論

    由以上分析可以得出以下結(jié)論：在一些需保位場合，如果在斷電不斷氣的情況下，可用通電開的二通電磁閥實(shí)現(xiàn)保位功能，在斷氣不斷電的情況下，可用保位閥實(shí)現(xiàn)該功能。對一些特別重要的場合，為防止斷電、斷氣帶來的影響，可同時(shí)用二通電磁閥和保位閥。

    為減少在現(xiàn)場安裝時(shí)的不必要麻煩，可由閥門生產(chǎn)廠家完成系統(tǒng)的成套安裝工作，從而提高系統(tǒng)的可靠性。用戶只要在控制閥訂貨時(shí)注明Fail to lock（故障時(shí)保位）即可。

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥就是由閥體(座閥/截止閥)和氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組裝而成，以壓縮氣體為動(dòng)力源氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受氣動(dòng)控制器或閥門定位器輸出的氣壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的推桿直線位移，以推動(dòng)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作。實(shí)現(xiàn)開關(guān)量或比例式調(diào)節(jié)，接收工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制信號(hào)來完成調(diào)節(jié)管道介質(zhì)的：流量、壓力、溫度等各種工藝參數(shù)，為進(jìn)一步滿足用戶工況要求，以多年的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及現(xiàn)場使用經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，結(jié)合設(shè)計(jì)理念，自主研發(fā)的新一代高性能產(chǎn)品。將產(chǎn)品的品質(zhì)，性能、壽命，維護(hù)，外觀和成本等納入設(shè)計(jì)的核心，具有控制精確、響應(yīng)快速、關(guān)閉嚴(yán)密、結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)簡單、壽命長、成本低等特點(diǎn)。