上海滬工閥門廠(集團(tuán))有限公司
摘要:簡要分析了調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)、運動機(jī)理,在對常規(guī)安裝程序及調(diào)校方法分析的基礎(chǔ)上,給出了經(jīng)過數(shù)模推定的、能夠彌補(bǔ)常規(guī)方法不足的行之有效新方法。
關(guān)鍵詞:調(diào)節(jié)閥;機(jī)理;安裝;調(diào)校
一、引言
調(diào)節(jié)閥是工業(yè)生產(chǎn)中非常常用和特別重要的控制設(shè)備,它工作正常與否直接關(guān)系到整個裝置的生產(chǎn),尤其是化工行業(yè)表現(xiàn)得尤為突出。目前,隨著調(diào)節(jié)閥技術(shù)的日新月異,調(diào)節(jié)閥的形式、品種繁多,功能各異。不同形式、不同功能的調(diào)節(jié)閥安裝、調(diào)校的方式與關(guān)鍵控制點都各不相同,本文就現(xiàn)代化生產(chǎn)上常用的調(diào)節(jié)閥的安裝、調(diào)校做一簡析。
二、調(diào)節(jié)閥的安裝
調(diào)節(jié)閥的正確安裝非常重要,安裝的好壞是關(guān)系到操作性能、安全程度、成本高低的頭等大事。調(diào)節(jié)閥必須嚴(yán)格按照工藝及控制系統(tǒng)要求進(jìn)行安裝,一旦閥門產(chǎn)生故障將導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、中毒等嚴(yán)重事故和人身傷害,后果是相當(dāng)嚴(yán)重的,F(xiàn)以氣動閥為安裝實例,介紹安裝程序及要點:
1、安裝前檢驗
調(diào)節(jié)閥安裝前,進(jìn)貨檢驗是一個非常重要的環(huán)節(jié),以確認(rèn)調(diào)節(jié)閥到貨情況是否滿足設(shè)計、工藝和規(guī)范要求。進(jìn)貨檢驗著重以下兒項內(nèi)容:
(1)閥休、閥內(nèi)件規(guī)格檢驗:閥型號、閥形式、公稱直徑、閥座尺寸、閥芯型式、閥體材質(zhì)、閥芯材質(zhì)、閥座材質(zhì)、流量特性、泄漏等級、Cv 值、法蘭標(biāo)準(zhǔn)等級尺寸及密封型式等指標(biāo),只要其中一項內(nèi)容不合要求均應(yīng)征得設(shè)計的確認(rèn)。
(2)執(zhí)行機(jī)構(gòu)檢驗:執(zhí)行機(jī)構(gòu)型號、型式、作用方式、彈簧范圍、供氣壓力等。
(3)定位器檢驗:定位器的輸入信號、氣源壓力、防爆等級、電氣和氣源接口尺寸等,其中,防爆等級不得低于設(shè)計等級。
(4)附件檢驗:根據(jù)調(diào)節(jié)閥的設(shè)計技術(shù)要求仔細(xì)清理各項附件,如過濾減壓閥、閥位開關(guān)、電磁閥、手輪機(jī)構(gòu)、專用工具等。
以上各項內(nèi)容的檢驗可以通過視覺、清理、計量器具、查看銘牌以及專用檢測手段(如法蘭及螺栓材質(zhì)可通過光潛分析來鑒別)等方法來實現(xiàn)。
2、安裝原則
(1)氣動調(diào)節(jié)閥安裝位置,距地面要有一定高度,閥的上、下要留有一定的空間,以便進(jìn)行閥的拆卸和修理。對于裝有氣動閥門定位器和手輪的調(diào)節(jié)閥,必須保證操作、觀察和調(diào)整方便。
(2)調(diào)節(jié)閥應(yīng)安裝在水平管道,相對于管道上、下垂直,一般要在閥的下端加支撐,保證穩(wěn)定可靠。對于特殊場合,需要調(diào)節(jié)閥水平安裝在豎直的管道上時,也應(yīng)將閥體進(jìn)行支撐。安裝時,要避免給調(diào)節(jié)閥帶來附加應(yīng)力,如管道與閥體不同心或法蘭不平行等。
(3)調(diào)節(jié)閥前后位置應(yīng)有直管段,直管段長度不小于 10 倍的管道直徑(10D),以避免閥的直管段太短而影響流量特性。
(4)調(diào)節(jié)閥的口徑與工藝管道不同時,應(yīng)采用異徑管連接。小口徑調(diào)節(jié)閥安裝時,可采用螺紋連接。閥體上流體方向箭頭與流體方向一至。
(5)閥要加旁通管道,目的是便于切換或手動操作,可在不停車情況下對調(diào)節(jié)閥進(jìn)行維護(hù)或檢修。
(6)一般調(diào)節(jié)閥工作環(huán)境溫度在 -30~+60℃,相對濕度不大于 95%.所以,安裝時應(yīng)注意離開高、低溫輻射源(高、低溫管道,加熱爐等)。因調(diào)節(jié)閥的薄膜和密封環(huán)等橡膠制品零件,在低溫時易硬化變脆、高溫時易老化。
(7)調(diào)節(jié)閥在安裝前要徹底清除管道內(nèi)異物,如污垢、焊渣等。安裝后用常溫水進(jìn)行試驗,實驗時應(yīng)將閥全部打開或旁通閥打開。試運行時應(yīng)注意閥體與管道連接處的密封性能。
3、安裝形式及方位
圖 1 調(diào)節(jié)閥安裝位置比較圖
調(diào)節(jié)閥的安裝通常情況下有一個調(diào)節(jié)閥組,即,上游閥、旁路閥、下游閥和調(diào)節(jié)閥。圖 1 給出了調(diào)節(jié)閥常用的六種組合形式,并對各自的特點進(jìn)行了說明。
應(yīng)注意的是切斷閥(上游閥、下游閥)和旁路閥的安裝要靠近三通,以減小死角。
通常調(diào)節(jié)閥要求垂直安裝。在滿足不了垂直安裝時,對法蘭用四個螺栓固定的調(diào)節(jié)閥可以有向上傾斜 45 度、向下傾斜 45 度、水平安裝和向下垂直安裝四個位置。對法蘭用 8 個螺栓固定的調(diào)節(jié)閥則可以有 9 個安裝位置,分別相隔 22.5 度。
在這些安裝位置中,最理想的是垂直向上安裝,應(yīng)該優(yōu)先選擇;向上傾斜的位置為其次(依次是:22.5 度、45 度、67.5 度);向下垂直安裝為再次位置;最差的位置是水平安裝,它與接近水平安裝的向下傾斜 67.5 度,此位置一般不采納。
三、調(diào)節(jié)閥的調(diào)校
新安裝的氣動調(diào)節(jié)閥安裝之前應(yīng)進(jìn)行單體調(diào)校,調(diào)校應(yīng)達(dá)到的性能指標(biāo)為:
基本誤差:±1.5%;回程誤差:1.5%;不靈敏區(qū):0.6%。
閥門定位器作為氣動調(diào)節(jié)閥的工具,對調(diào)節(jié)閥的使用起著決定性作用,定位器調(diào)校質(zhì)量的好壞直接影響調(diào)節(jié)閥的使用。閥門定位器與閥門配套使用,組成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由磁電組件、零位彈簧、擋板、氣動功率放大器、調(diào)節(jié)閥、反饋杠桿、量程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、反饋彈簧等組成。其系統(tǒng)方框圖如圖 2 所示圖中。
圖 2 系統(tǒng)框圖
圖中:K0——零位彈簧彈性系數(shù);K4——反饋彈簧彈性系數(shù);K1, K2, K3, K5, K6, Kv——磁電組件、擋板、放大器、量程調(diào)整機(jī)構(gòu)、反饋杠桿、調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)。
由圖(1)可得出該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型:
設(shè):令 Kc=K2*K3*Kv——(1)
Kf=K4*K5*K6——(2)
則有
L=Kc(K0*H+K1*I)/(1+Kc*Kf)=[Kg*K1/(1+Kg*Kf)]*I+Kc*K0*H/(l+Kc*Kf)——(3)
式中
I——輸入電流
H——調(diào)零彈簧長度
L——調(diào)節(jié)閥的行程
Kg——輸入電流所產(chǎn)生的電磁力矩
Kf——反彈黃所產(chǎn)生的反饋力矩
Kc——零位彈簧所產(chǎn)生的調(diào)零點力矩
根據(jù)式(3)可得出定位器的調(diào)零模型:Kc*K0*H/(1+Kg*Kf)
生產(chǎn)中常用的調(diào)校原理和方法是:將式(l),式(2)代入(3)式得行程模型為:
L=K2*K3*Kv*(K0*H+K1*I)/(1+K2*K3*K4*K5*K6*Kv)——(4)
調(diào)校步驟是:
(1)是閥桿位于行程中點,調(diào)整定位器與反饋杠桿成 90 度角,并將螺釘固定;
(2)將零點、量程分別置于中間位置;
(3)輸入 4mA.DC 信號,使調(diào)節(jié)閥開始動作,調(diào)節(jié)零點,使零點達(dá)到要求;
(4)輸入 20mA.DC 信號,看其行程是否達(dá)到要求,若沒達(dá)到,則調(diào)量程,使其達(dá)到要求;
由(3)、(4)可知,調(diào)零點可改變 H,調(diào)量程又會影響零點,所以,調(diào)零點和調(diào)量程是相互作用相互影響的。因此,此種方法有時很難校準(zhǔn)定位器,這是因為:一般情況下,零位彈簧工作在現(xiàn)行區(qū)域,其長度變化范圍有限,調(diào)最程機(jī)構(gòu)的空間位置受到限制,所以,調(diào)零彈簧長度和量程調(diào)整機(jī)構(gòu)的放大系數(shù)值也將會受到限制。此時,如果單調(diào)一臺調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)(很大或很小),就很難將其定位器校準(zhǔn)。而由模型(4)可以看出:可以調(diào)節(jié)的參數(shù)還有零位彈簧的彈性系數(shù)和反饋杠桿的有效長度;應(yīng)用中可以將連接在閥桿上的銷釘靠近閥門定位器,這樣就將反饋杠桿的有效長度縮短,使 L 增大,行程增大,反之則行程減小。
四、結(jié)束語
調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中是執(zhí)行機(jī)構(gòu),它動作可靠與否決定著系統(tǒng)的成敗。一個調(diào)節(jié)閥從設(shè)計到使用要經(jīng)歷加工、裝配、檢驗/試驗、銷售、采購、進(jìn)場檢驗、安裝、調(diào)校等環(huán)節(jié),那么決定結(jié)果的是進(jìn)入現(xiàn)場的后三個環(huán)節(jié)。三個環(huán)節(jié)中,調(diào)校又是重中之重,所以把好三關(guān)就能保證調(diào)節(jié)閥的可靠運行。