上海申弘閥門有限公司
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之前介紹JIS日標(biāo)不銹鋼截止閥標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在介紹石油化工調(diào)節(jié)閥定位器選型閥門定位器是按力矩平衡原理工作的。如正作用的氣動薄膜閥，來自調(diào)節(jié)器或輸出式安全柵的4～20mA直流信號輸入到轉(zhuǎn)換組件中的線圈時(shí)，由于線圈兩側(cè)各有一塊極性方向相同的較久磁鐵，所以線圈產(chǎn)生的磁場與較久磁鐵的恒定磁場，共同作用在線圈中間的可動鐵芯即閥桿上，使杠桿產(chǎn)生位移。當(dāng)輸入信號增加時(shí)，杠桿向下運(yùn)動（作逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)），固定在杠桿上的擋板便靠近噴嘴，使放大器背壓增高，經(jīng)放大后輸出氣壓也隨之增高。此輸出氣壓作用在調(diào)節(jié)閥的膜頭上，使調(diào)節(jié)閥的閥桿向下運(yùn)動。閥桿的位移通過拉桿轉(zhuǎn)換為反饋軸和反饋壓板的角位移，并通過調(diào)量程支點(diǎn)作用于反饋彈簧上，該彈簧被拉伸，產(chǎn)生一個(gè)反饋力矩，使杠桿作順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，當(dāng)反饋力矩和電磁力矩相平衡時(shí)，閥桿就穩(wěn)定于某一位置，從而實(shí)現(xiàn)了閥桿位移與輸入信號電流成正比例的關(guān)系。調(diào)整調(diào)量程支點(diǎn)于適當(dāng)位置，可以滿足調(diào)節(jié)閥不同桿行程的要求。
石油化工調(diào)節(jié)閥定位器選型
1)閥門定位器能否實(shí)現(xiàn)“分程(Split_ranging)”實(shí)現(xiàn)“分程”是否容易、方便?具備“分程”功能就意味著閥門定位器只對輸入信號的某個(gè)范圍 (如：4～12mA或0.02～0.06MPaG)有響應(yīng)。因此，如果能“分程”的話，就可以根據(jù)實(shí)際需要，只用一個(gè)輸入信號實(shí)現(xiàn)先后控制兩臺或多臺調(diào)節(jié)閥。
2)定位器的零點(diǎn)和量程的調(diào)校是否容易、方便?是不是不用打開盒蓋就可以完成零點(diǎn)和量程的調(diào)校?但值得注意的是：有時(shí)候?yàn)榱吮苊獠徽_的(或非法的)操作，這種隨意就可進(jìn)行調(diào)校的方式需要被禁止。
3)閥門定位器的零點(diǎn)和量程的穩(wěn)定性如何?如果零點(diǎn)和量程容易隨著溫度、振動、時(shí)間或輸入壓力的變化而產(chǎn)生漂移的話，那么閥門定位器就需要經(jīng)常地被重新調(diào)校，以確保調(diào)節(jié)閥的行程動作準(zhǔn)確無誤。
4)閥門定位器的精度在理想工況下，對應(yīng)某一輸入信號，調(diào)節(jié)閥的內(nèi)件(TrimParts,包括球體/閥芯、閥桿、閥座等)每次都應(yīng)準(zhǔn)確地定位在所要求的位置，而不管行程的方向或者調(diào)節(jié)閥的內(nèi)件承受多大的負(fù)載。
5)閥門定位器對空氣質(zhì)量的要求如何?由于只有極少數(shù)供氣裝置能提供滿足ISA標(biāo)準(zhǔn)(有關(guān)儀表用空氣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)：ISA標(biāo)準(zhǔn)F7.3)所規(guī)定的空氣，因此，對于氣動(或電-氣)閥門定位器，如果要經(jīng)受得住現(xiàn)實(shí)環(huán)境的考驗(yàn)，就必須能承受一定數(shù)量的塵埃、水汽和油污。
6)零點(diǎn)和量程的標(biāo)定兩者是相互影響還是相互獨(dú)立?如果相互影響，則零點(diǎn)和量程的調(diào)校就需要花費(fèi)更多的時(shí)間，這是因?yàn)檎{(diào)校人員必須對這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，以便逐步地達(dá)到準(zhǔn)確的設(shè)定。
7)閥門定位器是否具備“旁路”，可允許輸入信號直接作用于調(diào)節(jié)閥?這種“旁路”有時(shí)可簡化或者省去執(zhí)行機(jī)構(gòu)裝配設(shè)定的校驗(yàn)，如：執(zhí)行機(jī)構(gòu)的“支座組件設(shè)定”和“彈簧座負(fù)載設(shè)定”――這是因?yàn)樵谠S多情況下，一些氣動調(diào)節(jié)器的氣動輸出信號與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的“支座組件設(shè)定”*吻合匹配，用不著對其再進(jìn)行設(shè)定(其實(shí)，在這種情況下，閥門定位器*可以省去不用。當(dāng)然，如果選用了，那么也可利用閥門定位器的“旁路”使氣動調(diào)節(jié)器的氣動輸出信號直接作用于調(diào)節(jié)閥)。另外，具備“旁路”有時(shí)也可允許在線的對閥門定位器進(jìn)行有限度的調(diào)校或維修維護(hù)(即利用閥門定位器的“旁路”使調(diào)節(jié)閥繼續(xù)保持正常工作，無須強(qiáng)制調(diào)節(jié)閥離線)。
8)閥門定位器的作用是否快速?空氣流量(Airflow)愈大(閥門定位器不斷的比較輸入信號和閥位，并根據(jù)它們之間的偏差，調(diào)節(jié)其本身的輸出。如果閥門定位器對這種偏差響應(yīng)快速，那么單位時(shí)間里空氣的流動量就大)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)對設(shè)定點(diǎn)和負(fù)載變化的響應(yīng)就愈快――這意味著系統(tǒng)的誤差(滯后)愈小，控制品質(zhì)愈佳。
9)閥門定位器的頻率特性(或稱頻率響應(yīng)，F(xiàn)requencyResponse――即G(jω)，系統(tǒng)對正弦輸入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng))是什么?一般來說，頻率特性愈高(即對頻率響應(yīng)的靈敏度愈高)，控制性能就愈好。但必須注意：頻率特性應(yīng)采用穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)方法而非理論方法來確定，并且在評估測定頻率特性時(shí)，應(yīng)將閥門定位器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)合并起來考慮。
10)閥門定位器的zui大額定供氣壓力是多少?例如：有些閥門定位器的zui大額定供氣壓力只標(biāo)定為501b/in2(即：50psi,lpsi=0.070kgf /cm2≈6.865kPa)，如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)的額定操作壓力高于501b/in2，那么閥門定位器就成了執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出推動力的制約因素。
11)當(dāng)調(diào)節(jié)閥與閥門定位器裝配組合后，它們的定位分辨率(PositioningResolution)如何?這對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制品質(zhì)有非常明顯的作用，因?yàn)榉直媛试礁撸{(diào)節(jié)閥的定位就越接近理想值，因調(diào)節(jié)閥過調(diào)而造成的波動變化就可以得到扼制，從而zui終達(dá)到限制被調(diào)節(jié)量周期性變化的目的。
12)閥門定位器的正反作用轉(zhuǎn)換是否可行?轉(zhuǎn)換是否容易?有時(shí)這個(gè)功能是必要的。例如，要把一個(gè)“信號增加――閥門關(guān)”的方式改為“信號增加――閥門開”的方式，就可使用閥門定位器的正反作用轉(zhuǎn)換功能。
13)閥門定位器內(nèi)部操作和維護(hù)的復(fù)雜程度如何?*，部件越多，內(nèi)部操作結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，對維護(hù)(修)人員的閥門技術(shù)培訓(xùn)就越多，而且?guī)齑娴膫淦穫浼驮蕉唷?br /> 14)閥門定位器的穩(wěn)態(tài)耗氣量這個(gè)參數(shù)對于某些工廠裝置很關(guān)鍵，而且可能是一個(gè)限制因素。
15)當(dāng)然，在評價(jià)和選用閥門定位器時(shí)，其他因素也應(yīng)考慮。譬如：閥門定位器的反饋連桿機(jī)構(gòu)要能真實(shí)的反應(yīng)閥芯的位置；另外，閥門定位器必須堅(jiān)固耐用，具備抗環(huán)境保護(hù)和防腐能力，而且安裝連接簡易方便。
1.2 石油化工調(diào)節(jié)閥定位器選型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥閥門定位器與閥門配套使用，組成一個(gè)閉合控制回路的系統(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)、反饋彈簧組成。其系統(tǒng)方框圖如圖1所示。
圖1 閥門定位器和調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)方框圖
I – 輸入電流；
H – 調(diào)零彈簧長度；
M1- 輸入電流所產(chǎn)生的電磁力矩；
Mo- 零位彈簧所產(chǎn)生的調(diào)零點(diǎn)力矩；
Mf - 反饋彈簧所產(chǎn)生的反饋力矩；
h-擋板微小位移；
P-氣動功率放大器的輸出壓力；
L- 調(diào)節(jié)閥的行程
為了分析的方便，我們假設(shè)閥門定位器為線性的，則在一般情況下，各環(huán)節(jié)均可近似為線性環(huán)節(jié)，那么系統(tǒng)的方框圖如圖2所示。
圖2 線性化的系統(tǒng)方框圖
Ko – 零位彈簧的彈性系數(shù)；
K4 – 反饋彈簧的彈性系數(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)、反饋杠桿和調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)
由圖2可知，令：
Kc= K2K3Kv （1）
KF=K4K5K6 （2）
則L=Kc（KoH K1I）/（1 Kc Kf）
= [KGK1/（1 KGKf）]*I KcKoH/（1 KcKf） （3）
由（3）式可知：KcKoH/（1 KGKf）為閥門定位器的零點(diǎn)。
2.常用定位器調(diào)校方法的分析
2.1 常用的調(diào)校方法
我們在實(shí)際工作中常使用的調(diào)校方法的步驟是：
a.使閥桿位于行程中點(diǎn)，調(diào)整定位器與反饋杠桿成90o角，并將螺釘固定；
b.將零點(diǎn)、量程分別置于中間位置；
c.輸入4mA.DC信號，使調(diào)節(jié)閥開始動作，調(diào)節(jié)零點(diǎn)，使零點(diǎn)達(dá)到要求；
d.輸入20mA.DC信號，看其行程是否達(dá)到要求，如沒達(dá)到，則調(diào)量程，使其達(dá)到要求；
e.重復(fù)c，d兩步，使零點(diǎn)和量程均達(dá)到要求。
2.2 常用調(diào)校方法的原理
將（1），（2）式代入（3）式得：
L=K2K3Kv（KoH K1I）/（1 K2K3K4K5K6Kv）（4）
由常用調(diào)校法的步驟c和d可知，調(diào)零點(diǎn)可改變H，調(diào)量程又會影響零點(diǎn)，所以調(diào)零點(diǎn)和調(diào)量程是相互作用互相影響的。因此，調(diào)零點(diǎn)和調(diào)量程實(shí)際上就是反復(fù)湊試調(diào)零彈簧長度和量程調(diào)整機(jī)構(gòu)的放大系數(shù)，使零點(diǎn)和量程均符合要求的過程。
2.3 常用調(diào)校方法的不足
在通常情況下，調(diào)零彈簧工作在線性區(qū)域，其長度的變化范圍是有限的， 而調(diào)量程機(jī)構(gòu)其機(jī)械位置是受到限制的， 因此調(diào)零彈簧長度和量程調(diào)整機(jī)構(gòu)的放大系數(shù)的值就會受到限制，當(dāng)調(diào)節(jié)閥的Kv很大或很小時(shí)，用常用的調(diào)校方法是不可能將定位器校準(zhǔn)的，而這種情況在我們實(shí)際工作中是經(jīng)常遇到的。所以，我們需要用其他方法來調(diào)校閥門定位器。
3.解決方法
在實(shí)際工作中有時(shí)會遇到用常用的調(diào)校方法不能校準(zhǔn)定位器，這是因?yàn)椋涸谝话闱闆r下，零位彈簧工作在線性區(qū)域，其長度變化范圍有限，調(diào)量程機(jī)構(gòu)其機(jī)械位置受到限制，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)值將會受到限制。此時(shí)，如果調(diào)一臺調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)很大或很小的調(diào)節(jié)閥，就很難將其定位器校準(zhǔn)。即常用的調(diào)校法失效了。而由（4）式可知，我們可以調(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，由于調(diào)零彈簧常在線性區(qū)域內(nèi)工作，所以在這里只討論通過改變反饋杠桿的有效長度來校驗(yàn)閥門定位器。我們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，即減小，L增大，行程也增大，反之， 可將反饋杠桿的有效長度增長，則其行程減小。因此，將此方法配合常用的調(diào)校法可增大行程變化范圍，易于閥門定位器的校準(zhǔn)。
用調(diào)反饋杠桿法來校準(zhǔn)閥門定位器的步驟如下：
a.輸入4mA.DC信號，按常用的調(diào)零法調(diào)零點(diǎn)；
b.輸入20mA.DC信號，按常用調(diào)量程法調(diào)節(jié)量程；
c.反復(fù)進(jìn)行a，b步；
d.若零點(diǎn)、量程無法校準(zhǔn)，調(diào)整閥桿上的銷釘以改變反饋杠桿的有效長度，使行程增大或減小，杠桿有效長度縮短，行程增大；反之，行程減小。
e.反復(fù)進(jìn)行以上步驟，直到零點(diǎn)、量程均達(dá)到要求即可。
4 結(jié)語
當(dāng)我們使用常用的調(diào)校方法校閥失敗時(shí)，可使用這種調(diào)反饋杠桿的方法進(jìn)行校閥，它是對常用法的補(bǔ)充和完善，若兩者結(jié)合使用，可使調(diào)整范圍更大。通過實(shí)際的使用證明這種方法是*可行的。當(dāng)然閥門在正常使用的量程應(yīng)選擇常用的調(diào)校方法，而只有在特殊要求調(diào)校時(shí)，才選用調(diào)反饋杠桿的方法。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有不銹鋼波紋管密封安全閥
