> 儀器知識(shí) > 維修保養(yǎng) > 氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的選型及安裝調(diào)節(jié)閥須注意 氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥維修保養(yǎng)隨著我國(guó)有色行業(yè)的迅猛發(fā)展，氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、使用可靠、防火防爆等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于氧化鋁的生產(chǎn)過(guò)程。而作為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)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(chǔ)，詳細(xì)敘述氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的工作原理、選型過(guò)程、安裝及維修。
氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥
氣動(dòng)執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括：氣動(dòng)薄膜、氣動(dòng)活塞、氣動(dòng)長(zhǎng)行程三種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為：閥、閘板、調(diào)節(jié)閥等，有直、角行程 2 種。
工作原理：當(dāng) 0.2~1kg/cm2 時(shí)的信號(hào)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(hào)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(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程。正作用式：當(dāng)薄膜氣室的信號(hào)壓力為零時(shí)，推桿部件位于下方，當(dāng)薄膜氣室內(nèi)輸人信號(hào)壓力時(shí)，使推桿部件向下移動(dòng);反作用式：當(dāng)薄膜氣室的信號(hào)壓力為零時(shí)，推桿部件位于上方，當(dāng)薄膜氣室內(nèi)輸人信號(hào)壓力時(shí)，使推桿部件向上移動(dòng)。
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(diào)節(jié)質(zhì)量和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，與被調(diào)參數(shù)和設(shè)備對(duì)象，工藝流程有關(guān)。
1、理想流量特性調(diào)節(jié)閥兩端壓差不變時(shí)相對(duì)流量與相對(duì)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(diào)節(jié)閥的流量及閥桿行程;f 為閥芯系數(shù);Qmax、L 為調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)的zui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、工作流量特性分析調(diào)節(jié)閥前后端壓差變化情況下得到的流量特性。分為直線特性、對(duì)數(shù)特點(diǎn)、拋物線特性等。拋物線特性介于直線和對(duì)數(shù)之間。經(jīng)計(jì)算、分析，直線特性調(diào)節(jié)閥工作在小開(kāi)度時(shí)調(diào)節(jié)性強(qiáng)，相對(duì)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(tǒng)振蕩，而在大開(kāi)度時(shí)，相對(duì)變化率下，調(diào)節(jié)性能弱，太遲鈍，大的干擾不能很快克服;對(duì)數(shù)特性是指單位開(kāi)度變化所引起的相對(duì)流量變化值與此點(diǎn)相對(duì)流量成正比.經(jīng)計(jì)算、分析，對(duì)數(shù)閥在小開(kāi)度時(shí)放大倍數(shù)小，緩和平衡，利于操作控制，而在大開(kāi)度時(shí)放大倍數(shù)大，工作能靈敏有效，是zui常用的閥門。
3、 流量特性選擇規(guī)則工業(yè)生產(chǎn)中常用的調(diào)節(jié)閥如直線、對(duì)數(shù)、快開(kāi)特性，一般選取直線、對(duì)數(shù)特性即可滿足工藝調(diào)節(jié)要求，快開(kāi)特性適應(yīng)于二位調(diào)節(jié)，對(duì)于比較難控制和要求較嚴(yán)的對(duì)象，從以下幾個(gè)方面考慮：
a、用調(diào)節(jié)閥的非線性去補(bǔ)償過(guò)程的非線性，使系統(tǒng)總的增益變化較小，穩(wěn)定;
b、工藝管道情況，考慮工藝管道阻力情況;
c、適應(yīng)系統(tǒng)的負(fù)荷波動(dòng);
d、考慮調(diào)節(jié)閥的工作條件和使用壽命;
e、調(diào)節(jié)閥工作特性改善。
3 流量能力 C 值的計(jì)算方法和調(diào)節(jié)閥口徑的確定
C 值的定義：我國(guó)規(guī)定在調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥門的流體 m3數(shù)值，表示流通能力 C 值的大小(以氧化鋁料漿為例。)
調(diào)節(jié)閥壓差：S=ΔP/(∑ΔPF+ΔP)
式中，ΔP 為調(diào)節(jié)閥差壓;∑ΔPF 為zui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 為閥門前后壓差;r 為重度。
C 值的選取和公稱通徑 Dg 及閥座直徑 dg 的確定，由工藝提供的zui大流量和對(duì)應(yīng)的zui小壓差。計(jì)算出 Cmax，便可選取合適的閥。
4 氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥應(yīng)用實(shí)例
沉降工段負(fù)責(zé)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(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)流量。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工藝環(huán)境或計(jì)算，氣動(dòng)閥采用了美國(guó) FISHER-ROSEMOUNT 公司生產(chǎn)的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，由閥門定位器和調(diào)節(jié)閥組成。閥門定位器采用了位移式氣動(dòng)閥門定位器，其負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。見(jiàn)圖 1。
圖 1 沉降料漿閉環(huán)系統(tǒng)
圖中 A 為波紋管的有效面積;C 為測(cè)量組件的剛度;K 為三級(jí)功率放大器的放大倍數(shù);KL 為輸人信號(hào)傳動(dòng)杠桿比;KF 為反饋信號(hào)傳動(dòng)杠桿比;KV/(TVs+1) 是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的傳遞函數(shù)，是一個(gè)一階周期環(huán)節(jié)，KV 為調(diào)節(jié)的放大系數(shù)，與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的薄膜有效面積和彈簧剛度及調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān);TV 為調(diào)節(jié)閥的時(shí)間常數(shù)，也與氣室大小等因素有關(guān)。
上述負(fù)反饋系統(tǒng)中，閥桿輸出位移 Y 與輸人的調(diào)節(jié)器壓力領(lǐng)信號(hào) P 之間的傳遞函數(shù)：
W(s)=Y/P≈AEKL/CKF
AE、KL、C、KF 一定時(shí)，Y 與 P 之間成一一對(duì)應(yīng)的比例關(guān)系。也就是說(shuō)，通過(guò)電一氣閥門定位器的電氣轉(zhuǎn)換，定位器接受來(lái)自調(diào)節(jié)器或控制系統(tǒng)的電流信號(hào)(4~20mA)，這個(gè)信號(hào)改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的壓力 P，使閥門的位置達(dá)到給定值 Y，從而達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。
4.1 調(diào)節(jié)閥反向動(dòng)作和流量特性在應(yīng)用過(guò)程中，由于生產(chǎn)需要將一臺(tái)氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥改成氣開(kāi)式調(diào)節(jié)器，在以前就需將閥芯反裝，或采用反作用式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在現(xiàn)場(chǎng)改裝比較麻煩，而且需有一定的備品才行。采用閥門定位器后，正作用定位器的輸人信號(hào)從 20~100kPa 變化時(shí)，它的輸出信號(hào)從 20~100kPa 變?yōu)?100~20kPa 即可。具體結(jié)構(gòu)中，用到一個(gè)凸輪和兩個(gè)噴嘴。左噴嘴用以實(shí)現(xiàn)正作用，右噴嘴實(shí)現(xiàn)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(jī)構(gòu)的配置當(dāng)氣源信號(hào)或電信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí)，或者當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)動(dòng)手輪維持調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)功能;另一方面，這種機(jī)構(gòu)也可作為調(diào)節(jié)閥行程的限位器，當(dāng)信號(hào)壓力為零時(shí)，調(diào)節(jié)閥不是全開(kāi)就是全關(guān)，如果工藝過(guò)程要求調(diào)節(jié)閥有少量的流量，可利用手輪來(lái)達(dá)到目的。手輪機(jī)構(gòu)有頂裝式和側(cè)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(cè)裝式可以根據(jù)工藝的要求安在左或右側(cè)實(shí)現(xiàn)限位?？傊?，手動(dòng)機(jī)構(gòu)可提高調(diào)節(jié)閥運(yùn)行的可靠性，特別是調(diào)節(jié)閥臺(tái)增設(shè)旁路，使用口徑較大的調(diào)節(jié)閥時(shí)，使用手輪機(jī)構(gòu)從投資費(fèi)用或占地面積都很合算。所以自動(dòng)操作完成正常和執(zhí)行機(jī)構(gòu)無(wú)故障時(shí)，由于不使用手動(dòng)機(jī)構(gòu)，為此經(jīng)常要加油防銹。
(1)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥應(yīng)安裝在便于維護(hù)、修理的地方。
(2)當(dāng)選定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑與工藝管徑不同時(shí)應(yīng)加裝異接頭進(jìn)行連接。
(3)安裝在有振源的場(chǎng)合，應(yīng)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(rèn)真清洗管道內(nèi)焊渣和其它雜物，在安裝后，應(yīng)將閥芯處于zui大開(kāi)度，并對(duì)管道和閥再一次清洗，以防雜物卡住和損傷節(jié)流件。
氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)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(duì)企業(yè)的節(jié)能降耗有著可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥在運(yùn)行使用中，會(huì)有各種工藝介質(zhì)流經(jīng)自動(dòng)閥，其中有工藝原料的塊狀物質(zhì)、蒸汽沖刷來(lái)的泥沙、石塊、鐵屑、鐵皮，還有儀表安裝和技改中焊接、氣割掉入管道的焊渣等。這些異物和阻流物質(zhì)，對(duì)自動(dòng)閥的正常工作和精度影響較大，久而久之，會(huì)形成堵塞、卡死。
現(xiàn)場(chǎng)一般采取如下措施：
1、卡塞
(1)清洗法。這種方法適合用在工藝停車檢修時(shí)。需要拆卸調(diào)節(jié)閥清理，去除污垢和異物。值得注意的是，拆卸時(shí)，一定要把壓縮空氣關(guān)閉，以免造成不必要的傷害。儀表的密封墊和密封圈可以也同時(shí)更換。
(2)利用沖刷法。這種方法在現(xiàn)場(chǎng)使用的較多。當(dāng)調(diào)節(jié)閥堵塞時(shí)，通常是先詢問(wèn)工藝主任或OCC人員，是否可以反復(fù)開(kāi)關(guān)自動(dòng)閥，利用現(xiàn)有的工藝介質(zhì)的流動(dòng)壓力來(lái)達(dá)到?jīng)_洗的目的。如現(xiàn)有的介質(zhì)和工況不適合，也可以在條件滿足的情況下，用外來(lái)的蒸汽或者有一定壓力的水進(jìn)行沖洗。沖洗時(shí)，注意閥門的開(kāi)度控制在適當(dāng)位置。
(3)裝設(shè)過(guò)濾器過(guò)濾。在工藝管道上裝設(shè)過(guò)濾器也是儀表自動(dòng)閥維護(hù)的常用措施。尤其是工藝上十分重要和口徑較小的調(diào)節(jié)閥多用此方法，可以確保自動(dòng)閥的開(kāi)度正常，工況穩(wěn)定。
2、內(nèi)漏
調(diào)節(jié)閥的閥座內(nèi)進(jìn)入較小的鐵渣和硬物，長(zhǎng)期停留不能排出時(shí)，其閥墊、密封圈和閥芯都會(huì)受到不同程度的破壞，影響調(diào)節(jié)閥的滲漏能力。特別是對(duì)反應(yīng)釜制氫工藝的高壓管線的自動(dòng)閥，一點(diǎn)點(diǎn)的破壞甚至劃痕都會(huì)造成內(nèi)漏，影響安全生產(chǎn)。
(1)研磨。選擇相應(yīng)的粗砂和細(xì)砂對(duì)自動(dòng)閥的閥墊和閥芯進(jìn)行研磨，提高閥墊和閥芯的接觸密封面的光滑度和嚙合度。若調(diào)節(jié)閥使用在高壓系統(tǒng)，則需對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行打壓試驗(yàn)后，再正常使用。
(2)增強(qiáng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)密封。通過(guò)此方法可以保證調(diào)節(jié)閥的關(guān)閉嚴(yán)實(shí)，密封可靠。通常采用移動(dòng)彈簧的工作范圍、選用大動(dòng)力源的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和選取小剛度的彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3、外漏
調(diào)節(jié)閥的填料不按期更換，自動(dòng)閥鎖緊裝置的螺絲因振動(dòng)而松動(dòng)，包括剛檢修過(guò)后的調(diào)節(jié)閥底座螺絲沒(méi)校緊或用力不均勻都會(huì)造成調(diào)節(jié)閥的外漏?？梢圆捎萌缦罗k法：
(1)更換新填料來(lái)增強(qiáng)閥桿的密封，也可以選取密封油脂對(duì)閥桿進(jìn)行密封。
(2)可以適當(dāng)使用高密封性的金屬纏繞墊或者四氟填料，尤其蒸汽調(diào)節(jié)閥，必須選用金屬加石墨的纏繞墊。
(3)采用透鏡墊來(lái)密封上、下蓋，若閥座和閥體的密封是平面密封，建議選用透鏡墊密封，效果顯著。
4、調(diào)節(jié)閥控制不穩(wěn)
導(dǎo)致控制不穩(wěn)的原因很多，如選型設(shè)計(jì)不合理，閥門口徑選的過(guò)小或過(guò)大;OCC工藝操作人員使用不當(dāng)，儀表和工藝參數(shù)設(shè)置不合理;組態(tài)失誤而沒(méi)有進(jìn)行調(diào)試;工藝介質(zhì)壓力增大、流量不穩(wěn)定等;有時(shí)候是這幾種因素共同作用導(dǎo)致的結(jié)果。
經(jīng)常采取以下具體方法：
(1)選擇合適的閥門口徑。若考慮到經(jīng)濟(jì)性和時(shí)間，也可以考慮選用合適的變徑來(lái)增大或縮小調(diào)節(jié)閥與工藝管道的連接管徑。
(2)對(duì)PID值進(jìn)行合理的設(shè)置，并經(jīng)過(guò)實(shí)際的調(diào)試運(yùn)行合格后，投入使用。
(3)加強(qiáng)調(diào)節(jié)閥運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛度，以緩解調(diào)節(jié)閥的振動(dòng)。
(4)調(diào)整調(diào)節(jié)閥的結(jié)果類型，避免共振現(xiàn)象的發(fā)生。
氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、動(dòng)作靈敏、流體通道呈～流線型、壓降損失少、閥容量大、流量特性精確、拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于精確控制氣體、液體、蒸汽等介質(zhì)，工藝參數(shù)如壓力、流量、溫度、液位保持在給定值。
氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的特點(diǎn)有以下9點(diǎn)如下：
1、氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入輸出特性呈現(xiàn)線性關(guān)系，既輸出位移量與輸入信號(hào)壓力之間成線性關(guān)系。輸出的位移稱行程，由行程顯示板顯示。一些反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)還在膜盒上部安裝閥位顯示器，用于顯示閥位。國(guó)產(chǎn)氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程有10mm、16mm、25mm、40mm、60mm和100mm等六種規(guī)格。
2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的膜片有效面積與推力成正比，有效面積越大，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力也越大。
3、正、反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)基本相同，由上膜蓋、下膜蓋、薄膜膜片、推桿、彈簧、調(diào)節(jié)件、支架和行程顯板等組成。
4、正、反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入信號(hào)在膜盒下部，引出的推桿也在下部，由于薄膜片的良好密封，因此，在閥桿引出處不需要進(jìn)行密封。
5、可通過(guò)調(diào)節(jié)件的調(diào)整，改變彈簧初始力，從而改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力。
6、氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥可添加自鎖裝置，實(shí)現(xiàn)控制閥的自鎖和保位。
7、可添加閥門定位器，實(shí)現(xiàn)閥位檢測(cè)和反饋，提高控制性能。
8、氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥可添加位移轉(zhuǎn)換裝置，使直線位移轉(zhuǎn)換為角位移，用于旋轉(zhuǎn)閥體。
9、氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥可添加手輪機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制失效時(shí)采用手輪進(jìn)行降級(jí)操作，提高系統(tǒng)可靠性。
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