氣動薄膜式調節(jié)閥保位設計方案

重要控制回路在故障時的保位一直是一個重要的問題，隨著工程技術的發(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現(xiàn)作一探討。 一般來說，我們在選擇氣動薄膜調節(jié)閥時，都要先確定選氣開還是氣閉，這就是選擇調節(jié)閥斷氣時的保護位置，如果工藝要求斷氣時閥門打開，則選擇常開(氣閉)式調節(jié)閥，反之則選擇常閉(氣開)式調節(jié)閥。這只是一個粗淺的方案，如果工藝要求斷氣、斷電、斷信號的三斷保護，則調節(jié)閥就需要配HMT三通調節(jié)閥置一些附件來組成一個保護系統(tǒng)才能實現(xiàn)控制要求，這些附件主要有保位閥、電磁閥、氣罐等。以下是單作用氣動薄膜調節(jié)閥和雙作用氣動調節(jié)閥的兩種保位方案。本方案主要由氣動調節(jié)閥、電-氣閥門定位器、失電(信號)比較器、單電控電磁換向閥、氣動保位閥、閥位信號返回器等組成，其工作原理如下：

1、斷氣源：當控制系統(tǒng)氣源故障(失氣)時，氣動保位閥自動關閉將定位器的輸出信號壓力鎖定在氣動控制閥的膜室內，輸出信號壓力與控制閥彈簧產生的反力相平衡，氣動控制閥的閥位保持在故障位置。該保位閥應設定在略低于氣源的最小值時啟動。

2、斷電源：當控制系統(tǒng)電源故障(失電)時，失電(信號)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的滑閥在復位彈簧的作用下滑動，電磁閥換向，將氣動保位閥的膜室壓力排空，氣動保位閥關閉，將定位器的輸出信號壓力鎖定在氣動控制閥的膜室HPAS高壓單座角閥內，輸出信號壓力與控制閥彈簧產生的反力相平衡，氣動控制閥的閥位保持在故障位置。

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

本方案的優(yōu)點：“三斷”保護啟動時，系統(tǒng)反應較快，動作迅速。整體造價比較便宜。

    1 氣動薄膜式調節(jié)閥保位設計方案保位的要求

    在工程實踐中，當遇到氣、電故障時，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，生產的連續(xù)性也是考慮的一個重要方面。

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

本方案的缺點：電磁閥長期帶電，影響使用壽命。配用附件較多，安裝、調試復雜一些，閥位反饋需另配閥位信號返回器，在配用手輪的情況下，比較復雜。氣動調節(jié)閥就是由閥體(座閥/截止閥)和氣動執(zhí)行機構組裝而成，以壓縮氣體為動力源氣動執(zhí)行機構接受氣動控制器或閥門定位器輸出的氣壓信號，并將其轉換成相應的推桿直線位移，以推動氣動調節(jié)閥動作。實現(xiàn)開關量或比例式調節(jié)，接收工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的控制信號來完成調節(jié)管道介質的：流量、壓力、溫度等各種工藝參數(shù)，為進一步滿足用戶工況要求，以多年的設計、生產及現(xiàn)場使用經(jīng)驗為基礎，結合設計理念，自主研發(fā)的新一代高性能產品。將產品的品質，性能、壽命，維護，外觀和成本等納入設計的核心，具有控制精確、響應快速、關閉嚴密、結構緊湊、維護簡單、壽命長、成本低等特點。

氣動薄膜式調節(jié)閥保位設計方案附件配置：

1.減壓閥：降低控制氣源壓力，以適宜執(zhí)行機構的工作壓力，

2.過濾器：濾去壓縮空氣中的水和其它雜質，保證進入電/氣轉換器定位器以及執(zhí)行機構的壓縮空氣的清潔。許多產品是減壓閥和過濾器一體化設計，

3.定位器：是閥位控制的核心部件，對調節(jié)閥的閥位進行精確控制，

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

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

    2 氣動薄膜式調節(jié)閥保位設計方案的保位分析 

    2.1 閥門在斷電時的保位

    本文著重討論的是氣動閥的保位問題，但電動閥的保位亦需在此一提。電動控制閥由電動執(zhí)行機構進行控制，當斷電時，電機停轉，電動執(zhí)行機構停止運動，閥門也便保持在故障時的位置。所以要求保位的場合，電動閥一般都能實現(xiàn)。需要注意的是，電動閥只具有故障保位的功能，而不具有故障時閥開或故障時閥關的功能。 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。當斷電時，電磁閥關閉，定位器和薄膜頭間的氣路被切斷，氣便被封閉在薄膜頭內，從而使閥位保持不變。

    （2）用智能定位器（SMART POSITIONER）

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

    2.2 氣動薄膜式調節(jié)閥保位設計方案閥門在斷氣時的保位

    （1）氣動薄膜閥的保位

    工程上的保位一般就是指斷氣時的保位（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構，在斷氣的情況下，彈簧動作，將閥鎖閉，從而實現(xiàn)氣路的切斷。保位閥可安裝在薄膜頭與定位器之間，當氣源壓力低于規(guī)定值時，該閥自動關閉，將信號用氣封閉在膜頭內，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，當氣源斷掉時，雙作用氣缸不動作，不裝保位閥即可實現(xiàn)保位。但在工程實際應用中，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，只能短時維持氣壓穩(wěn)定，如果要求較長時間的閥位穩(wěn)定，則必須設置小型儲氣罐以保持較長時間的供氣。

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

對于氣動薄膜調節(jié)閥的保位方案，還有一個可供參考：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，在斷氣時用保位閥來保位，在斷信號時，用電磁閥來保位，不過，電磁閥必須與定位器進行連鎖（在控制程序中設定），即定位器有信號，電磁閥必有電，定位器一旦失信號，自力式差壓調節(jié)閥電磁閥必須立即斷電。

    3 氣動薄膜式調節(jié)閥保位設計方案結論

    由以上分析可以得出以下結論：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現(xiàn)保位功能，在斷氣不斷電的情況下，可用保位閥實現(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，可同時用二通電磁閥和保位閥。

    為減少在現(xiàn)場安裝時的不必要麻煩，可由閥門生產廠家完成系統(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注明Fail to lock（故障時保位）即可。

氣動調節(jié)閥就是由閥體(座閥/截止閥)和氣動執(zhí)行機構組裝而成，以壓縮氣體為動力源氣動執(zhí)行機構接受氣動控制器或閥門定位器輸出的氣壓信號，并將其轉換成相應的推桿直線位移，以推動氣動調節(jié)閥動作。實現(xiàn)開關量或比例式調節(jié)，接收工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的控制信號來完成調節(jié)管道介質的：流量、壓力、溫度等各種工藝參數(shù)，為進一步滿足用戶工況要求，以多年的設計、生產及現(xiàn)場使用經(jīng)驗為基礎，結合設計理念，自主研發(fā)的新一代高性能產品。將產品的品質，性能、壽命，維護，外觀和成本等納入設計的核心，具有控制精確、響應快速、關閉嚴密、結構緊湊、維護簡單、壽命長、成本低等特點。