上海申弘閥門有限公司
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1 ZXP氣動調(diào)節(jié)閥控制原理引言
調(diào)節(jié)閥又名控制閥，調(diào)節(jié)閥的發(fā)展與工業(yè)生產(chǎn)過程的發(fā)展密切相關(guān)。計算機科學(xué)和自動化儀表等高新科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動了調(diào)節(jié)閥的發(fā)展。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展與控制裝置的廣泛應(yīng)用，調(diào)節(jié)閥也將開放、智能和更可靠，要求越來越強烈，使工業(yè)生產(chǎn)過程控制的功能更完善，精度更高和效果更明顯。
2 ZXP氣動調(diào)節(jié)閥控制原理工作原理
氣動調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。執(zhí)行機構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推力部件，以壓縮空氣為動力源，以氣缸為執(zhí)行器，并借助于電氣閥門定位器、轉(zhuǎn)換器、電磁閥、保位閥等附件去驅(qū)動閥門，實現(xiàn)開關(guān)量或比例式調(diào)節(jié)，接收工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的控制信號來產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動調(diào)節(jié)機構(gòu)動作，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)。氣動調(diào)節(jié)閥的特點就是控制簡單，反應(yīng)快速，且本質(zhì)安全，不需另外再采取防爆措施。
3 ZXP氣動調(diào)節(jié)閥控制原理執(zhí)行機構(gòu)
氣動薄膜式執(zhí)行機構(gòu)接受信號壓力后，根據(jù)其推桿動作方向的不同，可分為正作用式和反作用式兩種。
3.1 正作用式執(zhí)行機構(gòu)
當信號壓力增大時，執(zhí)行機構(gòu)的推桿向下動作，稱作正作用式執(zhí)行機構(gòu)。當其信號壓力從0.002~0.1MPa時，推桿的位置從零走到全行程。其信號壓力與推桿位移的特性如圖1-a所示。正作用式執(zhí)行機構(gòu)的動作原理如圖2-a所示。當信號壓力進入氣室時，在其膜片上產(chǎn)生一個推力，這樣使其推動部件位移，將彈簧壓縮，直到彈簧的反作用力與信號壓力在膜片上產(chǎn)生的推力相平衡。其平衡方程式為PS=KL
式中P---進入薄膜式的信號壓力；
S---波紋膜片的有效面積；
K---彈簧剛度；
L---執(zhí)行機構(gòu)的推桿位移。
故 從上式可以看出，當執(zhí)行機構(gòu)的型號規(guī)格確定后，其中P、K均為常數(shù)，則L∝P。
3.2 反作用式執(zhí)行機構(gòu)
當信號壓力增大時，執(zhí)行機構(gòu)的推桿向上動作的叫做反作用執(zhí)行機構(gòu)，如圖1-b、圖2-b所示。當信號壓力從0.02~0.1MPa時，推桿的位置從全行程走到零。其動作原理和正作用式執(zhí)行機構(gòu)一樣，只不過其信號壓力進入波紋膜片得下方，信號壓力增大時，波紋膜片向上移動。
4 ZXP氣動調(diào)節(jié)閥控制原理調(diào)節(jié)閥
調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式較多，包括直通單座調(diào)節(jié)閥、直通雙座調(diào)節(jié)閥、三通閥、角型調(diào)節(jié)閥、高壓調(diào)節(jié)閥、隔膜調(diào)節(jié)閥、小流量調(diào)節(jié)閥、蝶閥、球閥等。
4.1 調(diào)節(jié)閥對調(diào)節(jié)參數(shù)的調(diào)節(jié)
在自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中有被調(diào)參數(shù)、調(diào)節(jié)參數(shù)、干擾參數(shù)。調(diào)節(jié)參數(shù)是靠調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)的。當調(diào)節(jié)系統(tǒng)中出現(xiàn)干擾時，被調(diào)參數(shù)將偏離給定值，調(diào)節(jié)器命調(diào)節(jié)閥對調(diào)節(jié)參數(shù)進行調(diào)節(jié)，使被調(diào)參數(shù)回到給定值。
4.2 調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式
氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥閥分為正裝和反裝兩種。正裝時，閥芯向下位移，閥芯與閥座間的流通面積減小。反裝時，閥芯向下位移，閥芯與閥座間的流通面積增大。正裝與反裝時，閥芯與流通面積的關(guān)系如圖3所示。
5 ZXP氣動調(diào)節(jié)閥控制原理組合方式
從執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)的分析中可以看到，氣動執(zhí)行機構(gòu)有正作用式和反作用式兩種，調(diào)節(jié)閥有正裝和反裝兩種，故此，氣動執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)的兩種形式是由執(zhí)行機構(gòu)的正、反作用及調(diào)節(jié)閥的正、反裝綜合確定的。其組合方式有四種，如表1所示。
ZXP氣動調(diào)節(jié)閥控制原理主要技術(shù)參數(shù)
| 公稱通徑 DN(mm) | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | ||||||||||||||||||||||
| 閥座直徑 dn(mm) | 10 | 12 | 15 | 20 | 10 | 12 | 15 | 20 | 25 | 32 | 32 | 40 | 32 | 40 | 50 | ||||||||||||
| 額定流量 系數(shù)(KV) | 直線 | 1.8 | 2.8 | 4.4 | 6.9 | 1.8 | 2.8 | 4.4 | 6.9 | 11 | 17.6 | 17.6 | 27.5 | 17.6 | 27.5 | 44 | |||||||||||
| 等百分比 | 1.6 | 2.5 | 4.0 | 6.3 | 1.6 | 2.5 | 4.0 | 6.3 | 10 | 16 | 16 | 25 | 16 | 25 | 40 | ||||||||||||
| 額定行程 L | 16 | 25 | |||||||||||||||||||||||||
| 膜片有效面積 Ae(cm2) | 280 | 400 | |||||||||||||||||||||||||
| 公稱通徑 DN(mm) | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 | 200 | 250 | ||||||||||||||||||||
| 閥座直徑 dn(mm) | 65 | 65 | 80 | 65 | 80 | 100 | 125 | 125 | 150 | 150 | 200 | 250 | |||||||||||||||
| 額定流量 系數(shù)(KV) | 直線 | 69 | 69 | 110 | 69 | 110 | 176 | 275 | 275 | 440 | 440 | 690 | 1100 | ||||||||||||||
| 等百分比 | 63 | 63 | 100 | 69 | 100 | 160 | 250 | 250 | 400 | 400 | 630 | 900 | |||||||||||||||
| 額定行程 L | 40 | 60 | 100 | ||||||||||||||||||||||||
| 膜片有效面積Ae(cm2) | 600 | 1000 | 1600 | ||||||||||||||||||||||||
| 公稱壓力PN | MPa | 1.6，2.5，4.0，6.4(6.3)/2.0，5.0，11.0 | |||||||||||||||||||||||||
| Bar | 16，25，40，64(63)/20，50，110 | ||||||||||||||||||||||||||
| Lb | ANSI：Class150、Class300、Class600 | ||||||||||||||||||||||||||
| 固有流量特性 | 直線、等百分比 | ||||||||||||||||||||||||||
| 固有可調(diào)比(R) | 50:1 | ||||||||||||||||||||||||||
| 彈簧(信號)范圍 Pr(KPa) | 20～100、40～200、80～240、（ 20～60、60～100） | ||||||||||||||||||||||||||
| 氣源壓力 Ps（MPa） | 0.14/0.25/0.3 | ||||||||||||||||||||||||||
| 允許泄漏量 | 硬閥芯：Ⅳ級(10-4×Kv) 軟閥芯：Ⅵ級見 GB/T4213-92 | ||||||||||||||||||||||||||
| 工作 溫度 t(℃) | 常溫型 | -20～200、-40～250、-60～250 | |||||||||||||||||||||||||
| 散熱型 | 代號：S | -40～350、-60～350 | |||||||||||||||||||||||||
| 高溫型 | 代號：G | 350～550(選用高溫材料) | |||||||||||||||||||||||||
| 低溫型 | 代號：D | D0：-60～-100、D1：-100～-200、D2：-200～-250 | |||||||||||||||||||||||||
| 調(diào)節(jié)切斷型 | 代號：Q | -40～150(閥芯夾增強 PTFE) | |||||||||||||||||||||||||
注：①彈簧范圍：氣開式優(yōu)先選用40-200Kpa及80-240Kpa；氣閉式優(yōu)先選用20-100KPa及40-200Kpa，可選用其它彈簧范圍。
②工作溫度劃分是根據(jù)閥體材料的壓力-溫度等級、使用工況、閥門的密封件材料等綜合因素來劃分的，各國劃分是有細微區(qū)別的，甚至每個廠家因使用的材料不一也會導(dǎo)致溫度劃分不一樣。
□ ZXP氣動調(diào)節(jié)閥主要零件材料
| 零件名稱 | 材 料 |
| 閥體、閥蓋 | WCB(ZG230-450)WCC(ZG270-500)WC6(ZG15CrMo) CF8(304)CF8M(316)CF3(304L)CF3M(316L) |
| 閥芯、閥座 | 304(0Cr18Ni9)316(0Cr17Ni12Mo2)316L(00Cr17Ni14Mo2) 并堆焊司太萊合金 17-4PH(沉淀硬化型不銹鋼) |
| 填料 | PTFE(聚四氟乙烯)R.TFE(增強聚四氟乙烯)Grafoil(柔性石墨) |
| 密封墊片 | XB350(石棉橡膠板)、PTFE、柔性石墨夾金屬 |
| 膜蓋 | A3(Q235 鍍漆或噴塑)304(特殊情況下采用) |
| 波紋膜片 | 丁腈橡膠夾增滌綸織 |
| 彈簧 | 60Si2Mn 50CrVA |
| 閥桿 | 304 316 316L 17-4PH |
注：可根據(jù)工況選用其它材料
□ZXP氣動調(diào)節(jié)閥控制原理閥蓋型式
□ ZXP氣動調(diào)節(jié)閥控制原理型號編制說明
ZXP-□□K(B)
Z：執(zhí)行器大類， X：新系列 P：單座調(diào)節(jié)閥
-□□：壓力級別： 如 16：1.6MPa K(B)氣開(關(guān))式
ZXPQ-□□K(B) Q：調(diào)節(jié)切斷型
ZXP-□□K(B)G G：高溫型
ZXP-□□K(B)W W：波紋管密封型
ZXP-□□K(B)J J：夾套保溫型
ZXP-□□K(B)D D：低溫型
ZXP-□□K(B)S S：散熱型
備注：按國產(chǎn)調(diào)節(jié)閥統(tǒng)設(shè)標準編制，言簡意明，避免市場上型號混亂，人為造成選型、采購、使用困難。
□ ZXP氣動調(diào)節(jié)閥允許壓差
1.氣開式 單位：MPa
| 膜片有效面積 Ae(cm2) | 280 | 400 | 600 | 1000 | ||||||
| 信號范圍 Pr(KPa) | 20-100 | 40-200 | 20-100 | 40-200 | 20-100 | 40-200 | 20-100 | 40-200 | ||
| 氣源壓力 Ps(MPa) | 0.14 | 0.25 | 0.14 | 0.25 | 0.14 | 0.25 | 0.14 | 0.25 | ||
| 需配附件 | - | P | - | P | - | P | - | P | ||
| 公 稱 通 徑 DN (mm) 及 閥 座 直 徑 dn (mm) | 20 | 10 | 5.35 | 6.40 | ||||||
| 12 | 3.72 | 6.40 | ||||||||
| 15 | 2.38 | 5.55 | ||||||||
| 20 | 1.34 | 3.12 | ||||||||
| 25 | 25 | 0.86 | 2.00 | |||||||
| 32 | 32 | 0.75 | 1.74 | |||||||
| 40 | 25 | 1.22 | 2.85 | |||||||
| 32 | 0.75 | 1.74 | ||||||||
| 40 | 0.48 | 1.11 | ||||||||
| 50 | 32 | 0.75 | 1.74 | |||||||
| 40 | 0.48 | 1.11 | ||||||||
| 50 | 0.31 | 0.71 | ||||||||
| 65 | 65 | 0.27 | 0.63 | |||||||
| 80 | 50 | 0.46 | 1.07 | |||||||
| 65 | 0.27 | 0.63 | ||||||||
| 80 | 0.18 | 0.42 | ||||||||
| 100 | 65 | 0.27 | 0.63 | |||||||
| 80 | 0.18 | 0.42 | ||||||||
| 100 | 0.11 | 0.23 | ||||||||
| 125 | 125 | 0.12 | 0.28 | |||||||
| 150 | 100 | 0.19 | 0.44 | |||||||
| 125 | 0.12 | 0.26 | ||||||||
| 150 | 0.09 | 0.20 | ||||||||
| 200 | 125 | 0.12 | 0.28 | |||||||
| 150 | 0.09 | 0.20 | ||||||||
| 200 | 0.05 | 0.11 | ||||||||
注：① P：閥門定位器(氣開式帶不帶定位器是不影響允許壓差的)
② 對于 ZXPW 型單座波紋管密封調(diào)節(jié)閥，最大允許壓差為 1.0MPa，表中數(shù)據(jù)若數(shù)值小于1.0MPa 則不變， 若數(shù)值大于1.0MPa，則取值1.0MPa
③ 允許壓差僅僅指按標準執(zhí)行機構(gòu)配置的數(shù)值，可根據(jù)具體工況條件另配執(zhí)行機構(gòu)來滿足使用要求
④ 同一閥門選用 80-240Kpa 彈簧其允許壓差是 40-200Kpa 彈簧允許壓差的 2 倍，由以上數(shù)據(jù)可知，氣開式單座調(diào)節(jié)閥盡量使用 40-200Kpa 彈簧或 80-240Kpa 彈簧
⑤ 以上數(shù)據(jù)是根據(jù)閥關(guān)閉時，閥后壓力 P2=0 時的計算值，在調(diào)節(jié)時允許壓差更大
6 ZXP氣動調(diào)節(jié)閥控制原理使用管理
操作是否正常，與調(diào)節(jié)閥的質(zhì)量及產(chǎn)生故障后的維修工作有很大的關(guān)系。由于調(diào)節(jié)閥的質(zhì)量原因，產(chǎn)生的故障多種多樣。而某一種故障的出現(xiàn)，也可能有不同的原因。
6.1 氣動執(zhí)行機構(gòu)主要故障元件
（1）膜片。對于薄膜式氣動機構(gòu)來說，膜片是最重要的元件。在氣源系統(tǒng)正常工作的情況下，如果執(zhí)行機構(gòu)不動作，首先應(yīng)想到膜片是否安裝好，是否破裂。當金屬接觸面有尖角、毛刺等缺陷時，會把膜片扎破，而膜片絕對不能有泄漏。另外，如果膜片使用時間過長，因橡膠材料老化也會影響性能。
（2）彈簧。彈簧是調(diào)節(jié)閥的主要調(diào)節(jié)元件。如果制造、熱處理、材料選擇不當，會使彈簧疲勞或斷裂。有引起彈簧在過大的載荷作用下，可能會產(chǎn)生斷裂。
（3）接氣管路。這是輸入氣壓通向執(zhí)行機構(gòu)的通路，不能泄漏。因此，要經(jīng)常檢查是否泄漏。
（4）推桿。這是確保有足夠的行程來關(guān)閉調(diào)節(jié)閥。如推桿有彎曲、變形、會影響調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)性能。
6.2 調(diào)節(jié)閥的主要故障元件
（1）閥芯：它是調(diào)節(jié)閥起調(diào)節(jié)作用和密封作用的活動元件，直接與介質(zhì)接觸，易受介質(zhì)的沖刷和腐蝕、磨蝕。在高壓差情況下更易損壞。所以要檢查它的磨損、沖刷及腐蝕情況，是否需要維修和更換。
（2）閥座：閥座密封面是保證閥門密封的關(guān)鍵部位。受介質(zhì)的沖刷、磨損和腐蝕，要檢查閥座的損壞情況。
（3）閥桿：閥桿與閥芯、推桿的連接，直接影響調(diào)節(jié)閥的性能。因此要檢查閥桿與閥芯、推桿的連接質(zhì)量，以及閥桿本身有無彎曲、變形。
（4）填料：檢查填料是否老化、缺油，填料是否壓緊。
（5）墊片及O形圈：墊片和O形圈是否老化變硬，影響密封性能。
6.3 ZXP氣動調(diào)節(jié)閥控制原理閥門定位器元件故障
（1）閥位行程傳感器失調(diào)造成調(diào)節(jié)閥閥位失調(diào)。閥位傳感器為一精密多圈電阻，內(nèi)置于閥桿套筒內(nèi)，由緊固件和閥桿相連，作用是輸出閥位反饋信號。當閥行程傳感器的緊固件松動后，會使閥行程零位時閥位傳感器的精密多圈電阻值超出正常范圍（正常為1950~2050Ω），造成調(diào)節(jié)閥閥位失靈，無法完成手/自動校準程序，閥位自動運動到全開/全關(guān)位置。對發(fā)生連接緊固件松動故障的定位器處理方法為：拆下，把反饋臂定位在零位，用萬用表測量閥位傳感器的精密多圈電阻值，調(diào)整閥位傳感器的連接軸，使萬用表指示在1950~2050Ω，然后鎖定連接軸，安裝閥行程傳感器緊固件和閥桿相連，問題得以解決。
（2）氣源不干凈致使閥門定位器內(nèi)部氣路堵塞造成調(diào)節(jié)閥閥位失調(diào)。對于發(fā)生氣路堵塞故障的處理方法為：拆下閥門定位器，對其氣路部分進行清洗，保證氣路暢通，問題得以解決。
（3）I/P轉(zhuǎn)換部件問題造成調(diào)節(jié)閥閥位失調(diào)。當I/P轉(zhuǎn)換部件燒毀時，閥門定位器氣動中繼器就無法感受噴嘴所送出的壓力變化，也就無法去閥位進行調(diào)節(jié)。由于I/P部件問題導(dǎo)致閥位失調(diào)的情況，更換I/P部件得以解決。
（4）反饋臂脫落造成調(diào)節(jié)閥閥位失調(diào)。對反饋臂脫落情況的處理方法：在零信號位置，對應(yīng)實際閥位將反饋臂重新緊固便能解決問題。
7 ZXP氣動調(diào)節(jié)閥控制原理結(jié)束語
依據(jù)工作原理，結(jié)合自動化儀表管理工程一線的運管實際經(jīng)驗，根據(jù)真實的工程需求，總結(jié)調(diào)節(jié)閥故障處理技術(shù)。
