上海沪工阀门厂(集团)有限公司

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摘要:简要分析了调节阀的结构、运动机理,在对常规安装程序及调校方法分析的基础上,给出了经过数模推定的、能够弥补常规方法不足的行之有效新方法。

关键词调节阀机理安装调校

一、引言

调节阀是工业生产中非常常用和特别重要的控制设备,它工作正常与否直接关系到整个装置的生产,尤其是化工行业表现得尤为突出。目前,随着调节阀技术的日新月异,调节阀的形式、品种繁多,功能各异。不同形式、不同功能的调节阀安装、调校的方式与关键控制点都各不相同,本文就现代化生产上常用的调节阀的安装、调校做一简析。

二、调节阀的安装

调节阀的正确安装非常重要,安装的好坏是关系到操作性能、安全程度、成本高低的头等大事。调节阀必须严格按照工艺及控制系统要求进行安装,一旦阀门产生故障将导致火灾、爆炸、中毒等严重事故和人身伤害,后果是相当严重的。现以气动阀为安装实例,介绍安装程序及要点:

1、安装前检验

调节阀安装前,进货检验是一个非常重要的环节,以确认调节阀到货情况是否满足设计、工艺和规范要求。进货检验着重以下儿项内容:

(1)阀休、阀内件规格检验:阀型号、阀形式、公称直径、阀座尺寸、阀芯型式、阀体材质、阀芯材质、阀座材质、流量特性、泄漏等级、Cv 值、法兰标准等级尺寸及密封型式等指标,只要其中一项内容不合要求均应征得设计的确认。

(2)执行机构检验:执行机构型号、型式、作用方式、弹簧范围、供气压力等。

(3)定位器检验:定位器的输入信号、气源压力、防爆等级、电气和气源接口尺寸等,其中,防爆等级不得低于设计等级。

(4)附件检验:根据调节阀的设计技术要求仔细清理各项附件,如过滤减压阀、阀位开关、电磁阀、手轮机构、专用工具等。

以上各项内容的检验可以通过视觉、清理、计量器具、查看铭牌以及专用检测手段(如法兰及螺栓材质可通过光潜分析来鉴别)等方法来实现。

2、安装原则

(1)气动调节阀安装位置,距地面要有一定高度,阀的上、下要留有一定的空间,以便进行阀的拆卸和修理。对于装有气动阀门定位器和手轮的调节阀,必须保证操作、观察和调整方便。

(2)调节阀应安装在水平管道,相对于管道上、下垂直,一般要在阀的下端加支撑,保证稳定可靠。对于特殊场合,需要调节阀水平安装在竖直的管道上时,也应将阀体进行支撑。安装时,要避免给调节阀带来附加应力,如管道与阀体不同心或法兰不平行等。

(3)调节阀前后位置应有直管段,直管段长度不小于 10 倍的管道直径(10D),以避免阀的直管段太短而影响流量特性。

(4)调节阀的口径与工艺管道不同时,应采用异径管连接。小口径调节阀安装时,可采用螺纹连接。阀体上流体方向箭头与流体方向一至。

(5)阀要加旁通管道,目的是便于切换或手动操作,可在不停车情况下对调节阀进行维护或检修。

(6)一般调节阀工作环境温度在 -30~+60℃,相对湿度不大于 95%.所以,安装时应注意离开高、低温辐射源(高、低温管道,加热炉等)。因调节阀的薄膜和密封环等橡胶制品零件,在低温时易硬化变脆、高温时易老化。

(7)调节阀在安装前要彻底清除管道内异物,如污垢、焊渣等。安装后用常温水进行试验,实验时应将阀全部打开或旁通阀打开。试运行时应注意阀体与管道连接处的密封性能。

3、安装形式及方位

调节阀安装位置比较图(图 1)
图 1 调节阀安装位置比较图

调节阀的安装通常情况下有一个调节阀组,即,上游阀、旁路阀、下游阀和调节阀。图 1 给出了调节阀常用的六种组合形式,并对各自的特点进行了说明。

应注意的是切断阀(上游阀、下游阀)和旁路阀的安装要靠近三通,以减小死角。

通常调节阀要求垂直安装。在满足不了垂直安装时,对法兰用四个螺栓固定的调节阀可以有向上倾斜 45 度、向下倾斜 45 度、水平安装和向下垂直安装四个位置。对法兰用 8 个螺栓固定的调节阀则可以有 9 个安装位置,分别相隔 22.5 度。

在这些安装位置中,最理想的是垂直向上安装,应该优先选择;向上倾斜的位置为其次(依次是:22.5 度、45 度、67.5 度);向下垂直安装为再次位置;最差的位置是水平安装,它与接近水平安装的向下倾斜 67.5 度,此位置一般不采纳。

三、调节阀的调校

新安装的气动调节阀安装之前应进行单体调校,调校应达到的性能指标为:

基本误差:±1.5%;回程误差:1.5%;不灵敏区:0.6%。

阀门定位器作为气动调节阀的工具,对调节阀的使用起着决定性作用,定位器调校质量的好坏直接影响调节阀的使用。阀门定位器与阀门配套使用,组成一个闭环控制系统。该系统主要由磁电组件、零位弹簧、挡板、气动功率放大器、调节阀、反馈杠杆、量程调节机构、反馈弹簧等组成。其系统方框图如图 2 所示图中。

系统框图(图 2)
图 2 系统框图

图中:K0——零位弹簧弹性系数;K4——反馈弹簧弹性系数;K1, K2, K3, K5, K6, Kv——磁电组件、挡板、放大器、量程调整机构、反馈杠杆、调节阀的放大系数。

由图(1)可得出该系统的数学模型:

设:令 Kc=K2*K3*Kv——(1)
Kf=K4*K5*K6——(2)
则有
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——输入电流
H——调零弹簧长度
L——调节阀的行程
Kg——输入电流所产生的电磁力矩
Kf——反弹黄所产生的反馈力矩
Kc——零位弹簧所产生的调零点力矩

根据式(3)可得出定位器的调零模型:Kc*K0*H/(1+Kg*Kf)

生产中常用的调校原理和方法是:将式(l),式(2)代入(3)式得行程模型为:

L=K2*K3*Kv*(K0*H+K1*I)/(1+K2*K3*K4*K5*K6*Kv)——(4)

调校步骤是:

(1)是阀杆位于行程中点,调整定位器与反馈杠杆成 90 度角,并将螺钉固定;

(2)将零点、量程分别置于中间位置;

(3)输入 4mA.DC 信号,使调节阀开始动作,调节零点,使零点达到要求;

(4)输入 20mA.DC 信号,看其行程是否达到要求,若没达到,则调量程,使其达到要求;

由(3)、(4)可知,调零点可改变 H,调量程又会影响零点,所以,调零点和调量程是相互作用相互影响的。因此,此种方法有时很难校准定位器,这是因为:一般情况下,零位弹簧工作在现行区域,其长度变化范围有限,调最程机构的空间位置受到限制,所以,调零弹簧长度和量程调整机构的放大系数值也将会受到限制。此时,如果单调一台调节阀的放大系数(很大或很小),就很难将其定位器校准。而由模型(4)可以看出:可以调节的参数还有零位弹簧的弹性系数和反馈杠杆的有效长度;应用中可以将连接在阀杆上的销钉靠近阀门定位器,这样就将反馈杠杆的有效长度缩短,使 L 增大,行程增大,反之则行程减小。

四、结束语

调节阀在调节系统中是执行机构,它动作可靠与否决定着系统的成败。一个调节阀从设计到使用要经历加工、装配、检验/试验、销售、采购、进场检验、安装、调校等环节,那么决定结果的是进入现场的后三个环节。三个环节中,调校又是重中之重,所以把好三关就能保证调节阀的可靠运行。


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