【壓縮機(jī)網(wǎng)】閥門(mén)定位器（valve positioner）

 

　　閥門(mén)定位器按結(jié)構(gòu)分：氣動(dòng)閥門(mén)定位器、電氣閥門(mén)定位器及智能閥門(mén)定位器，是調(diào)節(jié)閥的主要附件，通常與氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥配套使用，它接受調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，然后以它的輸出信號(hào)去控制氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，當(dāng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作后，閥桿的位移又通過(guò)機(jī)械裝置反饋到閥門(mén)定位器，閥位狀況通過(guò)電信號(hào)傳給上位系統(tǒng)。

 

　　（一）結(jié)構(gòu)

 

　　閥門(mén)定位器按其結(jié)構(gòu)形式和工作原理可以分成氣動(dòng)閥門(mén)定位器、電－氣閥門(mén)定位器和智能式閥門(mén)定位器。

 

　　閥門(mén)定位器能夠增大調(diào)節(jié)閥的輸出功率，減少調(diào)節(jié)信號(hào)的傳遞滯后的情況發(fā)生，加快閥桿的移動(dòng)速度，能夠提高閥門(mén)的線(xiàn)性度，克服閥桿的摩擦力并消除不平衡力的影響，從而保證調(diào)節(jié)閥的正確定位。

 

　　（二）定位器分類(lèi)

 

　　1、閥門(mén)定位器按輸入信號(hào)分為氣動(dòng)閥門(mén)定位器、電氣閥門(mén)定位器和智能閥門(mén)定位器。

 

　　（1）氣動(dòng)閥門(mén)定位器的輸入信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)氣信號(hào)，例如，20~100kPa氣信號(hào)，其輸出信號(hào)也是標(biāo)準(zhǔn)的氣信號(hào)。

 

　　（2）電氣閥門(mén)定位器的輸入信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)電流或電壓信號(hào)，例如，4~20mA電流信號(hào)或1~5V電壓信號(hào)等，在電氣閥門(mén)定位器內(nèi)部將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁力，然后輸出氣信號(hào)到撥動(dòng)控制閥。

 

　　（3）智能電氣閥門(mén)定位器它將控制室輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥的氣信號(hào)，根據(jù)調(diào)節(jié)閥工作時(shí)閥桿摩擦力，抵消介質(zhì)壓力波動(dòng)而產(chǎn)生的不平衡力，使閥門(mén)開(kāi)度對(duì)應(yīng)于控制室輸出的電流信號(hào)。并且可以進(jìn)行智能組態(tài)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，達(dá)到改善控制閥性能的目的。

 

　　2、按動(dòng)作的方向可分為單向閥門(mén)定位器和雙向閥門(mén)定位器。單向閥門(mén)定位器用于活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，閥門(mén)定位器只有一個(gè)方向起作用，雙向閥門(mén)定位器作用在活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸的兩側(cè)，在兩個(gè)方向起作用。

 

　　3、按閥門(mén)定位器輸出和輸入信號(hào)的增益符號(hào)分為正作用閥門(mén)定位器和反作用閥門(mén)定位器。正作用閥門(mén)定位器的輸入信號(hào)增加時(shí)，輸出信號(hào)也增加，因此，增益為正。反作用閥門(mén)定位器的輸入信號(hào)增加時(shí)，輸出信號(hào)減小，因此，增益為負(fù)。

 

　　4、按閥門(mén)定位器輸入信號(hào)是模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，可分為普通閥門(mén)定位器和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)電氣閥門(mén)定位器。普通閥門(mén)定位器的輸入信號(hào)是模擬氣壓或電流、電壓信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)電氣閥門(mén)定位器的輸入信號(hào)是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的數(shù)字信號(hào)。

 

　　5、按閥門(mén)定位器是否帶CPU可分為普通電氣閥門(mén)定位器和智能電氣閥門(mén)定位器。普通電氣閥門(mén)定位器沒(méi)有CPU，因此，不具有智能，不能處理有關(guān)的智能運(yùn)算。智能電氣閥門(mén)定位器帶CPU，可處理有關(guān)智能運(yùn)算，例如，可進(jìn)行前向通道的非線(xiàn)性補(bǔ)償?shù)龋F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)電氣閥門(mén)定位器還可帶PID等功能模塊，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)算。

 

　　6、按反饋信號(hào)的檢測(cè)方法也可進(jìn)行分類(lèi)。

 

　　例如，用機(jī)械連桿方式檢測(cè)閥位信號(hào)的閥門(mén)定位器：用霍爾效應(yīng)檢測(cè)位移的方法檢測(cè)閥桿位移的閥門(mén)定位器：用電磁感應(yīng)方法檢測(cè)閥桿位移的閥門(mén)定位器等。

 

　　（三）工作原理

 

　　閥門(mén)定位器是控制閥的主要附件.它將閥桿位移信號(hào)作為輸入的反饋測(cè)量信號(hào),以控制器輸出信號(hào)作為設(shè)定信號(hào)，進(jìn)行比較，當(dāng)兩者有偏差時(shí)，改變其到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出信號(hào)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，建立了閥桿位移量與控制器輸出信號(hào)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，閥門(mén)定位器組成以閥桿位移為測(cè)量信號(hào)，以控制器輸出為設(shè)定信號(hào)的反饋控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)的操縱變量是閥門(mén)定位器去執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出信號(hào)。

 

　　（四）定位器作用原理

 

　　（1）用于對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量要求高的重要調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以提高調(diào)節(jié)閥的定位精確及可靠性。

 

　　（2）用于閥門(mén)兩端壓差大（ △p>1MPa）的場(chǎng)合。通過(guò)提高氣源壓力增大執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力，以克服液體對(duì)閥芯產(chǎn)生的不平衡力，減小行程誤差。

 

　　（3）當(dāng)被調(diào)介質(zhì)為高溫、高壓、低溫、有毒、易燃、易爆時(shí)，為了防止對(duì)外泄漏，往往將填料壓得很緊，因此閥桿與填料間的摩擦力較大，此時(shí)用定位器可克服時(shí)滯。

 

　　（4）被調(diào)介質(zhì)為粘性流體或含有固體懸浮物時(shí)，用定位器可以克服介質(zhì)對(duì)閥桿移動(dòng)的阻力。

 

　　（5）用于大口徑（Dg>100mm）的調(diào)節(jié)閥，以增大執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出推力。

 

　　（6）當(dāng)調(diào)節(jié)器與執(zhí)行器距離在60m以上時(shí)，用定位器可克服控制信號(hào)的傳遞滯后，改善閥門(mén)的動(dòng)作反應(yīng)速度。

 

　　（7）用來(lái)改善調(diào)節(jié)閥的流量特性。

 

　　（8）一個(gè)調(diào)節(jié)器控制兩個(gè)執(zhí)行器實(shí)行分程控制時(shí)，可用兩個(gè)定位器，分別接受低輸入信號(hào)和高輸入信號(hào)，則一個(gè)執(zhí)行器低程動(dòng)作，另一個(gè)高程動(dòng)作，即構(gòu)成了分程調(diào)節(jié)。

 

　　（五）適配品種

 

　　常用執(zhí)行機(jī)構(gòu)分氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，有直行程、角行程之分。用以自動(dòng)、手動(dòng)開(kāi)閉各類(lèi)閥門(mén)、風(fēng)板等。

 

　　氣動(dòng)閥門(mén)定位器

 

　　（一）工作原理

 

　　氣動(dòng)閥門(mén)定位器是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的重要附件和配件之一，起閥門(mén)定位作用。

 

　　氣動(dòng)閥門(mén)定位器是按力矩平衡原理工作的，當(dāng)通入波紋管2的信號(hào)壓力P1增加時(shí)，使主杠桿3繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，使噴嘴擋板9靠近噴嘴，噴嘴背壓經(jīng)單向放大器8放大后，通入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)薄膜室的壓力增加，使閥桿向下移動(dòng)。并帶動(dòng)反饋桿繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，反饋凸輪也隨之作逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)滾輪使副杠桿4繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，并將反饋彈簧拉伸，彈簧對(duì)主杠桿3的拉力與信號(hào)壓力用在波紋管上的力達(dá)到力矩平衡時(shí)，儀表達(dá)到平衡狀態(tài)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥位維持在一定的開(kāi)度上，一定的信號(hào)壓力就對(duì)應(yīng)于一定的閥位開(kāi)度。以上作用方式為正作用，若要改變作用方式，只要將凸輪翻轉(zhuǎn)，A向變成B向等，即可。所謂正作用定位器，就是信號(hào)壓力增加，輸出壓力亦增加；所謂反作用定位器，就是信號(hào)壓力增加，輸出壓力則減少。一臺(tái)正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)只要裝上反作用定位器，就能實(shí)現(xiàn)反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作；相反，一臺(tái)反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)只要裝上反作用定位器，就能實(shí)現(xiàn)正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。

 

　　（二）結(jié)構(gòu)原理

 

　　氣動(dòng)閥門(mén)定位器接收來(lái)自控制器或控制系統(tǒng)中4～20mA等弱電信號(hào)，并向氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸送空氣信號(hào)來(lái)控制閥門(mén)位置的裝置。

 

　　其與氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥配套使用，構(gòu)成閉環(huán)控制回路。把控制系統(tǒng)給出的直流電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥的氣信號(hào)，控制調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作。同時(shí)根據(jù)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度進(jìn)行反饋，使閥門(mén)位置能夠按系統(tǒng)輸出的控制信號(hào)進(jìn)行正確定位。

 

　　（三）主要功能

 

　　氣動(dòng)閥門(mén)定位器與氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成自控單元和各種調(diào)節(jié)閥連接經(jīng)過(guò)調(diào)試安裝后，組合成氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥。用于各種工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制領(lǐng)域當(dāng)中。

 

　　電氣閥門(mén)定位器

 

　　由于現(xiàn)在DCS在現(xiàn)場(chǎng)使用越來(lái)越多，很多控制器都是使用了中控系統(tǒng)的控制器，所以中控到現(xiàn)場(chǎng)的都是4-20mA的電信號(hào)，到現(xiàn)場(chǎng)又需要閥動(dòng)作的比較快。

 

　　雖然閥門(mén)定位器由z*初的氣/氣閥門(mén)定位器、電/氣閥門(mén)定位器發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)字閥門(mén)定位器、區(qū)域總線(xiàn)閥門(mén)定位器，但它們的基本原理和主要功能都沒(méi)有大的改變。

 

　　（一）定位器中基本自控元件介紹

 

　　電/氣轉(zhuǎn)換器原理 隨著儀表技術(shù)的發(fā)展，氣動(dòng)儀表領(lǐng)域已逐步被電動(dòng)儀表和計(jì)算機(jī)控制所占領(lǐng)，現(xiàn)在只有在一些特殊的場(chǎng)合還在使用氣動(dòng)儀表，作為儀表中的閥門(mén)附件“定位器”也由原來(lái)的氣動(dòng)閥門(mén)（P/P）定位器逐步由電/氣（E/P）閥門(mén)定位器所代替。 那么在電/氣閥門(mén)定位器中輸入的電信號(hào)是如何轉(zhuǎn)換成氣信號(hào)的呢？我們以SAMSON 6111 型電/氣轉(zhuǎn)換器為例介紹一下它的工作原理(見(jiàn)圖1)：

 

 

　　氣動(dòng)功率放大器（8）在設(shè)計(jì)時(shí)；選用合適的彈簧力（8.2），使當(dāng)輸入信號(hào)為0 mA 時(shí)保持輸出PA 在100mbar ，這樣輸出的壓力通過(guò)恒節(jié)流孔（8.4）使噴嘴（7）內(nèi)有一定的背壓。

 

　　當(dāng)輸入的信號(hào)增加時(shí)；通電的線(xiàn)圈（2）切割永久磁鐵（3）的磁力線(xiàn)，產(chǎn)生向上的力→擋板（6）靠近噴嘴（7）使背壓（PK）增加→膜片（8.3）↓→打開(kāi)閥芯（8.5）→輸出PA↑。 當(dāng)輸入信號(hào)減少時(shí)；擋板（6）離開(kāi)噴嘴（7）→背壓（PK）減少→輸出壓力（PA）作用下膜片（8.3）↑→閥芯（8.5）關(guān)死→輸出壓力通過(guò)閥芯（8.5）釋放。 當(dāng)PA 同PK 平衡時(shí)輸出壓力保持不變；這時(shí)電信號(hào)在線(xiàn)圈（2）中產(chǎn)生的力也同背壓（PK）取得平衡。 這樣輸入的電信號(hào)就轉(zhuǎn)換成氣信號(hào)了。

 

　　（二）定位器的組成

 

　　以SAMSON 的4763 電/氣閥門(mén)定位器（圖1A）為例，定位器主要組成部分見(jiàn)圖2。

 

 

　　1.反饋桿（1） 2.反饋彈簧（6） 3.反饋風(fēng)箱（7） 4. 氣動(dòng)功率放大器（7下部） 5. 電/氣轉(zhuǎn)換器（21）

 

　　（三）定位器工作原理

 

　　1. 模擬定位器 我們還是以SAMSON的4763定位器為例。我們?cè)O(shè)：調(diào)節(jié)閥為FC（氣開(kāi)）；定位器為正作用

 

　　A） 閥位根據(jù)輸入信號(hào)成比例動(dòng)作

 

　　輸入信號(hào)↑→Pe 點(diǎn)氣壓↑→反饋風(fēng)箱中連桿（9）向左動(dòng)作→壓緊彈簧（6），擋板（10.2）靠近噴嘴（10.1）→輸出風(fēng)壓↑→閥桿（對(duì)于氣開(kāi)閥）↑→壓緊彈簧（6）→反饋風(fēng)箱中連桿（9）向右動(dòng)作→擋板（10.2）離開(kāi)噴嘴（10.1）→輸出氣壓（Pst）↓。當(dāng)反饋彈簧的力與反饋風(fēng)箱的力平衡時(shí)，閥位保持與輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的位置。

 

　　B） 定位

 

　　當(dāng)輸入信號(hào)不變時(shí)：

 

　　由于工藝條件變化導(dǎo)致閥桿↑→壓緊執(zhí)行器彈簧→壓緊彈簧（6）→反饋風(fēng)箱中連桿（9）向右動(dòng)作→擋板（10.2）離開(kāi)噴嘴（10.1）→輸出氣壓↓→由執(zhí)行器向下的彈簧力使閥位回到原來(lái)的地方。

 

　　由于工藝條件變化導(dǎo)致閥桿↓→放松執(zhí)行器彈簧→放松彈簧（6）→反饋風(fēng)箱中連桿（9）向左動(dòng)作→擋板（10.2）靠近噴嘴（10.1）→輸出氣壓↑→使執(zhí)行器向上運(yùn)動(dòng)使閥位回到原來(lái)的地方。

 

　　（四）調(diào)試

 

　　調(diào)至零點(diǎn)時(shí)給調(diào)節(jié)閥輸入電流信號(hào)（一般為4mA），如若閥位指針指示不在零位上，打開(kāi)閥門(mén)定位器，緩慢調(diào)節(jié)調(diào)零旋鈕，使閥位指針指示零位。調(diào)節(jié)量程時(shí)，調(diào)節(jié)定值器使其輸出值達(dá)到閥門(mén)所需的氣源壓力值。零位調(diào)準(zhǔn)以后，分別給調(diào)節(jié)閥輸入8mA、12mA、16mA和20mA信號(hào)，閥位指針應(yīng)分別指向25%、50%、75%和100%。如果指示不準(zhǔn)確，可微調(diào)節(jié)調(diào)零旋鈕，便能指示準(zhǔn)確。如果效果仍不太好，那就是行程量不足，松動(dòng)量程調(diào)節(jié)鎖緊螺釘，并轉(zhuǎn)動(dòng)量程調(diào)節(jié)螺釘，調(diào)節(jié)結(jié)束后擰緊鎖緊螺釘。通過(guò)反復(fù)調(diào)整零點(diǎn)和量程，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程在公差范圍內(nèi)。

 

　　（五）故障總結(jié)

 

　　1. 閥門(mén)定位器有輸入信號(hào)但是沒(méi)有輸出信號(hào)。

 

　　（1）電磁鐵組件發(fā)生故障，建議換電磁鐵組件。

 

　　（2）供氣壓力不對(duì)，建議檢查氣源壓力。

 

　　（3）氣動(dòng)放大器擋板零點(diǎn)調(diào)節(jié)過(guò)高，擋板遠(yuǎn)離噴嘴。

 

　　（4）氣路堵塞。

 

　　（5）氣路連接有誤（包括放大器）。

 

　　（6）電/氣定位器輸入信號(hào)線(xiàn)正負(fù)極接反。

 

　　2.閥門(mén)定位器沒(méi)有輸入信號(hào)但是輸出信號(hào)一直z*大。

 

　　（1）氣動(dòng)放大器擋板零點(diǎn)調(diào)節(jié)過(guò)低，擋板過(guò)于壓緊噴嘴。

 

　　（2）噴嘴堵塞。

 

　　（3）輸出壓力緩慢或不正常。

 

　　會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥的膜頭受損、漏氣，造成有輸入信號(hào)但調(diào)節(jié)閥動(dòng)作緩慢的故障，使調(diào)節(jié)閥達(dá)不到及時(shí)調(diào)節(jié)的效果，處理辦法檢查膜室，更換膜片。

 

　　3.定位器線(xiàn)性不好

 

　　（1）反饋凸輪或彈簧選擇不當(dāng)或者方向不對(duì)。 （2）反饋連桿機(jī)構(gòu)安裝不好或者在某些位置有卡住的現(xiàn)象。 （3）噴嘴或擋板有異物。 （4）背壓有輕微泄漏現(xiàn)象。

 

　　（六）結(jié)語(yǔ)

 

　　為閥門(mén)定位器提供的壓縮空氣必須是經(jīng)過(guò)過(guò)濾器清潔的空氣。工作中拆卸的部件，在調(diào)節(jié)結(jié)束后一定要正確的固定。注意不要使磁性裝置受到震動(dòng)或?qū)ζ涫┘舆^(guò)大的力，這樣會(huì)使零件受損，工作性能降低。應(yīng)盡量減少拆卸噴嘴擋板裝置的次數(shù)。