氣動(dòng)薄膜單座調(diào)節(jié)閥工作原理
其核心工作原理是基于力平衡原理。
信號(hào)輸入:來(lái)自控制器(如DCS或PLC)的4~20mA電信號(hào)首先進(jìn)入電氣閥門定位器。
電-氣轉(zhuǎn)換:定位器將電信號(hào)按比例轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的0.02~0.1 MPa (或3~15 PSI) 的氣壓信號(hào),并輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣室中。
氣壓產(chǎn)生推力:進(jìn)入氣室的壓縮空氣作用在橡膠薄膜上,產(chǎn)生一個(gè)向下的推力。這個(gè)推力克服彈簧的反作用力,使薄膜和與之相連的推桿向下移動(dòng)。
閥芯移動(dòng):推桿的直線運(yùn)動(dòng)通過(guò)閥桿連接件傳遞給閥芯,使閥芯在閥座中移動(dòng),從而改變閥芯與閥座之間的流通面積,即改變了閥門的開度。
反饋與定位:當(dāng)閥桿移動(dòng)時(shí),會(huì)帶動(dòng)一個(gè)與定位器相連的反饋桿(凸輪)。定位器實(shí)時(shí)檢測(cè)閥桿的實(shí)際位置,并與輸入信號(hào)要求的位置進(jìn)行比較。如果存在偏差,定位器會(huì)調(diào)整輸出氣壓,直到閥桿精確地停留在信號(hào)所要求的位置上。這是一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng),確保了控制的精確性。
故障安全模式:
氣開式 (Fail-Close):當(dāng)氣源中斷時(shí),氣室壓力為零,彈簧的回復(fù)力將閥芯推回,使閥門關(guān)閉。執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)的彈簧是預(yù)先壓縮的,失氣時(shí)彈簧釋放,推動(dòng)膜片向上,帶動(dòng)閥芯關(guān)閉。
氣關(guān)式 (Fail-Open):當(dāng)氣源中斷時(shí),彈簧的回復(fù)力將閥芯推回,使閥門打開。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的安裝方式或彈簧方向與氣開式相反,失氣時(shí)彈簧釋放,拉動(dòng)閥芯打開。
簡(jiǎn)單概括:信號(hào)氣壓 → 薄膜產(chǎn)生推力 → 推力克服彈簧力 → 推桿和閥芯移動(dòng) → 改變開度 → 反饋確保位置精確。
氣動(dòng)薄膜單座調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)與組成
氣動(dòng)薄膜單座調(diào)節(jié)閥主要由兩大部分組成:執(zhí)行機(jī)構(gòu) 和 閥體部件。
1. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)
這是閥門的“動(dòng)力肌肉”。
膜蓋:上下蓋板,形成氣室。
橡膠薄膜:關(guān)鍵元件,將氣壓轉(zhuǎn)換為機(jī)械力。
彈簧:提供反向力,決定閥門的動(dòng)作特性和故障安全模式。
推桿:將薄膜的推力傳遞到閥芯。
支架:連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥體,并用于安裝定位器等附件。
2. 閥體部件
這是閥門的“控制咽喉”。
閥體:流道主體,承受管道壓力。
閥芯 (Plug):核心節(jié)流元件,其形狀(如快開、線性、等百分比)決定了閥的流量特性。
閥座 (Seat):與閥芯配合,形成密封和節(jié)流口。
閥桿:連接推桿和閥芯。
填料函:在閥桿穿出閥體的地方,裝有填料(如PTFE、石墨),防止工藝介質(zhì)沿閥桿泄漏。通過(guò)填料壓蓋可以壓緊填料,保證密封。
核心附件(系統(tǒng)組成的關(guān)鍵)
一個(gè)完整的調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)通常還包括以下重要附件:
電氣閥門定位器:最重要的附件。它接收控制信號(hào),精確控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置,提高控制精度和速度,并克服閥桿摩擦力和不平衡力。
空氣過(guò)濾減壓閥:為定位器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供清潔、穩(wěn)定且壓力符合要求的壓縮空氣。
電磁閥:用于實(shí)現(xiàn)緊急切斷功能。當(dāng)安全系統(tǒng)觸發(fā)時(shí),電磁閥斷電,迅速切斷或釋放執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣源,使閥門進(jìn)入故障安全位置。
限位開關(guān):用于遠(yuǎn)程指示閥門的全開和全關(guān)位置。
手輪機(jī)構(gòu):在氣源故障或檢修時(shí),允許操作員手動(dòng)操作閥門。
系統(tǒng)工作流程解讀:
過(guò)程檢測(cè):變送器 實(shí)時(shí)檢測(cè)被控過(guò)程變量(如壓力、溫度、液位、流量),并將其轉(zhuǎn)換為4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),發(fā)送給控制器。
決策計(jì)算:控制器 將變送器送來(lái)的過(guò)程變量與設(shè)定值進(jìn)行比較,根據(jù)預(yù)設(shè)的控制算法(如PID)計(jì)算出需要閥門如何動(dòng)作,并輸出一個(gè)相應(yīng)的4-20mA控制信號(hào)。
命令執(zhí)行:
控制信號(hào)送達(dá)電氣閥門定位器。
定位器在過(guò)濾減壓閥提供的潔凈氣源支持下,將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為氣壓信號(hào),驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)閥體部件中的閥芯運(yùn)動(dòng),改變流體流量,從而影響工藝過(guò)程。
精確定位:閥桿的實(shí)時(shí)位置通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)反饋回定位器,形成一個(gè)局部閉環(huán),確保閥門開度與控制信號(hào)精確對(duì)應(yīng)。
持續(xù)調(diào)節(jié):流體流量的改變又會(huì)引起過(guò)程變量的變化,變送器再次檢測(cè)到這一變化,并反饋給控制器,開始新一輪的調(diào)節(jié)循環(huán)。如此周而復(fù)始,自動(dòng)將過(guò)程變量穩(wěn)定在設(shè)定值附近。