气动调节阀的结构与原理课件

气动调节阀的结构与原理

2008-10-41气动调节阀的结构与原理内容简介

概述1调节阀结构和组成2电厂常见气动阀的分类32008-10-42气动调节阀的结构与原理2008-10-43气动调节阀的结构与原理调节阀又称控制阀，是生产过程中实现自动控制、自动调节的重要设备。调节阀可以连续和精确地调节流量，常用来调节流体的压力、温度、流量、液位等热力参数，以满足生产工艺流程的需要。调节阀由执行机构和阀体组成。执行机构起推动作用，而阀体与与介质直接接触，在执行机构的驱动下，改变阀芯与阀座间的流通面积，从而达到调节流量的作用。作为调节阀的驱动部分，执行机构有着十分重要的作用，其性能的好坏直接影响着阀门调节性能。按其使用的动力可以分为气动、电动和液动三大类。概述2008-10-44气动调节阀的结构与原理气动执行机构以洁净压缩空气为动力，通过推动薄膜或活塞的移动来驱动阀体运动，控制阀门开度以达到控制目的，具有结构简单、性能稳定、维护方便和动作可靠、调节灵敏等特点，因此应用广泛。电动执行机构以电力驱动的电动机为动力，接收标准电信号来控制阀门。（一体化执行机构）具有结构简单、维护方便、不需要电气转换环节等优点，多应用在二位式阀门。不适合用在一些需要快速反应或调节频繁的的阀门上。液动执行机构以高压抗燃油（或水）为动力，推动活塞运动来控制阀门，可以产生很大的推力。常应用在大口径或高压力管道上。缺点是装置体积大，控制复杂，需要一套供油装置（油站）来配合工作。一般电厂中采用液动执行机构的有循泵出口碟阀；高、中低压缸主汽门、调门等。概述2008-10-45气动调节阀的结构与原理气动调节阀气动调节阀主要由气动执行机构、阀体、附件三部分组成。执行机构以洁净压缩空气为动力，接收4~20毫安电信号或20~100KPa气信号，驱动阀体运动，改变阀芯与阀座间的流通面积，从而达到调节流量的作用。为了改善阀门的线性度，克服阀杆的摩擦力和被调介质工况（温度、压力）变化引起的影响，使用阀门定位器与调节阀配套，从而使阀门位置能按调节信号精确定位。为了机组安全运行，一些重要的阀门设计有电磁阀、保位阀、快速泄压阀等附件，确保调节阀在失电、失信号或失气情况下实现快开（关）或保位功能（三断自锁保护功能），满足工艺系统安全运行的要求。概述2008-10-46气动调节阀的结构与原理概述气动执行机构分类：按功能：两位式、调节式按气缸结构：薄膜式、活塞式按阀杆移动方式：直行程、角行程按阀杆移动方向：正作用、反作用按作用方式：单作用、双作用按气动失效模式分：失气开（气关）、失气关（气开）2008-10-47气动调节阀的结构与原理控制阀的三断保护控制阀的三断保护指：断气源保护、断电源保护、断信号源保护。是满足工艺系统安全运行的重要保障。与电磁阀、保位阀、快速泄压阀等附件组合使用。概述2008-10-48气动调节阀的结构与原理概述控制阀应用示意图2008-10-49气动调节阀的结构与原理调节阀的结构和组成一、气动执行机构的结构1.隔膜式气动装置主要由上、下膜盖、橡胶隔膜(带帘子布夹层)、气动杆、支架、弹簧、弹簧座、调节套筒、连接螺母、行程指示器、操纵手轮等部件组成。1)橡胶隔膜气动装置的关键部件，一般由具有较好的耐油及耐高、低温性能的丁腈橡胶加锦纶丝织物制成。为了保护其有效面积基本上保持不变，提高气动装置工作的线性度，膜片常制作成波纹状。图1-3隔膜气动头的模型2008-10-410气动调节阀的结构与原理调节阀的结构和组成为了保证作用于膜片上的压力能有效准确地传递给气动杆，除薄膜的四周夹装于上、下膜盖之间以外，其中间部分压装在下护板的盘形件上。2)回位弹簧也是一个关键部件，它能使气动阀在气动头失气后迅速回到阀门的安全位置，对它的要求是在全行程范围内弹簧的刚度应不发生变化，这样可以提高气动装置的线性度。3)上、下膜盖上、下膜盖一般用灰铸铁铸成，也可用钢板冲制。它们与膜片构成隔膜气室.形成操作阀门的动力。4)调节套筒用来调整弹簧的预紧力，这样可以根据实际工作需要改变进气压力的起始值和压座预紧力。2008-10-411气动调节阀的结构与原理调节阀的结构和组成5)气动杆一端安装下护板并感受和传递隔膜所施加的推力，另一端通过联轴器与阀杆相连接，将隔膜的推力转变成阀门开度的变化。6)开度指示器它用于指示执行机构的气动杆位移。2008-10-412气动调节阀的结构与原理7）阀门气动装置的手轮手轮装置的作用：大多数比较重要的气动阀门都设计有气动装置的手动机构，不同厂家构形各异，其作用主要有下列两点：A、气源中断、调节器故障无输出以及膜片损坏等情况，用手轮操作使阀门动作，以保障生产过程的正常进行，保证电站安全；B、用于加强隔离(用手轮增大阀座/阀瓣的压紧力)；或根据系统需要控制下游流量和压力的作用。2008-10-413气动调节阀的结构与原理调节阀的结构和组成2、活塞式气动头A．卧式活塞式气动头卧式活塞式气动头一般多用于球阀和蝶阀。它由圆筒气缸与活塞以及其上的密封环组成密闭的空间，活塞上装有齿条与装有齿轮的气动杆对面啮合，活塞外側的弹簧使活塞体沿气缸壁滑动压向中间，此时将设定了开（或关）位置的球阀或蝶阀的阀杆联在一起，当进气口充入压缩空气后气缸的中间密闭区压力升高，迫使两活塞克服弹簧力向外滑动，在此其间，由于齿轮啮合的作用，气动杆旋转，带动球阀或蝶阀关闭（或开启）；当气动头失去气源后，阀门在弹簧的作用下，迅速回到安全位置。为了防止活塞无限制的外滑而损坏阀门，在气缸盖上安置了限位螺栓，来控制阀门的开（或关）情况。为了使气动头能快速可靠地操作阀门，限位螺栓上的排气孔是非常必要的。2008-10-414气动调节阀的结构与原理调节阀的结构和组成卧式活塞式气动头模型2008-10-415气动调节阀的结构与原理调节阀的结构和组成2008-10-416气动调节阀的结构与原理调节阀的结构和组成B立式活塞式气动头立式活塞式气动头一般多用于调节阀。它由圆筒气缸和盖与活塞以及其上的密封环组成密闭的空间，气动弹簧（双向进气没有弹簧）使活塞体沿气缸壁压向阀门的安全位置，当进气口充入压缩空气后气缸的密闭区压力升高，迫使活塞克服弹簧力向弹簧力反向滑动，达到开关（或调节）阀门的目的。当气动头失去气源后，阀门在弹簧的作用下，迅速回到安全位置。为了使气动头能快速可靠地操作阀门，维修时及时疏通排气孔是非常必要的。2008-10-417气动调节阀的结构与原理调节阀的结构和组成立式活塞式气动头主实视图2008-10-418气动调节阀的结构与原理调节阀的结构和组成2008-10-419气动调节阀的结构与原理二、阀体基本结构调节阀的结构和组成2008-10-420气动调节阀的结构与原理调节阀的结构和组成附件主要附件电磁阀－根据系统逻辑保护关系控制阀门动作减压阀－保证供气气压过滤器－净化来自空气压缩机的气源电流/气压转换器（I/P）－使控制点的电信号适用于气动执行机构定位器－改善调节阀的静态和动态特性流量放大器－增大进入阀门隔膜气腔的气流量2008-10-421气动调节阀的结构与原理调节阀的结构和组成附件气动保位阀－保证重要阀门在气源突然中断时能够实现对调节阀行程的自锁快速泄压阀－使阀门在失气后快速回到安全位置限位开关－显示阀门到达全开全关状态2008-10-422气动调节阀的结构与原理调节阀的结构和组成定位器阀门定位器是气动调节阀的核心部件，起阀门定位作用。它将阀杆位移信号作为反馈测量信号,以DCS或控制器输出作为设定信号，进行比较，当两者有偏差时，定位器输出控制信号到执行机构，驱使执行机构动作，建立阀杆位移与控制器输出信号之间的一一对应关系。因此，阀门定位器是以阀杆位移为测量信号，以控制器输出为设定信号的反馈控制系统。定位器按其结构形式和工作原理可以分成气定位器、电－气阀门定位器和智能式阀门定位器。气定位器的输入信号是标准气信号，例如，20~100kPa气信号，其输出信号也是标准的气信号。电气阀门定位器的输入信号是标准电流或电压信号，例如，4~20mA电流信号或1~5V电压信号等，在电气阀门定位器内部将电信号转换为电磁力，然后输出气信号驱动控制阀。智能电气阀门定位器带CPU，可处理有关智能运算，它将DCS输出的电流信号转换成驱动调节阀的气信号，根据调节阀工作时阀杆摩擦力，抵消介质压力波动而产生的不平衡力，使阀门开度对应于DCS输出的电流信号。并且可以进行智能组态设置相应的参数，达到改善控制阀性能的目的。

2008-10-423气动调节阀的结构与原理调节阀的结构和组成定位器定位器工作原理如下：以薄膜式执行机构配套使用的定位器为例简述气定位器工作原理(如下图):气定位器是按力平衡原理工作的.当进入波纹管的信号压力增加时,杠杆2绕支点转动,使杠杆末端挡板靠近喷嘴,使喷嘴节流、背压,这样使得工作气源经气动放大器后进入执行机构薄膜压力增加，推动连杆并带动平板一起向下移动，也使得摆杆向下压，偏心凸轮随之逆时针转动，推动滚轮使杠杆1向左运动，将反馈弹簧拉伸，当弹簧对杠杆2的拉力和信号压力作用在波纹管上的力达到平衡时，执行机构达到平衡，此时一定的信号压力就对应一定的阀门位置。2008-10-424气动调节阀的结构与原理凸轮式气定位器工作原理调节阀的结构和组成2008-10-425气动调节阀的结构与原理定位器电-气式定位器：是在气定位器的基础上将电气转换元件集成到定位器上，将电信号转换为电磁力，然后输出气信号驱动控制阀，方便了控制。与气动定位器相比，用户只需要给标准的信号即可（一般是4~20mA电流信号）。调节阀的结构和组成2008-10-426气动调节阀的结构与原理定位器智能型定位器（以西门子定位器为例）目前智能型阀门定位器在电厂中应用最为广泛，相对于机械式定位器，智能型定位器结构简单、操作方便、维护量小、调校迅速，在调节时间上不存在滞后，调节精确等优点。主要生产厂家有ABB、西门子、FISHER、梅索尼兰等。西门子SIPARTPS2定位器适用于气动直行程或角行程执行机构的控制。采用微处理器对给定值和位置反馈作比较。如果微处理器检测到偏差，它就用一个五步开关程序来控制压电阀，压电阀进而调节进入执行机构气室的空气流量，驱动执行机构使阀门到达与给定值相对应的位置。最终达到消除偏差。SIPART定位器性能稳定，具有以下优点：直行程和角行程执行机构采用同一类型的阀门定位器三个按键和双行LCD显示可实现简捷的操作和编程调节阀的结构和组成2008-10-427气动调节阀的结构与原理具有零位和行程范围自动调整的功能设定值和控制变量极限值可进行选择手动操作时无需另外的设备具有可选的或可编程的输出特性

可编程设置阀门“紧密关闭”功能具有自诊断功能耗气量小调节阀的结构和组成2008-10-428气动调节阀的结构与原理功能图调节阀的结构和组成2008-10-429气动调节阀的结构与原理调节阀的结构和组成快速泄压阀工作原理：当信号气压正常供气的时候,泄压侧被膜片紧紧盖住,气压能源源不断地通向气动头;当信号气压为零时,气动头内的气压反向顶开隔膜由多孔出口快速泄掉。使阀门在失气后快速回到安全位置（见下图）。2008-10-430气动调节阀的结构与原理调节阀的结构和组成快速泄压阀2008-10-431气动调节阀的结构与原理调节阀的结构和组成减压阀减压阀工作原理：压缩空气由输入端进入压力室，经过滤网过滤后通过阀芯进入输出腔室。输出腔室有一小孔与弹簧腔室相连，使输出气压直接作用于弹簧膜片上，当输出气压大于膜片上弹簧压力时，膜片向上移动，带动阀芯向上移动，输入气源被阀芯隔断，输出腔室内的压缩空气通过膜片和阀芯顶部之间间隙进入排空腔室由放气孔排出，使输出压力减小。当输出气压小于膜片上弹簧压力时，膜片向下移动，输入气源通过阀芯和阀座之间间隙进入输出腔室，使输出腔室内的压力上升。只有当输出压力与弹簧压力一致时，阀芯和阀座间隙固定，输出压力稳定。因此只要调整减压阀顶部的调节螺丝，就控制输出压力。（见下图）2008-10-432气动调节阀的结构与原理减压阀调节阀的结构和组成2008-10-433气动调节阀的结构与原理调节阀的结构和组成气动放大器F1F2工作原理：定位器输出信号气压从上部进入放大器，压迫上膜片A产生向下推力F1，推动金属架C向下移动，迫使阀芯向下移，使输出气压发生改变，输出气压作用于下膜片B产生向上推力F2，因为上下膜片相等，所以在金属架C达到平衡时P1=P2。因此，定位器通过放大器输出到阀门执行机构的空气流量增加，而压力不变。当P1减小，P2>P1时，金属架向上移动与阀塞之间产生间隙，气室B中空气从排气口排出；随后阀塞在回座弹簧的作用下向上移动，减小与气流室接触面之间的间隙，进气减少，气室B中压力减小，直到P2=P1时达到平衡。2008-10-434气动调节阀的结构与原理调节阀的结构和组成气动保位阀气动保位阀是阀位保护装置。当阀门气源中断，或气源供给发生故障时，气动保位阀能够自动切断调节器与调节阀气室，或定位器输出与调节阀气室之间的通道，使调节阀的阀位保持原来的控制位置，避免调节阀因失气导致阀门开度突变对自动调节系统产生的扰动，保证调节回路中工艺参数不变。这样介质的被调作用不中断，故障消除后，气动保位阀立刻恢复正常位置。2008-10-435气动调节阀的结构与原理右图所示为气动保位阀的结构。当气源信号进入气室B时，作用在比较部件2上的力，与弹簧1的作用力进行比较。正常状态时，膜片比较部件2的推力，大于给定的弹簧力，此时平板阀芯3抬起，打开喷嘴4，通道处于正常工作状态。当气源发生故障而供气中断时，气室B的压力下降，在弹簧力作用下，平板阀芯3盖住喷嘴，切断了气室A与输出口的通道。也就是将气动执行机构的气室密封，使调节阀的工作位置保持在原来的位置上，起到保持阀位的作用。调节阀的结构和组成2008-10-436气动调节阀的结构与原理电厂常见气动阀分类1．“安全位置”的概念气动阀门在气动头尚未进气或气动头卸压后自动回复的稳定位置被称为该阀的“安全位置”。2．“失气关”和“失气开”的概念“失气开”-气动阀在气动头没有进气的时候，阀门在弹簧的作用下完全开启。当气动头充气后在隔膜上产生的作用力压缩弹簧使阀门关闭(如图1-1a);“失气关”-气动阀在气动头没有进气的时候，阀门在弹簧的作用下完全关闭。当气动头充气后在隔膜