李勇

摘 要：控制閥門(mén)又叫做閥門(mén)，在運(yùn)送流體的過(guò)程中起著非常重要的控制作用。其中具有代表性的便是安全閥門(mén)，控制閥門(mén)的存在，為流體運(yùn)輸過(guò)程中的工作人員的人身安全及設(shè)備的安全性提供了保障，筆者便就安全閥門(mén)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，就此來(lái)研究控制閥門(mén)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：控制閥門(mén) 安全閥

前 言

安全閥作為鍋爐等受壓設(shè)備中最為重要的安全設(shè)備而廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活中，保障著設(shè)備和人身安全。不過(guò)在現(xiàn)實(shí)閥門(mén)設(shè)計(jì)過(guò)程中仍存在著許多問(wèn)題，致使在安全閥門(mén)應(yīng)用的過(guò)程中故障頻出，難以保障安全性，本文就安全閥門(mén)的設(shè)計(jì)研究來(lái)探討安全閥門(mén)的設(shè)計(jì)問(wèn)題。

1定位器

氣動(dòng)操作的閥門(mén)依靠定位器來(lái)接受由過(guò)程控制器提供的一個(gè)輸入信號(hào)并把它轉(zhuǎn)換成閥門(mén)行程。這些儀表可提供三種配置：（1）氣動(dòng)式-一個(gè)氣動(dòng)信號(hào)（通常3-15psig）被供應(yīng)給定位器。這個(gè)定位器把它轉(zhuǎn)化成一個(gè)要求的閥門(mén)位置，并提供給閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)達(dá)到這個(gè)位置所需要的氣源壓力以把閥門(mén)移到正確的位置。（2）模擬式I/P-這種定位器具有與上面的定位器相同的功能，但是它使用電流（通常4-20毫安）而不是氣源作為輸入信號(hào)。（3）數(shù)字式-盡管這種定位器在功能與上面介紹的模擬式I/P定位器非常類(lèi)似，但是不同點(diǎn)在于電氣信號(hào)的轉(zhuǎn)換是數(shù)字式的而非模擬式的。數(shù)字式產(chǎn)品又包括三種類(lèi)型：①數(shù)字式不通信-一個(gè)電流信號(hào)（4-20毫安）供應(yīng)給定位器。它驅(qū)動(dòng)電子模塊并控制輸出。②HART-這與數(shù)字式不通信定位器是一樣的，但是它能夠在與用于模擬信號(hào)相同的導(dǎo)線上進(jìn)行雙向數(shù)字通信。③現(xiàn)場(chǎng)總線—這種定位器接受基于數(shù)字的信號(hào)并使用數(shù)字式電子線路配合機(jī)械部件來(lái)定位閥門(mén)。全數(shù)字控制信號(hào)取代模擬控制信號(hào)。另外，在相同的導(dǎo)線上進(jìn)行雙向數(shù)字通信也是可能的。這種現(xiàn)場(chǎng)通信技術(shù)向現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的轉(zhuǎn)移通過(guò)改善控制結(jié)構(gòu)、增加生產(chǎn)能力和減少接線而使最終用戶(hù)受益。

使用模擬式的內(nèi)置I/P定位器或數(shù)字式控制器這一種儀表，代替氣動(dòng)定位器和轉(zhuǎn)換器兩種儀表的組合，會(huì)大大節(jié)約成本。把軟件命令植入裝置的記憶模塊的能力代表著數(shù)字式與模擬式I/P定位器層次之間的真正區(qū)別。這種能力可以實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的自動(dòng)組態(tài)和設(shè)置。最重要的是它可以實(shí)現(xiàn)雙向通信以進(jìn)行過(guò)程、閥門(mén)和儀表的診斷。

使用數(shù)字式閥門(mén)控制器會(huì)減少回路調(diào)試成本，包括安裝和校驗(yàn)。數(shù)字式閥門(mén)控制器會(huì)自動(dòng)使用診斷以維持回路性能水平，并通過(guò)減小過(guò)程偏差度來(lái)改善過(guò)程控制。除此之外，數(shù)字式閥門(mén)控制器還有有兩個(gè)方面使得它們特別具有吸引力：（1）自動(dòng)校驗(yàn)和組態(tài)。跟傳統(tǒng)的零位和量程調(diào)校相比，可以取得明顯的時(shí)間節(jié)約。（2）閥門(mén)診斷。通過(guò)集散式控制系統(tǒng)（DCS）、PC軟件工具、或手操通訊器，用戶(hù)能夠當(dāng)閥門(mén)在線時(shí)診斷閥門(mén)的健康狀況。

過(guò)去，現(xiàn)場(chǎng)人員在FlowScannerTM系統(tǒng)的幫助下，可以通過(guò)一系列的離線測(cè)試來(lái)診斷一個(gè)閥門(mén)的健康狀況。FlowScanner系統(tǒng)由端口、計(jì)算機(jī)和行程、人力傳感器組成。傳感連接至閥門(mén)，可以進(jìn)行離線狀態(tài)的診斷測(cè)試。一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)維護(hù)人員能決定閥門(mén)是否繼續(xù)使用或進(jìn)行維修

數(shù)字儀表能夠延伸這種服務(wù)，具有額外的增強(qiáng)功能：因?yàn)閭鞲衅魇莾x表的一部分，測(cè)試可隨時(shí)進(jìn)行?，F(xiàn)在能夠通過(guò)HART或現(xiàn)場(chǎng)總線遠(yuǎn)程地診斷閥門(mén)的健康狀況。在線診斷使得預(yù)見(jiàn)性維護(hù)成為可能。

這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)于我們現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用極其重要。這種遠(yuǎn)程能力可以實(shí)現(xiàn)閥門(mén)監(jiān)視并向我們和閥門(mén)生產(chǎn)商報(bào)告設(shè)備的運(yùn)行情況。如今我們以前所未有的水準(zhǔn)診斷閥門(mén)的情況。預(yù)見(jiàn)性維修成為可能。當(dāng)閥門(mén)工作時(shí)我們可以實(shí)時(shí)監(jiān)控以了解它的性能。閥門(mén)性能隨使用時(shí)間增長(zhǎng)而下降，對(duì)閥門(mén)性能的監(jiān)視使我們可以預(yù)測(cè)何時(shí)必須替換或維修閥門(mén)。

2限位開(kāi)關(guān)

限位開(kāi)關(guān)向集散式控制系統(tǒng)，或驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈、小型電磁閥、繼電器或報(bào)警器提供離散型輸入。凸輪操作型限位開(kāi)關(guān)典型地與兩至四個(gè)單獨(dú)的由閥桿運(yùn)動(dòng)操作的開(kāi)關(guān)一起使用。安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)旁邊的組件包含這些開(kāi)關(guān)。每一個(gè)開(kāi)關(guān)可以單獨(dú)地調(diào)整，可以提供信號(hào)給交流或直流系統(tǒng)。其它類(lèi)型的安裝在閥門(mén)上的限位開(kāi)關(guān)也有這種作用。

3電磁閥組

執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類(lèi)型和需要的失效安全工作模式?jīng)Q定了電磁閥的正確選擇。電磁閥可以用在雙作用活塞或單作用薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。

4供氣壓力調(diào)節(jié)器

供氣壓力調(diào)節(jié)器，通稱(chēng)為空氣組件，減小供應(yīng)給閥門(mén)定位器和其它控制設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)氣源壓力。常用的經(jīng)過(guò)減壓的氣源壓力有20、35和60psig。調(diào)壓器可以集成式地安裝在定位器上、或用螺紋接管套或用螺栓安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。

5氣動(dòng)鎖定系統(tǒng)

氣動(dòng)鎖定系統(tǒng)與控制閥一起使用，在失去供氣壓力時(shí)鎖定執(zhí)行機(jī)構(gòu)當(dāng)前的負(fù)載壓力。這些裝置可以與儲(chǔ)氣罐一起使用，在失去氣源壓力時(shí)把閥門(mén)移至全開(kāi)或全閉位置。在供氣壓力恢復(fù)后，正常操作會(huì)自動(dòng)地繼續(xù)。在功能上類(lèi)似的結(jié)構(gòu)也可以提供給使用薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制閥。

6電-氣轉(zhuǎn)換器

轉(zhuǎn)換器接受一個(gè)直流輸入信號(hào)，并使用一個(gè)力矩馬達(dá)、噴嘴擋板和氣動(dòng)放大器把這個(gè)電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)成比例的氣動(dòng)輸出信號(hào)。噴嘴壓力操縱放大器，并與力矩馬達(dá)的反饋波紋管相連接以進(jìn)行輸入信號(hào)與噴嘴壓力之間的比較。電-氣轉(zhuǎn)換器可以直接安裝在閥門(mén)上，并且不需要另外的氣量增大器或定位器就可以使閥門(mén)工作。

7電-氣閥門(mén)定位器

電-氣定位器用在電氣控制回路里操作氣動(dòng)薄膜控制閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該定位器接受一個(gè)4-20毫安的直流輸入信號(hào)，并使用一個(gè)I/P轉(zhuǎn)換器、噴嘴擋板和氣動(dòng)放大器把這個(gè)輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)氣動(dòng)輸出信號(hào)。這個(gè)輸出信號(hào)直接作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜片，產(chǎn)生一個(gè)與輸入信號(hào)成比例的閥芯位置。閥芯位置通過(guò)機(jī)械裝置反饋給閥芯位置與輸入信號(hào)的力矩比較過(guò)程。分程操作能力可以在部分輸入信號(hào)范圍內(nèi)提供執(zhí)行機(jī)構(gòu)的全行程動(dòng)作。

8結(jié)語(yǔ)

隨著閥門(mén)行業(yè)重組步伐的加快，未來(lái)行業(yè)將是閥門(mén)產(chǎn)品質(zhì)量安全和產(chǎn)品品牌之間的競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)品向高技術(shù)、高參數(shù)、耐強(qiáng)腐蝕、高壽命方向發(fā)展，只有通過(guò)不斷的技術(shù)創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，進(jìn)行技術(shù)改造，才能逐步提高產(chǎn)品技術(shù)水平，滿足國(guó)內(nèi)裝置配套，全面實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的國(guó)產(chǎn)化。

參考文獻(xiàn)

[1] 邱曄親.淺談閥門(mén)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的知識(shí)構(gòu)成問(wèn)題[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010（22）.

[2] 金偉增.低溫閥門(mén)設(shè)計(jì)的分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[D].蘭州工業(yè)大學(xué)，2012.