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阀门执行器——自力阀

阀门执行器——自力阀

     1 概述

     在管道流体控制中,自动控制阀是保证控制质量和提高效率的重要装置。近几年来,我们在探求阀门定位器结合自力式提供操作动力源的技术来促进普及阀门的自动化应用技术方面做了大量工作,并取得成果。以此技术可以开发出一种新颖执行器一自力阀的系列阀门品种。

      2 自力阀主体结构

     自力阀是由活塞执行机构和调节阀组成,配置辅助机构阀门定位器后,即构成为自力阀执行器体系。其中调节阀是由阀体与阀瓣组成,阀瓣设置在阀座的进口腔一侧。活塞执行机构是由活塞、活塞缸及活塞杆组成,设置在调节阀的阀体内与调节阀形成一个整体,活塞与阀瓣之间由活塞杆作活动连接。辅助机构阀门定位器为多通道分配阀形式,是通过信号输送通道管线与自力阀主体中的执行机构进行连接。

(图中所示:CX电气阀门定位器)

      3 工作原理

     首先阀门定位器是在接受输入的调节信号驱动下开始进行工作。这种调节信号可以是手动给出的,也可以是从自动控制系统调节环节中的调节器输出的。阀门定位器在调节信号驱动下,能将引进调节阀前作为输入的调节动力信号源的流体压力,以一定的规律变换成调节动力信号输出给活塞执行机构,对执行机构的活塞缸,以充卸压的形式调控活塞推力与阀瓣受到背压所产生的不平衡力之间的力平衡所处位置的位移点来调节阀的开度。

     自力阀在利用调节阀前的流体压力能作为动力源时,流体在阀的进出口或阀的内外必须存在压差,设计中可以考虑采用压力差为Δp≥0.02MPa。

      4 自力阀分类

     自力阀的主体可设计成截止型自力阀和节流型自力阀。截止自力阀中又分为设置有单活塞型和双活塞型。截止单活塞型自力阀,只在阀座出口一侧的腔内设置主活塞执行机构。截止双活塞型自力阀设置有主活塞执行机构与副活塞执行机构。主活塞执行机构设置在阀出口腔中,副活塞执行机构设置在阀进口腔中。主副活塞缸能在同时分别接受从阀门定位器出内容相反的充卸压信号情况下,对调节阀进行调节。节流型自力阀的执行机构形式与截止单活塞型自力阀的执行机构设置相同。但是阀的关闭件为节流阀型的阀瓣。并在阀的进口腔中设置有阀瓣调节阻尼活塞机构,用来调整阀的调节线性质量。

     自力阀的通径、压力和温度可以使用国内外通用标准设计。由于自力阀可以不受流体在阀的调节过程中所产生不平衡力参数的限制,可以设计出大通径和高压差参数的阀门品种。

      5 阀门定位器

     阀门定位器针对自力阀的3种型号和调节工艺的需求,所采用的形式不同。一种为两通柱塞滑阀结构的阀门定位器,它们可以与机械式的传感调节器组合成压力、温度和液位的工艺系列阀门定位器。机械传感调节器的工作信号传递过程的动力都来自于调节对象的势能。所以它们与自力阀的主体单元组合成的工艺自动调节系统可以称为工艺自力阀系列,如减压自力阀和温度自力阀等。还有一种是回转阀门定位器。

     回转阀门定位器是由阀体、设置有多通道的阀座、通道分配阀瓣、阀瓣密封压紧弹簧、阀杆、阀盖及密封件等主要构件组成。阀瓣与阀杆连接,坐落在阀座上,在压紧弹簧作用下使其可以加强阀瓣与阀座之间的密封性能。回转阀门定位器可以通过其阀杆接受输入的调节信号,阀杆在调节信号调控下,操作阀瓣的回转角(如0°~90°),改变通道的流向或者流量,以此实现将输入的信号动力源,变换成调节输出动力信号给活塞执行机构,实现对调节阀的调控。

     回转阀门定位器阀杆接受输入调节信号的操作动力来源有2种形式。一种为手控回转阀门定位器,在其阀杆上设置手柄,以手动方式向阀门定位器输出调节信号。另一种为电动回转阀门定位器,在其阀杆上设置电动机。将由调节器或手动操作器通过电动机驱动阀杆向阀门定位器输出调节信号。自力阀中的回转阀门定位器元件可以作为标准系列件来设计,试制中回转式阀门定位器其阀杆轴心转矩〈1N•m。电动阀门定位器一般采用电机功率10W。其可以适用于任何通径和压力级参数的调节阀中。

     回转阀门定位器设置通道数量的多少,是根据自力阀使用形式而定。如二通回转阀门定位器用于节流型自力阀中,三通回转阀门定位器用于截止型单活塞自力阀中,四通回转阀门定位器用于截止型双活塞自力阀中。

      6 自力阀产品开发   

      6.1 手动截止自力阀系列

      ① 手动截止自力阀

     采用截止双活塞型自力阀与手控四通回转阀门定位器组合,通过设置在回转阀上的操作手柄向阀门定位器输入调节信号对自力阀进行操作。DN100mm、PN1.6MPa的手动截止式自力阀的样机已试制成功。

     手动截止自力阀是采用了操作动力源就地取材自给供应技术,可以经济方便地将自动调节技术普及应用到常规的手动阀的调节机构中,其对任何通径和压力级的阀门调节驱动力〈1N.m。此时的阀门操作省力省时,方便快捷,能在数秒钟内做到有控制节奏地完成操作阀门的开关调节。截止自力阀可以作为一般通用阀来应用。

      ② 手动遥控截止自力阀

     在手动截止自力阀的组合基础上,将手动四通阀门定位器通过信号通道与自力阀作一定距离(〈20米)连接组合。可以在近距离内对自力阀进行操作。

     手动遥控截止自力阀因其可以将自力阀主体部分按照工艺布置安装,而将操作控制部分的阀门定位器分离,就近安装在操作方便、安全和环境相对理想的地方,这样可以很好地解决阀门因安装位置影响到对阀门操作的方便和安全性,以及易于对阀门的调节驱动系统的维护保养。另外由于手动遥控截止自力阀具有近距离遥控功能,因此可以在很大范围内替代电动阀。

      6.2 电动自力阀系列

      ① 电动截止自力阀

     采用双活塞型自力阀和辅助机构电动四通回转阀门定位器组成。通过设置在回转阀上的电动机向阀门定位器输入调节信号对自力阀进行操作。其通径DN100mm、PN1.6MPa的电动截止自力阀的样机已试制成功。电动截止自力阀的电动阀门定位器功率〈10W,执行信号源可以自给。因此可以经济、简洁和容易实现的方式为远程遥控技术控制的工艺管道流体输送,提供可靠的操作平台。

      ② 电动节流自力阀

     采用节流型自力阀与辅助机构电动两通回转阀门定位器组成。该阀可为流体自动控制工艺提供经济、简洁、易行和可靠的操作平台。随着传感和调节技术的发展,目前出现了智能型阀门。据资料介绍,智能阀所采用的执行器是气动阀或电动阀。这一类执行器因其会受到执行动力源供应和执行机构结构等使用条件的制约,使智能阀的普及应用受到限制。然而电动节流自力阀可以用作智能阀的执行器元件,从而可以推动智能阀普及应用的进程。

      6.3 机械传感调节自力阀系列

     机械传感调节自力阀系列产品由自力阀与辅助机构机械传感调节阀门定位器组成。该阀借助机械敏感元件(如柱塞滑阀的活塞与给定弹簧的组合等形式),接受调节对象的压力、液位或温度变化的信息,并按一定机械力的规律将其转换成操作信号,驱动阀门定位器输出操作指令信号,使之调节阀能根据调节对象的给定工艺参数进行自动调节。该系列自力阀可开发的产品有很多。

      ①减压自力阀:其功能是能在无级调节情形下,节流调节控制阀后流体的压力稳定。
      ②卸压自力阀:其功能是节流调节控制阀前流体的压力稳定。
      ③安全自力阀:是一种先导式安全阀。由压力传感调节阀门定位器与截止自力阀组合成。因其在采用起跳给定压力弹簧的参数值可以比常规安全阀所采用的小,为此这种安全阀的灵敏度高,复原性好。可以制作成高压和大口径的安全阀。
      ④液位调节阀:由浮桶式液位传感调节阀门定位器与自力阀组合成。可以对容器内的液位进行调控。该种液位自力阀产品,已用于一种名为“乳化油自动比例添加器”的自力式自动调节系统产品中,作为一个高压自动补水工艺中的液位调节单元应用。

      7 自力阀用途

      7.1 普及自动化控制技术

     由于自力阀执行机构的调节动力信号源能自给,这种信号源是流体在阀前后或阀内外的压差能,这种压差能可以小到0.02MPa,由此自力阀的安装使用成本可以与通用阀一样,就如同手动阀那样经济、方便和广泛地在管道上安装使用。流体调节工艺自动控制系统领域应用中,一切先进的传感调节技术都是在通过阀门定位器向调节阀的执行机构输出调节信号来实现的。自力阀作为自动控制执行器因采用了辅助机构阀门定位器这种技术,由此可以使一些先进的自动控制工艺也可以在管道流体控制工艺中得到普及应用。如可以应用电动自力阀对城市水、气、汽的输送管网建立中央程控系统等的工艺自控系统。

      7.2 设计高参数的阀门

     自力阀设计时可以不受不平衡力参数的制约,设计出大通径和高压力的自力阀,也可以设计出高温参数的自力阀。而此时阀门定位器调节执行动力均〈1J。由此对阀的操作可以做到省力快捷。

      7.3 性能好

     自力阀主体中的调节阀采用阀瓣为关闭件,这是阀类中结构较为简洁,关闭性能良好,使用寿命长的关闭件。还有自力阀在执行调节中活塞执行机构与阀瓣都是浮动在调节动力信号中,做到无支点的调节。由此,自力阀可以得到调节灵敏、安全可靠和调节质量高的性能。因自力阀的执行机构是在浮动无损工况下进行工作的,由此自力阀还能具有使用寿命长,维护保养少的特点。自力阀结构简单,制作成本接近于一般同规格的截止阀,作为自动阀体系来说,其制作成本可属于最低水平的一种,使之在阀门市场上具有相对的价格竞争优势。

      8 结语

     自力阀是以调节阀为主体,阀门定位器为辅助结构的模块式组合。自力阀的主体只是3种形式,而变换阀门定位器的品种则可以组合出10多种调节工艺品种的多种规格自力阀系列产品来。由此自力阀结构有利于工业产业化和规模集约经营生产。

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