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    0 引言

    在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，氣動調(diào)節(jié)閥應(yīng)用非常普遍，其作用也非常重要，關(guān)系到工業(yè)生產(chǎn)的安全性和經(jīng)濟性。在實際生產(chǎn)中，氣動調(diào)節(jié)閥需要按照工藝系統(tǒng)的要求來調(diào)節(jié)各個參數(shù)，使其滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。尤其是在很多重要環(huán)節(jié)中，氣動調(diào)節(jié)閥如果調(diào)節(jié)不當就會破壞整個生產(chǎn)過程并可能造成巨大的經(jīng)濟損失。一般而言，氣動調(diào)節(jié)閥正常工作時需要提供電源、氣源、信號源，任何信號的喪失都會引起閥門的不當動作。因此，在實際工業(yè)生產(chǎn)過程中，普遍采用三斷保護功能來保證氣動調(diào)節(jié)閥門的可靠工作。

    在工程實際中，斷電、斷氣、斷信號這三種故障中的一種或幾種情況發(fā)生時，氣動調(diào)節(jié)閥基于工藝安全因素考慮而自動地全開閥門、全關(guān)閥門或者是保持閥門故障前的位置—三斷保護。其中，關(guān)閥和開閥可以利用閥體中氣缸壓力和彈簧反力輕易實現(xiàn)。三斷保護中的保位功能實現(xiàn)起來卻比較復(fù)雜，因此，本文就兩種工程中廣泛應(yīng)用的三斷保護裝置中的保位功能方案進行分析比較。

    1 方案一

    如圖1所示，本方案主要由氣動控制閥、智能閥門定位器、氣鎖閥和空氣過濾減壓器等組成。

圖1 采用壓電閥的三斷保護原理圖

    正常工作時，氣源壓力（即氣鎖閥的信號壓力）大于氣鎖閥的設(shè)定壓力，智能閥門定位器輸出的氣源管路和氣動控制調(diào)閥上膜盒的氣源管路被連通，調(diào)節(jié)閥根據(jù)定位器的輸出指令進行動作。

    斷氣源時，氣源壓力（即氣鎖閥的信號壓力）小于氣鎖閥的設(shè)定壓力，氣鎖閥上的氣動執(zhí)行機構(gòu)動作，智能閥門定位器輸出的氣源管路和氣動控制調(diào)閥上膜盒的氣源管路自動被切斷，即氣動控制調(diào)閥的膜盒內(nèi)的壓力信號被鎖死不受外界氣源影響，維持原有的壓力信號和控制閥彈簧反力的平衡，從而實現(xiàn)在氣源故障時氣動控制調(diào)閥的閥位保持在故障前的位置。

    P/I轉(zhuǎn)換單元利用永久磁鋼、線圈、杠桿、噴嘴等部件將從控制系統(tǒng)輸出的電信號轉(zhuǎn)換成適用的氣壓信號，來推動啟動調(diào)節(jié)閥。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，P/I轉(zhuǎn)換單元分為噴嘴擋板式、壓電閥式和滑閥式三類。目前，市場上主流智能閥門定位器中的I/P轉(zhuǎn)換單元主要采用噴嘴擋板式或者壓電閥式。斷氣源時，采用上述兩種結(jié)構(gòu)的智能閥門定位器的動作原理相同，如上所述。現(xiàn)就斷信號和斷電時采用兩種不同結(jié)構(gòu)的智能閥門定位器的動作原理分別進行分析。

    （1）對于采用壓電閥式結(jié)構(gòu)的智能閥門定位器：

    斷信號時，定位器輸出被鎖定，氣動執(zhí)行機構(gòu)保持在當前位置。即無需增加任何附件，定位器本身能實現(xiàn)斷信號保位功能。

    斷電源時，如圖1所示，此種保護方案無需電源，故不存在斷電源保護。有無電源均對氣動調(diào)節(jié)閥的位置無影響。

    （2）對于采用噴嘴擋板式機構(gòu)的智能閥門定位器：

    其電源是串接在閥門輸入信號回路里，斷信號/電時，定位器能自動檢測出異常，輸出到氣動控制調(diào)閥膜盒內(nèi)的壓力信號被鎖定，氣動調(diào)閥保持在故障時的位置。即無需增加任何附件，定位器本身能實現(xiàn)斷電、斷信號保位功能。

    綜上分析，從結(jié)構(gòu)本身而言，采用壓電閥式結(jié)構(gòu)的智能閥門定位器的抗震性能要好。采用噴嘴擋板式機構(gòu)的智能閥門定位器斷信號時反應(yīng)更靈敏，并且結(jié)構(gòu)簡單、附件少，在使用過程中發(fā)生故障的幾率也相對較少。

    2 方案二

    如圖2所示，在本方案中，保護裝置主要由信號比較器、智能閥門定位器、單電控電磁換向閥、氣鎖閥等部件組成。我們能很直觀地看出，圖2所示的保護方案比圖1所示的保護方案更復(fù)雜。

圖2 采用信號比較器的三斷保護原理圖

    斷氣源時，氣鎖閥動作，將定位器輸出的氣動信號管路和氣動控制調(diào)閥的膜盒進氣管路連通，相當于繼續(xù)維持故障前的控制壓力信號和控制閥彈簧反力的平衡。故氣動控制調(diào)閥在斷氣源時無動作，繼續(xù)保持在故障前的位置。

    從圖2可以看出，輸入信號及電源均接到信號比較器，當斷電源、斷信號發(fā)生時，信號比較器檢測到電源/信號消失時，信號比較器動作，使得單電控電磁換向閥失電動作，切斷氣鎖閥的氣源供應(yīng)，即后續(xù)的保護動作和斷氣源時相同。

    上面只是就單作用氣動控制調(diào)閥的三斷保護功能進行分析。對于雙作用控制調(diào)閥的三斷保護功能的實現(xiàn)，只需將圖2中單通道氣鎖閥換成雙通道氣鎖閥，兩個通道分別連接控制調(diào)閥的上下膜室，即可實現(xiàn)雙作用控制調(diào)閥三斷時的保位功能。而對于三斷時，需要閥門回到安全位置的應(yīng)用場合，則需要在上述氣動管路圖中增加儲氣罐、二位三通電磁閥等附件即可實現(xiàn)。電磁閥失電后，向上膜盒供氣，則閥門關(guān)閉。電磁閥失電后，向下膜盒供氣，則閥門打開。

    智能閥門定位器主要是由電路部分和氣路部分組成。而根據(jù)工程實際經(jīng)驗，閥門故障多發(fā)生在氣路部分，定位器中的I/P轉(zhuǎn)換單元為損耗單元。I/P轉(zhuǎn)換單元中的一些膜片、密封環(huán)等橡膠制品，在高溫、油、水、蒸汽的環(huán)境中容易老化，并且在工程實際中，調(diào)節(jié)閥門一般都處于上述的惡劣環(huán)境中再加之頻換的調(diào)節(jié)動作，更是加速了這些部件的老化，這些實際工況使得I/P轉(zhuǎn)換單元成為調(diào)節(jié)閥易出故障的部件。

    3 結(jié)論

    綜上兩種方案的比較分析，方案一中的三斷保護裝置結(jié)構(gòu)簡單，配用附件少，安裝維修方便，相應(yīng)的工程應(yīng)用中故障點也少，并且也無需單獨供電。在重要的調(diào)節(jié)回路中，建議在實際工程中優(yōu)先選用方案一中的智能閥門定位器。

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