氣動執(zhí)行機構(gòu)的原理及維護

關(guān)于氣動執(zhí)行機構(gòu)的原理及維護1概述氣動薄膜調(diào)節(jié)閥國外稱為控制閥，國內(nèi)習(xí)慣稱為調(diào)節(jié)閥，主要用于調(diào)節(jié)工業(yè)自動化過程控制領(lǐng)域中的介質(zhì)流量、壓力、溫度、液位等工藝參數(shù)。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，氣動薄膜調(diào)節(jié)閥作為自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的最終執(zhí)行機構(gòu)，得到越來越廣泛的應(yīng)用，在自動控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥是常用的執(zhí)行器。控制過程是否平穩(wěn)取決于調(diào)節(jié)閥能否準確動作，使過程控制體現(xiàn)為物料能量和流量的精確變化。第2頁,共17頁，2024年2月25日，星期天2

氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的工作原理及優(yōu)缺點

2.1

氣動薄膜調(diào)節(jié)閥工作原理當(dāng)氣室輸入了0.02～0.10MPa信號壓力之后，薄膜產(chǎn)生推力，使推力盤向下移動，壓縮彈簧，帶動推桿、閥桿、閥芯向下移動，閥芯離開了閥座，從而使壓縮空氣流通。當(dāng)信號壓力維持一定時，閥門就維持在一定的開度上。第3頁,共17頁，2024年2月25日，星期天

2.2

優(yōu)點

氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠，最突出的是價格便宜。在運行中不產(chǎn)生電火花，因此一些易燃環(huán)境下常采用氣動薄膜調(diào)節(jié)閥。此外，在某些腐蝕氣體或特別潮濕環(huán)境條件也常使用。2.3

缺點膜片承受的壓力較低，最大膜室壓力不能超過250KPa，加上彈簧要抵消絕大部分的壓力，余下的輸出力就很小了；為了提高輸出力，通常的做法是增大尺寸，使得執(zhí)行機構(gòu)的尺寸和重量變得很大，另一方面，工廠的氣源通常是500～700KPa，它只用到了250KPa，氣壓沒充分利用。第4頁,共17頁，2024年2月25日，星期天3

氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的組成氣動薄膜調(diào)節(jié)閥按其結(jié)構(gòu)和用途的不同種類很多，高壓氧能大多選用正作用、直通、單座等百分比調(diào)節(jié)閥，其標(biāo)準代號為ZMAP，主要由推力盤、彈簧、推桿、調(diào)節(jié)螺母。閥位標(biāo)尺、閥桿、閥芯、閥座、填料函、閥體、閥蓋和支架等組成。

氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機構(gòu)，工作時接受調(diào)節(jié)器或計算機的控制信號，用來改變被控介質(zhì)的流量，使被調(diào)參數(shù)維持在所要求的范圍內(nèi)，從而達到過程控制的自動化。第5頁,共17頁，2024年2月25日，星期天3.1

執(zhí)行機構(gòu)3.1.1氣動薄膜調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)的工作原理當(dāng)調(diào)節(jié)器或定位器的輸出信號輸入薄膜室后，信號壓力在薄膜上產(chǎn)生的推力，使推桿部件移動，并壓縮彈簧，直至彈簧的反作用力與信號壓力在薄膜上產(chǎn)生的推力相平衡為止。這時，推桿的移動就是氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)的位移，也稱行程。第6頁,共17頁，2024年2月25日，星期天3.1.2

氣動薄膜調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)的組成氣動執(zhí)行機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，動作可靠，性能穩(wěn)定，價格低，維護方便，防火防爆等優(yōu)點，特別是對于現(xiàn)場有防爆要求時，應(yīng)選用氣動執(zhí)行機構(gòu)，且接線盒為防爆型。在許多控制系統(tǒng)中獲得了廣泛地應(yīng)用，它分為正作用和反作用兩種執(zhí)行方式。正作用執(zhí)行機構(gòu)在輸入信號增加時，推桿的位移向外；反作用執(zhí)行機構(gòu)在輸入信號增加時，推桿的位移向內(nèi)。執(zhí)行機構(gòu)盡管在結(jié)構(gòu)上不完全相同，但基本結(jié)構(gòu)都包括放大器、可逆電機、減速裝置、推力機構(gòu)、機械限位組件和位置反饋等部件。第7頁,共17頁，2024年2月25日，星期天3.2

閥門定位器工作原理

閥門定位器是氣動執(zhí)行器的—種輔助儀表，它與氣動執(zhí)行器配套使用。閥門定位器是按力矩平衡原理工作的，來自調(diào)節(jié)器或輸出式安全柵的4～20mA直流信號輸入到轉(zhuǎn)換組件中的線圈時，由于線圈兩側(cè)各有一塊極性方向相同的永久磁鐵，所以線圈產(chǎn)生的磁場與永久磁鐵的恒定磁場，共同作用在線圈中間的可動鐵芯即閥桿上，使杠桿產(chǎn)生位移。當(dāng)輸入信號增加時，杠桿向下運動，固定在杠桿上的擋板便靠近噴嘴，使放大器背壓增高，經(jīng)放大后輸出氣壓也隨之增高。此輸出氣壓作用在調(diào)節(jié)閥的膜頭上，使調(diào)節(jié)閥的閥桿向下運動。閥桿的位移通過拉桿轉(zhuǎn)換為反饋軸和反饋壓板的角位移，并通過調(diào)量程支點作用于反饋彈簧上，該彈簧被拉伸，產(chǎn)生一個反饋力矩，使杠桿作順時針偏轉(zhuǎn)，當(dāng)反饋力矩和電磁力矩相平衡時,閥桿就穩(wěn)定于某一位置,從而實現(xiàn)了閥桿位移與輸入信號電流成正比例的關(guān)系。調(diào)整調(diào)量程支點于適當(dāng)位置，可以滿足調(diào)節(jié)閥不同桿行程的要求。而閥門根據(jù)控制信號的要求而改變閥門開度的大小來調(diào)節(jié)流量，是一個局部阻力可以變化的節(jié)流元件。調(diào)節(jié)閥門主要由上下閥蓋、閥體、閥瓣、閥座、填料及壓板等部件組成。閥門定位器與閥門配套使用，組成一個閉合控制回路的系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由磁電組件、零位彈簧、擋板、氣動功率放大器、調(diào)節(jié)閥、反饋杠桿、量程調(diào)節(jié)機構(gòu)、反饋彈簧組成。第8頁,共17頁，2024年2月25日，星期天3.2.2

定位器功能介紹

在圖2所示的氣動調(diào)節(jié)閥中，閥桿的位移是由薄膜上的氣壓推力與彈簧反作用力平衡來確定的。實際上，為了防止閥桿引出處的泄漏，填料總要壓得很緊。盡管填料選用密封性好而摩擦系數(shù)小的聚四氟乙烯優(yōu)質(zhì)材料，填料對閥桿的摩擦力仍是不小的。特別是在壓力較高的閥上，由于填料壓得很緊，摩擦力可能相當(dāng)大。此外，被調(diào)節(jié)流體對閥心的作用力，在閥的尺寸大或閥前后壓差高、流體粘性大及含有固體懸浮物時也可能相當(dāng)大。所有這些附加力都會影響執(zhí)行機構(gòu)與輸入信號之間的定位關(guān)系。使執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生回環(huán)特性，嚴重時造成調(diào)節(jié)系統(tǒng)振蕩。因此，在執(zhí)行機構(gòu)工作條件差及要求調(diào)節(jié)質(zhì)量高的場合，都在調(diào)節(jié)閥上加裝閥門定位器。閥門定位器接受調(diào)節(jié)器的輸出信號后，去控制氣動執(zhí)行器；當(dāng)氣動執(zhí)行器動作時，閥桿的位移又通過機械裝置負反饋到閥門定位器，因此定位器和執(zhí)行器組成了一個閉環(huán)回路，來自調(diào)節(jié)器輸出的信號p0經(jīng)定位器比例放大后輸出pa，用以控制氣動執(zhí)行機構(gòu)動作，位置反饋信號外送回至定位器，由此構(gòu)成一個使閥桿位移與輸入壓力成比例關(guān)系的負反饋系統(tǒng)。

閥門定位器能夠增加執(zhí)行機構(gòu)的輸出功率，減少調(diào)節(jié)信號的傳遞滯后，加快閥桿的移動速度，能提高信號與閥位間的線性度,克服閥桿的摩擦力和消除不平衡力的影響，從而保證調(diào)節(jié)閥的正確定位。

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氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的故障分析

4.1氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的常見故障

4.1.1

調(diào)節(jié)閥不動作

當(dāng)調(diào)節(jié)閥不動作時，首先用萬用表或者勁儀測量從總控室送來的4～20mA的電流信號，看控制信號是否送到現(xiàn)場，再檢查氣源，看氣源開關(guān)是否打開，如果氣源打開,檢查是否有儀表空氣。如果以上正常則檢查定位器看定位器是否有氣源。如果定位器無氣源可能過濾器堵塞、減壓閥故障、管道泄漏或堵塞。如果定位器有氣源無輸出，可能是定位器的節(jié)流孔堵塞。如果上述情況都正常則有可能是膜片裂損、膜片漏氣，膜片推力減?。婚y芯是與閥座或襯套卡死，閥桿彎曲等原因使調(diào)節(jié)閥不能動作。第10頁,共17頁，2024年2月25日，星期天4.1.2

調(diào)節(jié)閥動作正常，但不起調(diào)節(jié)作用這個故障現(xiàn)象也是比較常見的，造成這一故障的主要原因很可能是閥芯脫落、閥芯與閥座卡死、閥桿彎曲或折斷或者閥座閥芯凍結(jié)或焦塊污物。要認真檢查解決問題，查出問題的原因。另外還有一種常見的故障現(xiàn)象就是調(diào)節(jié)閥動作正常但是在調(diào)節(jié)的過程中開關(guān)不到位，當(dāng)全開或者全關(guān)及開到一半時均不到位，這種現(xiàn)象應(yīng)該從定位器方面查找原因，一般是打開定位器調(diào)節(jié)定位器內(nèi)的手輪就可以調(diào)整過來。第11頁,共17頁，2024年2月25日，星期天4.1.3調(diào)節(jié)閥不穩(wěn)定或產(chǎn)生振蕩

首先檢查氣源壓力和信號是否穩(wěn)定，如果是氣源壓力不夠，則可能是壓縮機容量太小或者是減壓閥故障。如果是信號壓力不穩(wěn)定，則可能是控制系統(tǒng)的時間常數(shù)（T＝RC）不適當(dāng)或者調(diào)節(jié)器輸出不穩(wěn)定。如果氣源壓力穩(wěn)定和信號壓力都穩(wěn)定，但調(diào)節(jié)閥的動作仍不穩(wěn)定，則可能是節(jié)閥徑選擇過大，經(jīng)常在小開度下工作或單座閥介質(zhì)在閥內(nèi)流動方向與關(guān)閉方向相同。第12頁,共17頁，2024年2月25日，星期天調(diào)節(jié)閥振蕩的主要原因有以下幾個方面

⑴調(diào)節(jié)閥在任何開度下都振動：①支撐不穩(wěn)；

②附近有振動源；

③閥芯與襯套磨損嚴重。

⑵調(diào)節(jié)閥在接近全閉位置時振動：

①調(diào)節(jié)閥選大了，常在小開度下使用；

②單座閥介質(zhì)流向與關(guān)閉方向相反。

⑶在閥芯與補套嚴重磨損，也可使調(diào)節(jié)閥在任何開度都發(fā)生振蕩。第13頁,共17頁，2024年2月25日，星期天4.1.4

調(diào)節(jié)閥泄漏量大

⑴閥全關(guān)時泄漏量大。

閥芯與閥座腐蝕、磨損而造成，有時也可能因閥體內(nèi)有異物、閥芯被墊住關(guān)不嚴，造成泄漏量大。

⑵閥達不到全閉位置。

①介質(zhì)壓差太大，執(zhí)行機構(gòu)剛性小，閥關(guān)不嚴；

②閥內(nèi)有異物；

③襯套燒結(jié)。第14頁,共17頁，2024年2月25日，星期天另外，閥門定位器和電器轉(zhuǎn)換期是調(diào)節(jié)閥的輔助裝置，它們接受調(diào)節(jié)器的輸人信號，然后以它自己輸出信號去控制調(diào)節(jié)閥，特別是閥門定位器，與氣動閥配套使用構(gòu)成一閉環(huán)控制回路，用以提高調(diào)節(jié)閥控制精度。克服填料函與閥桿的摩擦力，提高閥門動作速度，可實現(xiàn)分段控制改變調(diào)節(jié)閥的流量特性。因此，要想取得理想的調(diào)節(jié)效果，必須使調(diào)節(jié)閥與定位器配合好,應(yīng)用閥門定位器以提高調(diào)節(jié)閥的定位精度及工作可靠性，確保調(diào)節(jié)質(zhì)量。第15頁,共17頁，2024年2月25日，星期天4.2建立調(diào)節(jié)閥的預(yù)檢修機制

在日常的生產(chǎn)過程中，對調(diào)節(jié)閥的維護僅局限于對閥的故障處理，很少進行定期調(diào)校與定期檢修，在企業(yè)的計量管理規(guī)程中對此也沒有嚴格要求，事實上，閥的故障源于若干不穩(wěn)定因素的積累，積累到一定程度就形成故障，因此，在閥的故障形成之前就把這些不穩(wěn)定因素排除在萌芽狀態(tài)，不僅可以延長閥的使用壽命，還可以避免因閥的故障給生產(chǎn)帶來的嚴重影響。這就需要建立閥的預(yù)檢修機制或者說是定期檢修機制，建立預(yù)檢修機制以后，可以有充足的時間準備好備品、備件，并可根據(jù)閥的使用狀況對