控制阀细节分析之7_阀门定位器的连接

控制阀细节分析之七——阀门定位器与控制阀的连接

李宝华

摘要：阀门定位器是控制阀的重要附件，与执行机构配合使用，可以改善控制阀的静态特性和动态特性，克服阀杆的摩擦力并消除不平衡力的影响，实现控制信号对控制阀的准确定位，最终保证控制系统及工业过程的有效运行。对于阀门定位器与控制阀的连接，长期以来各个厂家各自设计配套，相互配用困难。随着控制系统和控制阀诊断技术的发展及最终用户需求的提高，阀门定位器与控制阀的连接标准化是对制造厂家的基本要求，而国际国内也早有相关标准发布实施。

本文试对阀门定位器与控制阀连接的技术细节进行分析探讨。

关键词：连接；阀门定位器；控制阀；标准化；技术细节；分析

引言

对于调节型的控制阀，配置阀门定位器已是用户普遍选择。阀门定位器与控制阀执行机构（主要是气动执行机构）配合使用，可以改善控制阀的静态特性和动态特性，克服阀杆的摩擦力并消除不平衡力的影响，实现控制信号对控制阀的准确定位，最终保证控制系统及工业过程的有效运行。在摩擦力大需要精确定位、缓慢过程需要提高控制阀响应速度、需要提高执行机构输出力和切断能力、分程控制和控制阀运行中有时需要改变正反作用形式、需要改变控制阀流量特性以及阀前后高压差的场合，都适用阀门定位器。控制阀预测性维护和使控制阀成为现场智能设备更是通过配置数字式阀门定位器来实现。

阀门定位器与控制阀的连接标准化符合工业产品先进制造技术的要求。同时，随着控制系统和总线技术的快速发展，终端控制元件及其配套的阀门定位器也要快速跟进，加之控制阀诊断技术的推出，对不同厂家的控制阀使用相同类型/型号的阀门定位器已是用户进行预测性维护和降低运行成本的手段之一。符合标准的产品也能增加制造厂家的市场竞争力。

国内外的控制阀生产厂家众多，造成控制阀品种多、规格多、参数多。仅此连接的问题而言，目前只有SAMSON、ARCA等一小部分制造厂家生产符合阀门定位器与控制阀连接标准的产品。笔者结合相关标准和部分控制阀产品试对阀门定位器与控制阀连接的技术细节进行分析探讨。

阀门定位器与控制阀的连接标准

对于阀门定位器与控制阀的连接，长期以来各个厂家各自设计配套，相互配用困难，有的连接结构也不太适合复杂现场环境、反馈部件和外管路繁杂、易碰损、抗震性差、维护不方便。欧洲国家尤其是德国很早就开始推动此项标准化工作。德国测量与控制标准协会（NAMUR）30多年前就制定有NE 04标准，业内称为NAMUR连接（NAMUR有一系列有关过程控制仪表连接的标准规范，国内控制仪表行业统称之为NAMUR连接），基本解决了不同厂家的控制阀执行机构与阀门定位器相互组合、方便互换的问题；后来在此基础上演变形成了IEC标准IEC 60534-6-1和IEC 60534-6-2。中国于2005年发布了等同于IEC的GB/T标准（GB/T 17213.6-2005和GB/T 17213.13-2005）并于2006年开始实施。而在德国，其德国工程师协会/德国电气工程师协会（VDI/VDE）也发布有阀门定位器与控制阀连接的VDI/VDE 3847标准和VDI/VDE 3845标准，

IEC 60534-6-1《工业过程控制阀第6-1部分定位器与控制阀执行机构连接的安装细节定位器在直行程执行机构上的安装》，目的是构筑阀门定位器在执行机构侧面连接的标准化，使各种阀门定位器能直接地或利用过渡支架安装于直行程执行机构上，以满足各种控制阀执行机构与阀门定位器能互换的要求。标准化安装方式适用于铸造支架、杆型（立柱）支架或某种中心管支架，结构规范了带有安装孔的凸缘（即NAMUR NE04标准中的NAMUR rib）、带安装螺孔的平面以及利用U形螺栓固定安装板。其中，带凸缘的铸造支架结构的规范尺寸见图1。

IEC 60534-6-2《工业过程控制阀第6-2部分定位器与控制阀执行机构连接的安装细节定位器在角行程执行机构上的安装》，适用于角行程执行机构，其基本结构和通用结构的规范尺寸见图2。

德国VDI/VDE 3847标准有两个部分，其第1部分针对直行程执行机构提出三种情况的连接标准：直接安装的集成连接方式、铸造支架的连接方式、杆型支架的连接方式。带有凸缘的铸造支架连接型式也就是NAMUR连接。VDI/VDE 3847第1部分中的铸造支架和杆型支架连接方式是与IEC 60534-6-1标准（GB/T 17213.6-2005）基本相同的。第1部分中的直接安装集成连接方式在IEC标准中并没有，但其具有的隐藏保护的反馈连接、无需外部配管的内置气路、很好的防碰撞抗震防护等特征受到大多最终用户的青睐，德国的控制阀和阀门定位器制造厂家基本都有符合直接安装集成连接的产品，计算选型配置时也优先选择直接集成连接方式。

（a ）基本结构（b ）通用结构

VDI/VDE 3847第2部分针对角行程执行机构，在连接的具体结构和尺寸上与IEC 60534-6-2（GB/T 17213.13-2005）有一些区别。

德国VDI/VDE 3845是关于附属设备（阀门定位器、阀位变送器、电磁阀等）与阀、执行机构连接的标准，其中：3.1节为适用于角行程执行机构的连接标准（所有德国厂家的角行程执行机构及以之相连接的阀门定位器都是按此标准设计连接）；4.1节为适用于直行程执行机构的连接标准。4.1节明确规定对于阀门定位器和阀位变送器与直行程执行机构的连接按IEC 60534-6标准执行，只是对电磁阀连接的型式、尺寸有具体要求。在VDI/VDE 3847中的直接集成连接的气路连接块部件上也规范有符合VDI/VDE 3845有关电磁阀无管连接的接口。

图2 角行程执行机构的连接尺寸图1 带凸缘铸造支架结构的连接尺寸（适用直行程执行机构） （a ）凸缘细节 （b ）标准化铸造支架结构

阀门定位器与控制阀的连接细节

阀门定位器与控制阀的连接标准化，是对所有控制阀、执行机构、阀门定位器制造商都适用的通用标准，使得控制阀配置阀门定位器及附件时有更多的选择和互补互换，但由于传统产品升级换代进展缓慢也影响了标准的推广。目前，全面按照阀门定位器与控制阀的连接标准设计定型产品的品牌厂家主要是德国的SAMSON 和ARCA ，而Fisher 只在2004年推出的GX 型上是符合连接标准的。相对来说，符合连接标准的阀门定位器产品比较普遍，全球知名厂家都已按连接标准化进行设计，都希望将阀门定位器配置到所有厂家的控制阀上，如SAMSON 的373x 系列/378x/3767/4763、Fisher 的DVC 2000/DVC 6000、Masoneilan 的SVI II 、ABB （H&B ）的TZID-C 、Metso Neles 的ND9000、Foxboro-Eckardt 的SRD960/991、Siemens 的SIPART PS2、ARCA 的827A ，等等。

SAMSON 着力推进产品标准化通用化，在模块化设计和部件最优化方面也做得更早一些，执行机构品种规格齐全，其中既有同时提供符合IEC 60534-6-1的铸造支架侧面凸缘接口和符合VDI/VDE 3847直接集成接口的3277型气动执行器（具有符合VDI/VDE 3847的直接集成连接的执行机构由于规范的支架尺寸和内置气路等原因，膜室尺寸受到结构限制，3277型膜片有效面积最大到700cm 2，共有6种尺寸）；也有从120到2 X 2800 cm 2有效面积、结构为符合IEC 60534-6-1铸造支架侧面凸缘的3271型气动执行器（有7种尺寸）。连接细节参见图3、图4。对角行程执行机构符合VDI/VDE 3845。

ARCA 的812系列执行机构在结构上具备符合IEC 60534-6-1的铸造支架侧面凸缘（NAMUR 连接）接口，并利用凸缘及符合VDI/VDE 3847规范部件进行直接集成，配用阀门定位器灵活方便。812系列尺寸只有320 cm 2和720cm 2两种。连接细节参见图5。

Fisher GX 型的执行机构符合IEC 60534-6-1的铸造支架侧面凸缘（NAMUR 连接）接口，也能直接集成安装（内置气路）DVC 2000阀门定位器，但这个直接集成接口不是按照VDI/VDE 3847标准的。GX 型尺寸最大为1200cm 2（还有225、750 cm 2两种尺寸）。连接细节参见图6a 、6b 。

图3 SAMSON 执行机构与3730系列阀门定位器的连接细节图4 SAMSON 直接集成连接细节 a 3730系列阀门定位器背面b 安装推杆夹块 c 安装底板

d 安装阀门定位器

e 直接集成安装后