气动执行机构的原理及维护

• 3.2.2 定位器功能介绍 • 在图2所示的气动调节阀中，阀杆的位移是由薄膜上的气压推力与弹
簧反作用力平衡来确定的。实际上，为了防止阀杆引出处的泄漏，填 料总要压得很紧。尽管填料选用密封性好而摩擦系数小的聚四氟乙烯 优质材料，填料对阀杆的摩擦力仍是不小的。特别是在压力较高的阀 上，由于填料压得很紧，摩擦力可能相当大。此外，被调节流体对阀 心的作用力，在阀的尺寸大或阀前后压差高、流体粘性大及含有固体 悬浮物时也可能相当大。所有这些附加力都会影响执行机构与输入信 号之间的定位关系。使执行机构产生回环特性，严重时造成调节系统 振荡。因此，在执行机构工作条件差及要求调节质量高的场合，都在 调节阀上加装阀门定位器。阀门定位器接受调节器的输出信号后，去 控制气动执行器；当气动执行器动作时，阀杆的位移又通过机械装置 负反馈到阀门定位器，因此定位器和执行器组成了一个闭环回路，来 自调节器输出的信号p0经定位器比例放大后输出pa，用以控制气动执 行机构动作，位置反馈信号外送回至定位器，由此构成一个使阀杆位 移与输入压力成比例关系的负反馈系统。 • 阀门定位器能够增加执行机构的输出功率，减少调节信号的传递滞 后，加快阀杆的移动速度，能提高信号与阀位间的线性度,克服阀杆的 摩擦力和消除不平衡力的影响，从而保证调节阀的正确定位。
2 气动薄膜调节阀的工作原理及优缺点
• 2.1 气动薄膜调节阀工作原理 • 当气室输入了0压缩 弹簧，带动推杆、阀杆、阀芯向下移动， 阀芯离开了阀座，从而使压缩空气流通。 当信号压力维持一定时，阀门就维持在一 定的开度上。
• 2.2 优点
• 5 结束语
• 气动薄膜调节阀是我们化工企业广泛使用的仪表 之一。它准确正常地工作对保证工艺装置的正常 运行和安全生产有着重要的意义。因此加强气动 调节阀的维修是必要的。通过以上对气动薄膜调 节阀一些介绍和故障分析，在以后的工作中对减 少调节阀故障，降低仪表故障率，对稳定企业生 产，降低成本，提高效益起到积极的促进作用， 同时还可以优化工艺操作，保证生产装置的长周 期稳定运行。
• 3.1 执行机构
• 3.1.1气动薄膜调节阀执行机构的工作原理
• 当调节器或定位器的输出信号输入薄膜室 后，信号压力在薄膜上产生的推力，使推 杆部件移动，并压缩弹簧，直至弹簧的反 作用力与信号压力在薄膜上产生的推力相 平衡为止。这时，推杆的移动就是气动薄 膜执行机构的位移，也称行程。
• 3.1.2 气动薄膜调节阀执行机构的组成
• 4 气动薄膜调节阀的故障分析
• 4.1气动薄膜调节阀的常见故障
• 4.1.1 调节阀不动作
• 当调节阀不动作时，首先用万用表或者劲仪测量从总控室 送来的4～20mA的电流信号，看控制信号是否送到现场， 再检查气源，看气源开关是否打开，如果气源打开,检查 是否有仪表空气。如果以上正常则检查定位器看定位器是 否有气源。如果定位器无气源可能过滤器堵塞、减压阀故 障、管道泄漏或堵塞。如果定位器有气源无输出，可能是 定位器的节流孔堵塞。如果上述情况都正常则有可能是膜 片裂损、膜片漏气，膜片推力减小；阀芯是与阀座或衬套 卡死，阀杆弯曲等原因使调节阀不能动作。
• 3 气动薄膜调节阀的组成
• 气动薄膜调节阀按其结构和用途的不同种类很多， 高压氧能大多选用正作用、直通、单座等百分比 调节阀，其标准代号为ZMAP，主要由推力盘、 弹簧、推杆、调节螺母。阀位标尺、阀杆、阀芯、 阀座、填料函、阀体、阀盖和支架等组成。 气动 薄膜调节阀的执行机构，工作时接受调节器或计 算机的控制信号，用来改变被控介质的流量，使 被调参数维持在所要求的范围内，从而达到过程 控制的自动化。
• 3.2 阀门定位器工作原理
• 阀门定位器是气动执行器的—种辅助仪表，它与气动执行器配套使用。 阀门定位器是按力矩平衡原理工作的，来自调节器或输出式安全栅的 4～20mA直流信号输入到转换组件中的线圈时，由于线圈两侧各有一 块极性方向相同的永久磁铁，所以线圈产生的磁场与永久磁铁的恒定 磁场，共同作用在线圈中间的可动铁芯即阀杆上，使杠杆产生位移。 当输入信号增加时，杠杆向下运动，固定在杠杆上的挡板便靠近喷嘴， 使放大器背压增高，经放大后输出气压也随之增高。此输出气压作用 在调节阀的膜头上，使调节阀的阀杆向下运动。阀杆的位移通过拉杆 转换为反馈轴和反馈压板的角位移，并通过调量程支点作用于反馈弹 簧上，该弹簧被拉伸，产生一个反馈力矩，使杠杆作顺时针偏转，当 反馈力矩和电磁力矩相平衡时,阀杆就稳定于某一位置,从而实现了阀 杆位移与输入信号电流成正比例的关系。调整调量程支点于适当位置， 可以满足调节阀不同杆行程的要求。而阀门根据控制信号的要求而改 变阀门开度的大小来调节流量，是一个局部阻力可以变化的节流元件。 调节阀门主要由上下阀盖、阀体、阀瓣、阀座、填料及压板等部件组 成。阀门定位器与阀门配套使用，组成一个闭合控制回路的系统。该 系统主要由磁电组件、零位弹簧、挡板、气动功率放大器、调节阀、 反馈杠杆、量程调节机构、反馈弹簧组成。
气动执行机构的原理及维 护
徐涛
1概述
• 气动薄膜调节阀国外称为控制阀，国内习 惯称为调节阀，主要用于调节工业自动化 过程控制领域中的介质流量、压力、温度、 液位等工艺参数。随着工业自动化程度的 不断提高，气动薄膜调节阀作为自动调节 系统的最终执行机构，得到越来越广泛的 应用，在自动控制系统中，调节阀是常用 的执行器。控制过程是否平稳取决于调节 阀能否准确动作，使过程控制体现为物料 能量和流量的精确变化。
• 4.1.4 调节阀泄漏量大 • ⑴阀全关时泄漏量大。
• 阀芯与阀座腐蚀、磨损而造成，有时也可能因阀 体内有异物、阀芯被垫住关不严，造成泄漏量 大。
• ⑵阀达不到全闭位置。 • ①介质压差太大，执行机构刚性小，阀关不严； • ②阀内有异物； • ③衬套烧结。
• 另外，阀门定位器和电器转换期是调节阀的辅助 装置，它们接受调节器的输人信号，然后以它自 己输出信号去控制调节阀，特别是阀门定位器， 与气动阀配套使用构成一闭环控制回路，用以提 高调节阀控制精度。克服填料函与阀杆的摩擦力， 提高阀门动作速度，可实现分段控制改变调节阀 的流量特性。因此，要想取得理想的调节效果， 必须使调节阀与定位器配合好,应用阀门定位器以 提高调节阀的定位精度及工作可靠性，确保调节 质量。
• 气动执行机构具有结构简单，动作可靠，性能稳定，价格 低，维护方便，防火防爆等优点，特别是对于现场有防爆 要求时，应选用气动执行机构，且接线盒为防爆型。在许 多控制系统中获得了广泛地应用，它分为正作用和反作用 两种执行方式。
• 正作用执行机构在输入信号增加时，推杆的位移向外；反 作用执行机构在输入信号增加时，推杆的位移向内。执行 机构尽管在结构上不完全相同，但基本结构都包括放大器、 可逆电机、减速装置、推力机构、机械限位组件和位置反 馈等部件。
• 4.1.3调节阀不稳定或产生振荡
• 首先检查气源压力和信号是否稳定，如果是气源 压力不够，则可能是压缩机容量太小或者是减压 阀故障。如果是信号压力不稳定，则可能是控制 系统的时间常数（T＝RC）不适当或者调节器输 出不稳定。如果气源压力稳定和信号压力都稳定， 但调节阀的动作仍不稳定，则可能是节阀径选择 过大，经常在小开度下工作或单座阀介质在阀内 流动方向与关闭方向相同。
• 气动薄膜调节阀的执行机构结构简单，使用可靠，最突出 的是价格便宜。在运行中不产生电火花，因此一些易燃环 境下常采用气动薄膜调节阀。此外，在某些腐蚀气体或特 别潮湿环境条件也常使用。
• 2.3 缺点
• 膜片承受的压力较低，最大膜室压力不能超过250KPa， 加上弹簧要抵消绝大部分的压力，余下的输出力就很小了； 为了提高输出力，通常的做法是增大尺寸，使得执行机构 的尺寸和重量变得很大，另一方面，工厂的气源通常是 500～700KPa，它只用到了250KPa，气压没充分利用。
• 4.2建立调节阀的预检修机制 • 在日常的生产过程中，对调节阀的维护仅局限于对阀的故
障处理，很少进行定期调校与定期检修，在企业的计量管 理规程中对此也没有严格要求，事实上，阀的故障源于若 干不稳定因素的积累，积累到一定程度就形成故障，因此， 在阀的故障形成之前就把这些不稳定因素排除在萌芽状态， 不仅可以延长阀的使用寿命，还可以避免因阀的故障给生 产带来的严重影响。这就需要建立阀的预检修机制或者说 是定期检修机制，建立预检修机制以后，可以有充足的时 间准备好备品、备件，并可根据阀的使用状况对阀进行全 面的维护保养，从而提高阀的使用性能及使用寿命。通过 预检修机制的建立，不仅可以增加调节阀的使用寿命，减 少调节阀故障，降低仪表故障率，还可对稳定企业生产， 降低成本，提高效益起到积极的促进作用，同时还可以优 化工艺操作，保证生产装置的长周期稳定运行。
• 4.1.2 调节阀动作正常，但不起调节作用
• 这个故障现象也是比较常见的，造成这一故障的 主要原因很可能是阀芯脱落、阀芯与阀座卡死、 阀杆弯曲或折断或者阀座阀芯冻结或焦块污物。 要认真检查解决问题，查出问题的原因。
• 另外还有一种常见的故障现象就是调节阀动作正 常但是在调节的过程中开关不到位，当全开或者 全关及开到一半时均不到位，这种现象应该从定 位器方面查找原因，一般是打开定位器调节定位 器内的手轮就可以调整过来。
• 调节阀振荡的主要原因有以下几个方面 • ⑴调节阀在任何开度下都振动： • ①支撑不稳； • ②附近有振动源； • ③阀芯与衬套磨损严重。 • ⑵调节阀在接近全闭位置时振动： • ①调节阀选大了，常在小开度下使用； • ②单座阀介质流向与关闭方向相反。
• ⑶在阀芯与补套严重磨损，也可使调节阀在任何 开度都发生振荡。