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1 ZXP氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制原理引言
調(diào)節(jié)閥又名控制閥，調(diào)節(jié)閥的發(fā)展與工業(yè)生產(chǎn)過程的發(fā)展密切相關(guān)。計(jì)算機(jī)科學(xué)和自動(dòng)化儀表等高新科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了調(diào)節(jié)閥的發(fā)展。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展與控制裝置的廣泛應(yīng)用，調(diào)節(jié)閥也將開放、智能和更可靠，要求越來越強(qiáng)烈，使工業(yè)生產(chǎn)過程控制的功能更完善，精度更高和效果更明顯。

2 ZXP氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制原理工作原理
氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推力部件，以壓縮空氣為動(dòng)力源，以氣缸為執(zhí)行器，并借助于電氣閥門定位器、轉(zhuǎn)換器、電磁閥、保位閥等附件去驅(qū)動(dòng)閥門，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量或比例式調(diào)節(jié)，接收工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制信號(hào)來產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，完成調(diào)節(jié)管道介質(zhì)的：流量、壓力、溫度等各種工藝參數(shù)。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的特點(diǎn)就是控制簡單，反應(yīng)快速，且本質(zhì)安全，不需另外再采取防爆措施。

3 ZXP氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制原理執(zhí)行機(jī)構(gòu)
氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受信號(hào)壓力后，根據(jù)其推桿動(dòng)作方向的不同，可分為正作用式和反作用式兩種。
3.1 正作用式執(zhí)行機(jī)構(gòu)
當(dāng)信號(hào)壓力增大時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推桿向下動(dòng)作，稱作正作用式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)其信號(hào)壓力從0.002~0.1MPa時(shí)，推桿的位置從零走到全行程。其信號(hào)壓力與推桿位移的特性如圖1-a所示。正作用式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作原理如圖2-a所示。當(dāng)信號(hào)壓力進(jìn)入氣室時(shí)，在其膜片上產(chǎn)生一個(gè)推力，這樣使其推動(dòng)部件位移，將彈簧壓縮，直到彈簧的反作用力與信號(hào)壓力在膜片上產(chǎn)生的推力相平衡。其平衡方程式為PS=KL
式中P---進(jìn)入薄膜式的信號(hào)壓力；
S---波紋膜片的有效面積；
K---彈簧剛度；
L---執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推桿位移。
故 從上式可以看出，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型號(hào)規(guī)格確定后，其中P、K均為常數(shù)，則L∝P。
3.2 反作用式執(zhí)行機(jī)構(gòu)
當(dāng)信號(hào)壓力增大時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推桿向上動(dòng)作的叫做反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如圖1-b、圖2-b所示。當(dāng)信號(hào)壓力從0.02~0.1MPa時(shí)，推桿的位置從全行程走到零。其動(dòng)作原理和正作用式執(zhí)行機(jī)構(gòu)一樣，只不過其信號(hào)壓力進(jìn)入波紋膜片得下方，信號(hào)壓力增大時(shí)，波紋膜片向上移動(dòng)。

4 ZXP氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制原理調(diào)節(jié)閥
調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式較多，包括直通單座調(diào)節(jié)閥、直通雙座調(diào)節(jié)閥、三通閥、角型調(diào)節(jié)閥、高壓調(diào)節(jié)閥、隔膜調(diào)節(jié)閥、小流量調(diào)節(jié)閥、蝶閥、球閥等。
4.1 調(diào)節(jié)閥對調(diào)節(jié)參數(shù)的調(diào)節(jié)
在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中有被調(diào)參數(shù)、調(diào)節(jié)參數(shù)、干擾參數(shù)。調(diào)節(jié)參數(shù)是靠調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)的。當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中出現(xiàn)干擾時(shí)，被調(diào)參數(shù)將偏離給定值，調(diào)節(jié)器命調(diào)節(jié)閥對調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使被調(diào)參數(shù)回到給定值。
4.2 調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式
氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥閥分為正裝和反裝兩種。正裝時(shí)，閥芯向下位移，閥芯與閥座間的流通面積減小。反裝時(shí)，閥芯向下位移，閥芯與閥座間的流通面積增大。正裝與反裝時(shí)，閥芯與流通面積的關(guān)系如圖3所示。

5 ZXP氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制原理組合方式
從執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的分析中可以看到，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正作用式和反作用式兩種，調(diào)節(jié)閥有正裝和反裝兩種，故此，氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)的兩種形式是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正、反作用及調(diào)節(jié)閥的正、反裝綜合確定的。其組合方式有四種，如表1所示。

ZXP氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制原理主要技術(shù)參數(shù)

注：①彈簧范圍：氣開式優(yōu)先選用40-200Kpa及80-240Kpa；氣閉式優(yōu)先選用20-100KPa及40-200Kpa，可選用其它彈簧范圍。
        ②工作溫度劃分是根據(jù)閥體材料的壓力-溫度等級(jí)、使用工況、閥門的密封件材料等綜合因素來劃分的，各國劃分是有細(xì)微區(qū)別的，甚至每個(gè)廠家因使用的材料不一也會(huì)導(dǎo)致溫度劃分不一樣。

□ ZXP氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥主要零件材料

注：可根據(jù)工況選用其它材料

□ZXP氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制原理閥蓋型式

□ ZXP氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制原理型號(hào)編制說明

ZXP-□□K(B)
Z：執(zhí)行器大類，    X：新系列   P：單座調(diào)節(jié)閥
-□□：壓力級(jí)別：  如 16：1.6MPa   K(B)氣開(關(guān))式
ZXPQ-□□K(B)   Q：調(diào)節(jié)切斷型
ZXP-□□K(B)G   G：高溫型
ZXP-□□K(B)W   W：波紋管密封型
ZXP-□□K(B)J   J：夾套保溫型
ZXP-□□K(B)D   D：低溫型
ZXP-□□K(B)S   S：散熱型
備注：按國產(chǎn)調(diào)節(jié)閥統(tǒng)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)編制，言簡意明，避免市場上型號(hào)混亂，人為造成選型、采購、使用困難。

□ ZXP氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥允許壓差
1.氣開式                                                                    單位：MPa

注：① P：閥門定位器(氣開式帶不帶定位器是不影響允許壓差的)
        ② 對于 ZXPW 型單座波紋管密封調(diào)節(jié)閥，最大允許壓差為 1.0MPa，表中數(shù)據(jù)若數(shù)值小于1.0MPa 則不變， 若數(shù)值大于1.0MPa，則取值1.0MPa
        ③ 允許壓差僅僅指按標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)配置的數(shù)值，可根據(jù)具體工況條件另配執(zhí)行機(jī)構(gòu)來滿足使用要求
        ④ 同一閥門選用 80-240Kpa 彈簧其允許壓差是 40-200Kpa 彈簧允許壓差的 2 倍，由以上數(shù)據(jù)可知，氣開式單座調(diào)節(jié)閥盡量使用 40-200Kpa 彈簧或 80-240Kpa 彈簧
        ⑤ 以上數(shù)據(jù)是根據(jù)閥關(guān)閉時(shí)，閥后壓力 P2=0 時(shí)的計(jì)算值，在調(diào)節(jié)時(shí)允許壓差更大

6 ZXP氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制原理使用管理
操作是否正常，與調(diào)節(jié)閥的質(zhì)量及產(chǎn)生故障后的維修工作有很大的關(guān)系。由于調(diào)節(jié)閥的質(zhì)量原因，產(chǎn)生的故障多種多樣。而某一種故障的出現(xiàn)，也可能有不同的原因。

6.1 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要故障元件
（1）膜片。對于薄膜式氣動(dòng)機(jī)構(gòu)來說，膜片是最重要的元件。在氣源系統(tǒng)正常工作的情況下，如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)不動(dòng)作，首先應(yīng)想到膜片是否安裝好，是否破裂。當(dāng)金屬接觸面有尖角、毛刺等缺陷時(shí)，會(huì)把膜片扎破，而膜片絕對不能有泄漏。另外，如果膜片使用時(shí)間過長，因橡膠材料老化也會(huì)影響性能。
（2）彈簧。彈簧是調(diào)節(jié)閥的主要調(diào)節(jié)元件。如果制造、熱處理、材料選擇不當(dāng)，會(huì)使彈簧疲勞或斷裂。有引起彈簧在過大的載荷作用下，可能會(huì)產(chǎn)生斷裂。
（3）接氣管路。這是輸入氣壓通向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的通路，不能泄漏。因此，要經(jīng)常檢查是否泄漏。
（4）推桿。這是確保有足夠的行程來關(guān)閉調(diào)節(jié)閥。如推桿有彎曲、變形、會(huì)影響調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)性能。

6.2 調(diào)節(jié)閥的主要故障元件
（1）閥芯：它是調(diào)節(jié)閥起調(diào)節(jié)作用和密封作用的活動(dòng)元件，直接與介質(zhì)接觸，易受介質(zhì)的沖刷和腐蝕、磨蝕。在高壓差情況下更易損壞。所以要檢查它的磨損、沖刷及腐蝕情況，是否需要維修和更換。
（2）閥座：閥座密封面是保證閥門密封的關(guān)鍵部位。受介質(zhì)的沖刷、磨損和腐蝕，要檢查閥座的損壞情況。
（3）閥桿：閥桿與閥芯、推桿的連接，直接影響調(diào)節(jié)閥的性能。因此要檢查閥桿與閥芯、推桿的連接質(zhì)量，以及閥桿本身有無彎曲、變形。
（4）填料：檢查填料是否老化、缺油，填料是否壓緊。
（5）墊片及O形圈：墊片和O形圈是否老化變硬，影響密封性能。

6.3 ZXP氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制原理閥門定位器元件故障
（1）閥位行程傳感器失調(diào)造成調(diào)節(jié)閥閥位失調(diào)。閥位傳感器為一精密多圈電阻，內(nèi)置于閥桿套筒內(nèi)，由緊固件和閥桿相連，作用是輸出閥位反饋信號(hào)。當(dāng)閥行程傳感器的緊固件松動(dòng)后，會(huì)使閥行程零位時(shí)閥位傳感器的精密多圈電阻值超出正常范圍（正常為1950~2050Ω），造成調(diào)節(jié)閥閥位失靈，無法完成手/自動(dòng)校準(zhǔn)程序，閥位自動(dòng)運(yùn)動(dòng)到全開/全關(guān)位置。對發(fā)生連接緊固件松動(dòng)故障的定位器處理方法為：拆下，把反饋臂定位在零位，用萬用表測量閥位傳感器的精密多圈電阻值，調(diào)整閥位傳感器的連接軸，使萬用表指示在1950~2050Ω，然后鎖定連接軸，安裝閥行程傳感器緊固件和閥桿相連，問題得以解決。
（2）氣源不干凈致使閥門定位器內(nèi)部氣路堵塞造成調(diào)節(jié)閥閥位失調(diào)。對于發(fā)生氣路堵塞故障的處理方法為：拆下閥門定位器，對其氣路部分進(jìn)行清洗，保證氣路暢通，問題得以解決。
（3）I/P轉(zhuǎn)換部件問題造成調(diào)節(jié)閥閥位失調(diào)。當(dāng)I/P轉(zhuǎn)換部件燒毀時(shí)，閥門定位器氣動(dòng)中繼器就無法感受噴嘴所送出的壓力變化，也就無法去閥位進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于I/P部件問題導(dǎo)致閥位失調(diào)的情況，更換I/P部件得以解決。
（4）反饋臂脫落造成調(diào)節(jié)閥閥位失調(diào)。對反饋臂脫落情況的處理方法：在零信號(hào)位置，對應(yīng)實(shí)際閥位將反饋臂重新緊固便能解決問題。

7 ZXP氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制原理結(jié)束語
依據(jù)工作原理，結(jié)合自動(dòng)化儀表管理工程一線的運(yùn)管實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)真實(shí)的工程需求，總結(jié)調(diào)節(jié)閥故障處理技術(shù)。