隨著我國(guó)石化工業(yè)的發(fā)展,閥門(mén)行業(yè)蝶閥產(chǎn)品的口徑不斷增大,已達(dá)到1m以至幾米以上的直徑。針對(duì)大口徑閥門(mén)需要的啟閉扭矩與速度,對(duì)閥門(mén)的控制方式除采用手動(dòng)、氣動(dòng)和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)形式外,液壓傳動(dòng)與控制也得到了廣泛采用。為了使蝶閥調(diào)節(jié)裝置以更大扭矩滿足大型煤電站、熱電廠和石化行業(yè)的使用,研制了大型防爆蝶閥的電液伺服比例控制快關(guān)調(diào)節(jié)裝置,該裝置采用電液伺服比例控制技術(shù),控制精度為1/600,*大執(zhí)行扭矩為100000N·m。 大型防爆蝶閥電液伺服調(diào)節(jié)裝置的研制。

    2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
   大型防爆蝶閥的電液伺服比例控制快關(guān)調(diào)節(jié)裝置是為適應(yīng)石化工業(yè)日益發(fā)展的需要而研制開(kāi)發(fā)的新型產(chǎn)品。主要由防爆控制柜、大口徑蝶閥、液壓伺服控制系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和電氣控制系統(tǒng)等組成。

    2.1、液壓伺服控制系統(tǒng)
   液壓伺服控制系統(tǒng)由齒輪泵、電機(jī)、聯(lián)軸器、電液伺服比例閥、三位四通電磁換向閥、溢流閥、單向閥、節(jié)流閥、蓄能器、壓力繼電器、壓力表、高壓過(guò)濾器和油箱等元件組成。系統(tǒng)采用集成化模塊化設(shè)計(jì),系統(tǒng)**壓力由溢流閥設(shè)定。截止閥(HV5)的作用是釋放系統(tǒng)壓力油回油箱,節(jié)流閥用來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)開(kāi)、關(guān)閥的速度,壓力繼電器設(shè)定系統(tǒng)油壓控制的上下限點(diǎn),泵采用進(jìn)口高壓低噪聲的齒輪泵,立式安裝,閥選用進(jìn)口的螺紋插裝閥使系統(tǒng)的內(nèi)泄漏大大減少,節(jié)省能源,維修和安裝方便。過(guò)濾器采用倒置的高壓過(guò)濾器,結(jié)構(gòu)緊湊,保證系統(tǒng)油液清潔和各種控制閥能正常動(dòng)作。
   高性能電液伺服比例閥為滑套結(jié)構(gòu),比例閥內(nèi)四通閥芯可在滑套內(nèi)滑動(dòng)。滑套壓進(jìn)閥體內(nèi),對(duì)中彈簧使閥芯保持在中間位置,直線力馬達(dá)克服彈簧的對(duì)中力使閥芯在兩個(gè)方向上都可以偏離中間位置,平衡在一個(gè)新的位置。閥芯由集成有感應(yīng)電子傳感器的比例電磁鐵進(jìn)行閉環(huán)位置控制。閥芯位置閉環(huán)控制電子線路與脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電子線路固化為一集成塊,固定在伺服閥內(nèi)。
   當(dāng)電氣指令信號(hào)施加到閥芯位置控制集成塊時(shí),電子線路在直線力馬達(dá)產(chǎn)生脈寬調(diào)制電流,振蕩器使閥芯位置傳感器勵(lì)磁。經(jīng)解調(diào)以后的閥芯位置信號(hào)和指令信號(hào)進(jìn)行比較,使閥芯位置控制器產(chǎn)生電流輸出給直線力馬達(dá),直線力馬達(dá)驅(qū)動(dòng)閥芯移動(dòng)到指令位置。閥芯位置與指令信號(hào)成正比。當(dāng)閥芯移動(dòng),使壓力油P與A或B腔相通,壓力油快速進(jìn)入油缸的A或B腔,通過(guò)齒輪齒條推動(dòng)蝶閥完成開(kāi)啟和快速關(guān)閉等調(diào)節(jié)動(dòng)作。
   液壓伺服驅(qū)動(dòng)執(zhí)行扭矩為25～100kN·m,由液壓泵站提供液壓能,推動(dòng)執(zhí)行油缸完成蝶閥0°～90°的開(kāi)閉動(dòng)作。齒輪箱主軸頂部安裝有電子角位移檢測(cè)裝置,能正確的檢測(cè)出蝶閥的開(kāi)閉角度,并能及時(shí)發(fā)出信號(hào),指令電氣系統(tǒng)停止執(zhí)行油缸的開(kāi)閉動(dòng)作,控制精度為1/600。當(dāng)電源切斷后,執(zhí)行機(jī)構(gòu)還能用手動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)開(kāi)閉蝶閥。手動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪比≈1/138,*大執(zhí)行扭矩為5kN·m。蝶閥的開(kāi)閉角度可通過(guò)齒輪箱頂部的角度指示盤(pán)中的指針目測(cè)確定。
    2.2、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
   機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪箱的液壓驅(qū)動(dòng)部分由油缸、齒條和齒輪組成。當(dāng)液壓伺服系統(tǒng)向油缸提供壓力油時(shí),油缸帶動(dòng)齒條作往復(fù)運(yùn)動(dòng),齒條帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn),從而帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)打開(kāi)或關(guān)閉蝶閥。蝶閥開(kāi)閉的角度可過(guò)主軸頂部的齒輪帶動(dòng)電子角位移檢測(cè)裝置旋轉(zhuǎn)實(shí)施檢測(cè)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪箱的手搖驅(qū)動(dòng)部分由三級(jí)齒輪減速輪系組成。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪時(shí),齒輪通過(guò)齒輪軸帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn),使得蝶閥啟閉。蝶閥的開(kāi)閉角度,可通過(guò)齒輪箱頂部的角度指示盤(pán)中的指針目測(cè)確定。
   蓄能器是用于蝶閥慢開(kāi)、慢關(guān)和快關(guān)等動(dòng)作時(shí)提供能源。蓄能器規(guī)格的選擇必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算,每個(gè)系統(tǒng)是不同的,應(yīng)滿足系統(tǒng)保壓和蝶閥快關(guān)的要求。快速油缸是通過(guò)齒輪齒條推動(dòng)蝶閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu),為保證其運(yùn)行可靠設(shè)計(jì)時(shí)選用了進(jìn)口的密封圈,并設(shè)置了液壓緩沖以保護(hù)蝶閥,還設(shè)計(jì)節(jié)流裝置,按系統(tǒng)要求控制驅(qū)動(dòng)外界負(fù)載,直接安裝于齒輪齒條傳動(dòng)裝置上。
 
    2.3、電氣控制系統(tǒng)
   電氣控制系統(tǒng)的組成核心部件使用了高可靠性的PLC(可編程序控制器),所有的輸入輸出信號(hào)均由PLC來(lái)處理,人機(jī)會(huì)話由HMI(可編程觸摸屏)完成,方便直觀的人機(jī)會(huì)話環(huán)境,大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性及操作性,系統(tǒng)構(gòu)架和信號(hào)流程。
   (1)遠(yuǎn)程閥位主令(4～20mA)信號(hào)送入防爆控制柜(防爆等級(jí)dxIIBT4),接線端子臺(tái)(47+,48-),信號(hào)由端子臺(tái)輸送到PLC的模擬量輸入端(精度12位,細(xì)分1/4000)。由PLC的AD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成0～4000的數(shù)字量信號(hào),此數(shù)字量信號(hào)同時(shí)作為遠(yuǎn)程控制時(shí)的主令信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)操作(本地操作)狀態(tài)時(shí),在上電初始或由遠(yuǎn)程操作狀態(tài)轉(zhuǎn)換為本地操作狀態(tài)時(shí),系統(tǒng)將自動(dòng)將當(dāng)前的閥門(mén)位置作為系統(tǒng)主令,所有本地操作均以當(dāng)前閥門(mén)位置作為初始位置。
   (2)閥位信號(hào)由高精度角度傳感器(1/2000)將當(dāng)前閥位信號(hào)(0～90°)轉(zhuǎn)換成(0～715V)左右的電壓信號(hào),再由兩塊電壓電流轉(zhuǎn)換器(JD1、JD2)將此信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào),其中一路送至遠(yuǎn)程作為閥位指示,另一路送至PLC的模擬量輸入端,經(jīng)PLCAD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成0～4000的數(shù)字量作為閥位反饋信號(hào)。
   系統(tǒng)處于運(yùn)行的狀態(tài)下,系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)主令及閥門(mén)位置的差值調(diào)整閥門(mén)位置,使當(dāng)前閥門(mén)位置趨向于主令位置。系統(tǒng)控制精度>1/600時(shí),系統(tǒng)將當(dāng)前誤差信號(hào)處理放大后,轉(zhuǎn)換成-10～+10V之間的控制信號(hào),同時(shí)向電磁閥提供DC24V的電源,由此兩路信號(hào)驅(qū)動(dòng)伺服閥來(lái)控制閥門(mén)信號(hào)。電源為0V時(shí),閥門(mén)處于停止?fàn)顟B(tài)。
    3、技術(shù)特性

    3.1、參數(shù)
    型號(hào)HG-DF1,000/100,000-2
    閥門(mén)公稱壓力215MPa
    閥門(mén)公稱通徑1500mm
    抽汽工作壓力015～112MPa
    抽汽工作溫度≤425℃
    閥門(mén)控制方式電液聯(lián)動(dòng)
    閥門(mén)連接方式法蘭

    3.2、特點(diǎn)
    (1)具有100kN·m的輸出扭矩和015s的快速關(guān)閉性能,扭矩大,關(guān)閉速度快。
    (2)采用內(nèi)置式防爆措施,電控箱具有防爆性能,**可靠。
    (3)具有全行程1/600控制精度的性能。
    (4)具有遠(yuǎn)程操作與本地操作二種模式,控制方式先進(jìn)。
    (5)具有人機(jī)對(duì)話功能,操作維護(hù)方便。
    (6)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)合理,手動(dòng)靈敏,易操作。
    (7)主要元件工作壽命長(zhǎng),故障率低。
    (8)結(jié)構(gòu)緊湊,外形美觀。

    4、工作性能
    (1)慢開(kāi)/慢關(guān)
   在啟動(dòng)運(yùn)行后,PLC接收到信號(hào)后對(duì)伺服閥發(fā)出指令,使高壓油輸入到雙作用油缸的A側(cè),從而帶動(dòng)齒輪及閥門(mén)朝開(kāi)啟方向即可實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的緩慢開(kāi)啟,可調(diào)節(jié)節(jié)流閥實(shí)現(xiàn)閥門(mén)開(kāi)啟速度一定范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)。當(dāng)PLC接收到全開(kāi)位置的信號(hào)后,PLC仍持續(xù)發(fā)出指令一段時(shí)間,確保閥門(mén)到達(dá)全開(kāi)位置。閥門(mén)在慢開(kāi)/慢關(guān)過(guò)程中可任意位置停定,此時(shí)系統(tǒng)也將退出運(yùn)行狀態(tài)。閥門(mén)全開(kāi)后,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止閥門(mén)的慢開(kāi)/慢關(guān)動(dòng)作,且不會(huì)將系統(tǒng)退出運(yùn)行狀態(tài)。
    (2)快關(guān)
   在啟動(dòng)運(yùn)行后,PLC接收到快關(guān)信號(hào)后給伺服閥發(fā)出指令,伺服閥根據(jù)指令和閥位反饋信號(hào)使高壓油輸入到雙作用油缸的B側(cè),即可實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的快速關(guān)閉(≤015s)。系統(tǒng)處于快關(guān)閥門(mén)動(dòng)作狀態(tài),防止出現(xiàn)管路蒸汽繼續(xù)倒流事故,保護(hù)主裝置設(shè)備的**。此刻也可通過(guò)緩慢開(kāi)啟閥門(mén),同時(shí)也將解除閥門(mén)快關(guān)動(dòng)作狀態(tài)。另外,可以通過(guò)重新啟動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng),解除閥門(mén)快關(guān)動(dòng)作狀態(tài)。
    (3)遠(yuǎn)控
   可隨時(shí)激活電控箱本系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制接口,如用戶已接入使用,便可通過(guò)用戶遠(yuǎn)程控制房?jī)?nèi)的開(kāi)關(guān)信號(hào)實(shí)現(xiàn)與本系統(tǒng)電控箱相同的控制功能。另外,考慮到設(shè)備的實(shí)際使用情況,只設(shè)立遠(yuǎn)控快關(guān)功能。
    (4)保位
   當(dāng)PLC未接收到任何指令時(shí),電機(jī)、泵及齒輪不做任何運(yùn)動(dòng)。由于設(shè)備中的液壓元件采用的是無(wú)泄漏式元件,因此閥門(mén)在此狀態(tài)下保位。
    (5)緩沖
   為了減小閥門(mén)在快關(guān)過(guò)程中形成的沖擊,在閥門(mén)關(guān)至10%的行程時(shí),雙作用油缸中增加了可變節(jié)流緩沖。
    (6)狀態(tài)顯示及報(bào)警
    對(duì)閥門(mén)開(kāi)啟、關(guān)閉及快關(guān)等工作狀態(tài)進(jìn)行顯示,同時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)器錯(cuò)誤和開(kāi)關(guān)閥時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)和報(bào)警。

    5、結(jié)語(yǔ)
   大型防爆蝶閥的電液伺服比例控制快關(guān)調(diào)節(jié)裝置可安裝在熱電廠抽汽汽輪機(jī)組的抽汽管路上,在機(jī)組出現(xiàn)危急工況時(shí)實(shí)現(xiàn)抽汽管路的緊急切斷,裝置的快速關(guān)閉時(shí)間小于015s,阻止管路系統(tǒng)的蒸汽倒流入汽輪機(jī),保護(hù)汽輪發(fā)電機(jī)組的**。如某石化公司安裝通徑為1500mm,壓力為215MPa大型防爆蝶閥電液伺服比例控制快關(guān)調(diào)節(jié)裝置,各項(xiàng)性能指標(biāo)符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,取得了良好的使用效果。