氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的性能調(diào)試及主要性能分析

王志明　徐教珅

摘 要：氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥是自動(dòng)化系統(tǒng)中重要的控制和執(zhí)行單元，在化工和電力等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。分析了其應(yīng)用中所需要進(jìn)行的性能調(diào)試及主要性能，以指導(dǎo)實(shí)際的調(diào)整和測試，提高氣動(dòng)閥的使用效果。

關(guān)鍵詞：氣動(dòng)閥；功能分析；性能調(diào)試；性能分析

中圖分類號(hào)：TH138.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.124

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥是一種利用壓縮空氣為動(dòng)力源的自動(dòng)執(zhí)行裝置，通常分為直行程和角行程兩種。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的典型結(jié)構(gòu)為閥體、內(nèi)部零件、驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，應(yīng)用在不同工況的閥門還需要增加附件輔助實(shí)現(xiàn)功能。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥包括了定位器、EP轉(zhuǎn)換器、手動(dòng)操作裝置、阻尼器等。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的基本性能決定了其工作的準(zhǔn)確度，所以在使用該類閥門時(shí)，應(yīng)進(jìn)行測試和性能分析，保證應(yīng)用效果。

1 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的功能特征分析

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在實(shí)際應(yīng)用中突出的功能包括節(jié)流、調(diào)節(jié)、切斷、控制壓力、防堵、耐腐蝕等，其重要的功能就是調(diào)節(jié)功能。從這個(gè)角度看，其性能特征如下：①流量特征。反應(yīng)調(diào)節(jié)閥的開度和流量控制能適應(yīng)不同的工況要求，例如對(duì)流量的調(diào)節(jié)、對(duì)速度的調(diào)節(jié)等。②可調(diào)范圍。反應(yīng)調(diào)節(jié)閥對(duì)流量的控制范圍越大，則其性能越高。③小開度性能。小開度性能是受到結(jié)構(gòu)限制而出現(xiàn)的，如果性能差，則容易在小開度時(shí)出現(xiàn)震蕩、起跳等。高性能的調(diào)節(jié)閥可以進(jìn)行小開度微調(diào)。④流量系數(shù)。代表閥體通過性，即介質(zhì)通過性能，角行程的通過性相對(duì)較高。⑤響應(yīng)效率。為達(dá)到調(diào)節(jié)目標(biāo)參數(shù)所用的時(shí)間，即工作閥體的工作速度。

2 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥性能調(diào)試和性能分析

按照上述的功能特征分析，調(diào)節(jié)閥在實(shí)際的應(yīng)用中會(huì)體現(xiàn)出閥門行程、基本誤差、回差、死區(qū)、泄漏量、流量特征等性能特征。在調(diào)試中不能對(duì)性能進(jìn)行逐一測試，所以在測試中會(huì)對(duì)行程、誤差、泄漏量、流量特征等進(jìn)行檢測。

2.1 行程調(diào)試

行程測試就是從閥門的安全關(guān)閉到完全打開之間閥桿的移動(dòng)位移量，可以通過在信號(hào)轉(zhuǎn)換器中接入控制信號(hào)，通過控制信號(hào)輸入，測試閥門全開至全關(guān)過程的調(diào)節(jié)性能。

2.2 誤差以及死區(qū)

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在初步調(diào)試后，需要對(duì)閥門的基本誤差、回差、死區(qū)等進(jìn)行測試，具體情況如下：測量基本誤差和回差，將規(guī)定的信號(hào)輸入到控制器，增加或者減少的信號(hào)輸入到執(zhí)行器，測量各個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的行程，計(jì)算信號(hào)與行程之間的理論關(guān)系和實(shí)際曲線之間的差異，最大值就是基本誤差。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥檢驗(yàn)的點(diǎn)包括0%～100%，每25%為一個(gè)測點(diǎn)。完成正向測量后就可以反向進(jìn)行測量，即最大值到零，分五次進(jìn)行輸入，并作好記錄。計(jì)算基本誤差以及正反校驗(yàn)的值，可以確定最大的誤差。在測試中，將額定的信號(hào)輸入氣動(dòng)執(zhí)行裝置，氣動(dòng)閥門走完行程后，實(shí)際行程與預(yù)定行程之間也會(huì)出現(xiàn)差異，這個(gè)就是額定行程的偏差，也應(yīng)被記錄。

死區(qū)包括了零點(diǎn)死區(qū)、量程死區(qū)、50%死區(qū)。所謂“零點(diǎn)死區(qū)”，就是在0%的基礎(chǔ)上輸入信號(hào)（4 mA），確認(rèn)閥門完全關(guān)閉，然后慢慢增加信號(hào)。當(dāng)閥門開始啟動(dòng)時(shí)，開始記錄，這個(gè)輸入信號(hào)量的百分?jǐn)?shù)就是零點(diǎn)死區(qū)，例如閥門在4.5 mA出現(xiàn)動(dòng)作，則死區(qū)為3%. 量程死區(qū)則是對(duì)100%時(shí)輸入的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，確認(rèn)閥門完全打開，慢慢減少輸入信號(hào)，直至閥門開始復(fù)位則停止，計(jì)算方法與零點(diǎn)死區(qū)相似。50%死區(qū)是動(dòng)作到中間位置，即50%控制量時(shí)，確認(rèn)靜止在中間后，增加或者減小信號(hào)，即閥門開始動(dòng)作后就記錄為50%死區(qū)，其死區(qū)的計(jì)算方法與前面兩者一致。通常情況下，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的死區(qū)應(yīng)控制在3%以內(nèi)，在實(shí)際的測試中應(yīng)比較這個(gè)數(shù)值，測試其性能，如果超過標(biāo)準(zhǔn)范圍，應(yīng)及時(shí)檢查和修正。

2.3 B.S值測定

B.S值定義為閥門在自然狀態(tài)下能夠關(guān)閉或者開啟的力，對(duì)彈簧實(shí)施預(yù)壓的壓力。B.S值的測定是檢查閥門的功能實(shí)現(xiàn)，是調(diào)節(jié)閥門原始狀態(tài)的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。可以使得閥門獲得足夠的開啟或者關(guān)閉的外力，即彈簧機(jī)構(gòu)的作用力滿足控制要求。

氣動(dòng)閥門要實(shí)現(xiàn)功能，氣動(dòng)桿和閥門閥桿就必須隨著隔膜上加載的力進(jìn)行改變，閥門在周期性更換隔膜、常規(guī)檢修的過程中會(huì)改變彈簧作用范圍和作用力。這時(shí)就應(yīng)對(duì)閥門進(jìn)行校對(duì)，如果發(fā)現(xiàn)不能滿足形成需求，就需要對(duì)其進(jìn)行B.S測試，調(diào)整彈簧初始的動(dòng)作壓力來滿足恢復(fù)氣動(dòng)控制閥額定整定值和隔膜壓力的需求。其操作的步驟如下：記錄氣動(dòng)銘牌的B.S值；將壓縮空氣源接入系統(tǒng)；啟動(dòng)系統(tǒng)觸發(fā)氣動(dòng)頭執(zhí)行機(jī)構(gòu)，檢查氣壓表和氣動(dòng)頭的工作情況和漏氣情況；泄壓到0，調(diào)整氣動(dòng)桿并緩慢調(diào)整減壓閥升壓到規(guī)定的初始值，如果出現(xiàn)氣動(dòng)桿移動(dòng)，出現(xiàn)超前或者滯后現(xiàn)象，則應(yīng)調(diào)整彈簧螺母對(duì)其自然壓力進(jìn)行調(diào)整，直至大氣壓下氣動(dòng)桿動(dòng)作為止；設(shè)定好彈簧初始值后，測量氣動(dòng)桿的推動(dòng)距離，并緩慢減壓到銘牌B.S最大值，檢查壓力下閥門移動(dòng)的距離是否與機(jī)械行程一致，檢查中，B.S的誤差應(yīng)在±0.05 bar內(nèi)；測量調(diào)整后的彈簧螺母底部到支架之間的距離，并記錄；最后按照程序規(guī)定將聯(lián)軸器與氣動(dòng)桿、閥桿連接起來。

2.4 泄漏量測定

利用清潔的空氣或者液體進(jìn)行測量，并在閥門完全關(guān)閉后進(jìn)行測量，對(duì)閥門施加一定的壓力，按照最大工作壓差環(huán)境進(jìn)行。信號(hào)壓力為零，關(guān)閉執(zhí)行機(jī)構(gòu)，查看測試閥門兩側(cè)的介質(zhì)是否存在泄漏情況，并測量兩側(cè)壓差和流量，即為閥門的泄漏量。

2.5 流量特征測試

流量特征就是在前后壓差不變的情況下，介質(zhì)流過閥門的流量與閥芯形成之間的比例關(guān)系。即在不同開閉程度下流量和壓力的改變情況。在測試中取值按照每10%為一個(gè)測定節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測試。壓力和流量曲線則形成流量特征。常見的流量特征有快開、線性、等百分比三種，流量特征不同的閥門在實(shí)際工作中所體現(xiàn)的工作性能不同，在實(shí)際測試可以獲得實(shí)際流量特性，這也是現(xiàn)場調(diào)試的重要數(shù)據(jù)參數(shù)之一。

3 結(jié)束語

綜上所述，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在使用中因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)和控制特征而導(dǎo)致其使用性能出現(xiàn)差異，在使用中，應(yīng)對(duì)其主要特征進(jìn)行測試并明確其性能特征，二者相配合，按照性能特征選擇測試措施和項(xiàng)目，保證閥門的應(yīng)用效果，也為閥門的檢測和調(diào)試提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]張魯濱，李靜，吳志欣.氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥故障原因分析[J].化學(xué)工程與裝備，2010（01）：87-88.

[2]曹文斌.調(diào)節(jié)閥流量特性及動(dòng)態(tài)性能研究[D].蘭州：蘭州理工大學(xué)，2013.

〔編輯：王霞〕