大型防爆蝶閥電液伺服比例控制快關(guān)調節裝置的研制與應用
1、概述
隨著(zhù)我國石化工業(yè)的發(fā)展,閥門(mén)行業(yè)蝶閥產(chǎn)品的口徑不斷增大,已達到1m以至幾米以上的直徑。針對大口徑閥門(mén)需要的啟閉扭矩與速度,對閥門(mén)的控制方式除采用手動(dòng)、氣動(dòng)和電動(dòng)驅動(dòng)形式外,液壓傳動(dòng)與控制也得到了廣泛采用。為了使蝶閥調節裝置以更大扭矩滿(mǎn)足大型煤電站、熱電廠(chǎng)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)調節裝置,該裝置采用電液伺服比例控制技術(shù),控制精度為1 /600,最大執行扭矩為100 000N·m。
2、系統結構
大型防爆蝶閥的電液伺服比例控制快關(guān)調節裝置是為適應石化工業(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、機械傳動(dòng)機構和電氣控制系統等組成。
2.1、液壓伺服控制系統
液壓伺服控制系統由齒輪泵、電機、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(圖1) 。系統采用集成化模塊化設計, 系統安全壓力由溢流閥設定。截止閥(HV5)的作用是釋放系統壓力油回油箱,節流閥用來(lái)調節系統開(kāi)、關(guān)閥的速度,壓力繼電器設定系統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的內泄漏大大減少,節省能源,維修和安裝方便。過(guò)濾器采用倒置的高壓過(guò)濾器,結構緊湊,保證系統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構,比例閥內四通閥芯可在滑套內滑動(dòng)�；讐哼M(jìn)閥體內,對中彈簧使閥芯保持在中間位置,直線(xiàn)力馬達克服彈簧的對中力使閥芯在兩個(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(xiàn)路與脈寬調制驅動(dòng)電子線(xiàn)路固化為一集成塊,固定在伺服閥內。
當電氣指令信號施加到閥芯位置控制集成塊時(shí),電子線(xiàn)路在直線(xiàn)力馬達產(chǎn)生脈寬調制電流,振蕩器使閥芯位置傳感器勵磁。經(jīng)解調以后的閥芯位置信號和指令信號進(jìn)行比較,使閥芯位置控制器產(chǎn)生電流輸出給直線(xiàn)力馬達,直線(xiàn)力馬達驅動(dòng)閥芯移動(dòng)到指令位置。閥芯位置與指令信號成正比。當閥芯移動(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)閉等調節動(dòng)作。
液壓伺服驅動(dòng)執行扭矩為25～100kN·m,由液壓泵站提供液壓能,推動(dòng)執行油缸完成蝶閥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裝置,能正確的檢測出蝶閥的開(kāi)閉角度,并能及時(shí)發(fā)出信號,指令電氣系統停止執行油缸的開(kāi)閉動(dòng)作,控制精度為1/600。當電源切斷后,執行機構還能用手動(dòng)驅動(dòng)機構開(kāi)閉蝶閥。手動(dòng)驅動(dòng)機構的齒輪比≈ 1 /138,最大執行扭矩為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)中的指針目測確定。
圖1 大型防爆蝶閥液壓伺服控制系統
2.2、機械傳動(dòng)機構
機械傳動(dòng)機構齒輪箱的液壓驅動(dòng)部分由油缸、齒條和齒輪組成(圖2) 。當液壓伺服系統向油缸提供壓力油時(shí),油缸帶動(dòng)齒條作往復運動(dòng),齒條帶動(dòng)齒輪旋轉,從而帶動(dòng)主軸旋轉打開(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)電子角位移檢測裝置旋轉實(shí)施檢測。傳動(dòng)機構齒輪箱的手搖驅動(dòng)部分由三級齒輪減速輪系組成。當轉動(dòng)手輪時(shí),齒輪通過(guò)齒輪軸帶動(dòng)主軸旋轉,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。蓄能器規格的選擇必須經(jīng)過(guò)嚴格的計算,每個(gè)系統是不同的,應滿(mǎn)足系統保壓和蝶閥快關(guān)的要求�？焖儆透资峭ㄟ^(guò)齒輪齒條推動(dòng)蝶閥的執行機構,為保證其運行可靠設計時(shí)選用了進(jìn)口的密封圈,并設置了液壓緩沖以保護蝶閥,還設計節流裝置,按系統要求控制驅動(dòng)外界負載,直接安裝于齒輪齒條傳動(dòng)裝置上。
圖2 機械傳動(dòng)機構
2.3、電氣控制系統
電氣控制系統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均由PLC來(lái)處理,人機會(huì )話(huà)由HM I(可編程觸摸屏)完成,方便直觀(guān)的人機會(huì )話(huà)環(huán)境,大大增強了系統的可維護性及操作性,系統構架和信號流程見(jiàn)圖3。
圖3 電氣控制系統
