控制閥門的設計探討

李勇

摘 要：控制閥門又叫做閥門，在運送流體的過程中起著非常重要的控制作用。其中具有代表性的便是安全閥門，控制閥門的存在，為流體運輸過程中的工作人員的人身安全及設備的安全性提供了保障，筆者便就安全閥門的設計進行研究，就此來研究控制閥門的設計。

關鍵詞：控制閥門 安全閥

前 言

安全閥作為鍋爐等受壓設備中最為重要的安全設備而廣泛應用于社會生活中，保障著設備和人身安全。不過在現實閥門設計過程中仍存在著許多問題，致使在安全閥門應用的過程中故障頻出，難以保障安全性，本文就安全閥門的設計研究來探討安全閥門的設計問題。

1定位器

氣動操作的閥門依靠定位器來接受由過程控制器提供的一個輸入信號并把它轉換成閥門行程。這些儀表可提供三種配置：（1）氣動式-一個氣動信號（通常3-15psig）被供應給定位器。這個定位器把它轉化成一個要求的閥門位置，并提供給閥門執行機構達到這個位置所需要的氣源壓力以把閥門移到正確的位置。（2）模擬式I/P-這種定位器具有與上面的定位器相同的功能，但是它使用電流（通常4-20毫安）而不是氣源作為輸入信號。（3）數字式-盡管這種定位器在功能與上面介紹的模擬式I/P定位器非常類似，但是不同點在于電氣信號的轉換是數字式的而非模擬式的。數字式產品又包括三種類型：①數字式不通信-一個電流信號（4-20毫安）供應給定位器。它驅動電子模塊并控制輸出。②HART-這與數字式不通信定位器是一樣的，但是它能夠在與用于模擬信號相同的導線上進行雙向數字通信。③現場總線—這種定位器接受基于數字的信號并使用數字式電子線路配合機械部件來定位閥門。全數字控制信號取代模擬控制信號。另外，在相同的導線上進行雙向數字通信也是可能的。這種現場通信技術向現場總線技術的轉移通過改善控制結構、增加生產能力和減少接線而使最終用戶受益。

使用模擬式的內置I/P定位器或數字式控制器這一種儀表，代替氣動定位器和轉換器兩種儀表的組合，會大大節約成本。把軟件命令植入裝置的記憶模塊的能力代表著數字式與模擬式I/P定位器層次之間的真正區別。這種能力可以實現閥門的自動組態和設置。最重要的是它可以實現雙向通信以進行過程、閥門和儀表的診斷。

使用數字式閥門控制器會減少回路調試成本，包括安裝和校驗。數字式閥門控制器會自動使用診斷以維持回路性能水平，并通過減小過程偏差度來改善過程控制。除此之外，數字式閥門控制器還有有兩個方面使得它們特別具有吸引力：（1）自動校驗和組態。跟傳統的零位和量程調校相比，可以取得明顯的時間節約。（2）閥門診斷。通過集散式控制系統（DCS）、PC軟件工具、或手操通訊器，用戶能夠當閥門在線時診斷閥門的健康狀況。

過去，現場人員在FlowScannerTM系統的幫助下，可以通過一系列的離線測試來診斷一個閥門的健康狀況。FlowScanner系統由端口、計算機和行程、人力傳感器組成。傳感連接至閥門，可以進行離線狀態的診斷測試。一個有經驗維護人員能決定閥門是否繼續使用或進行維修

數字儀表能夠延伸這種服務，具有額外的增強功能：因為傳感器是儀表的一部分，測試可隨時進行?，F在能夠通過HART或現場總線遠程地診斷閥門的健康狀況。在線診斷使得預見性維護成為可能。

這些優點對于我們現場應用極其重要。這種遠程能力可以實現閥門監視并向我們和閥門生產商報告設備的運行情況。如今我們以前所未有的水準診斷閥門的情況。預見性維修成為可能。當閥門工作時我們可以實時監控以了解它的性能。閥門性能隨使用時間增長而下降，對閥門性能的監視使我們可以預測何時必須替換或維修閥門。

2限位開關

限位開關向集散式控制系統，或驅動信號燈、小型電磁閥、繼電器或報警器提供離散型輸入。凸輪操作型限位開關典型地與兩至四個單獨的由閥桿運動操作的開關一起使用。安裝在執行機構旁邊的組件包含這些開關。每一個開關可以單獨地調整，可以提供信號給交流或直流系統。其它類型的安裝在閥門上的限位開關也有這種作用。

3電磁閥組

執行機構的類型和需要的失效安全工作模式決定了電磁閥的正確選擇。電磁閥可以用在雙作用活塞或單作用薄膜執行機構上。

4供氣壓力調節器

供氣壓力調節器，通稱為空氣組件，減小供應給閥門定位器和其它控制設備的現場氣源壓力。常用的經過減壓的氣源壓力有20、35和60psig。調壓器可以集成式地安裝在定位器上、或用螺紋接管套或用螺栓安裝在執行機構上。

5氣動鎖定系統

氣動鎖定系統與控制閥一起使用，在失去供氣壓力時鎖定執行機構當前的負載壓力。這些裝置可以與儲氣罐一起使用，在失去氣源壓力時把閥門移至全開或全閉位置。在供氣壓力恢復后，正常操作會自動地繼續。在功能上類似的結構也可以提供給使用薄膜執行機構的控制閥。

6電-氣轉換器

轉換器接受一個直流輸入信號，并使用一個力矩馬達、噴嘴擋板和氣動放大器把這個電氣信號轉換成一個成比例的氣動輸出信號。噴嘴壓力操縱放大器，并與力矩馬達的反饋波紋管相連接以進行輸入信號與噴嘴壓力之間的比較。電-氣轉換器可以直接安裝在閥門上，并且不需要另外的氣量增大器或定位器就可以使閥門工作。

7電-氣閥門定位器

電-氣定位器用在電氣控制回路里操作氣動薄膜控制閥執行機構。該定位器接受一個4-20毫安的直流輸入信號，并使用一個I/P轉換器、噴嘴擋板和氣動放大器把這個輸入信號轉換成一個氣動輸出信號。這個輸出信號直接作用于執行機構膜片，產生一個與輸入信號成比例的閥芯位置。閥芯位置通過機械裝置反饋給閥芯位置與輸入信號的力矩比較過程。分程操作能力可以在部分輸入信號范圍內提供執行機構的全行程動作。

8結語

隨著閥門行業重組步伐的加快，未來行業將是閥門產品質量安全和產品品牌之間的競爭，產品向高技術、高參數、耐強腐蝕、高壽命方向發展，只有通過不斷的技術創新，開發新產品，進行技術改造，才能逐步提高產品技術水平，滿足國內裝置配套，全面實現閥門的國產化。

參考文獻

[1] 邱曄親.淺談閥門設計領域中的知識構成問題[J].科技創新導報，2010（22）.

[2] 金偉增.低溫閥門設計的分析與結構設計[D].蘭州工業大學，2012.