氣動(dòng)調(diào)門零位突擺原因分析及解決方案

楊峰

摘 要：托克托5號(hào)機(jī)組過熱減溫水調(diào)門2015年11月在閥門關(guān)到0位之后頻繁出現(xiàn)閥門突開的情況，經(jīng)過多次排查，發(fā)現(xiàn)其反饋裝置設(shè)計(jì)有問題，死區(qū)較大，導(dǎo)致調(diào)門在零位附近會(huì)發(fā)生擺動(dòng)。雖然目前有一些成熟的方案可以解決但無法在線對(duì)其進(jìn)行更換，同時(shí)需要專用的備件，采購周期較長(zhǎng)。本文提出一種簡(jiǎn)單可以行的方式來應(yīng)對(duì)這種狀況，不需要額外采購設(shè)備，并且獲得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：調(diào)門反饋裝置 死區(qū)間隙

中圖分類號(hào)：TM621文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-9082（2019）04-0-02

引言

托克托5號(hào)機(jī)組過熱減溫水調(diào)門2015年11月在閥門關(guān)到0位之后頻繁出現(xiàn)閥門突開的情況，經(jīng)過多次排查，發(fā)現(xiàn)其反饋裝置設(shè)計(jì)有所問題，零位死區(qū)偏大。該調(diào)門使用的非西門子專用的防死區(qū)反饋連桿。雖然目前國內(nèi)外都有一些成熟的方案可以解決這個(gè)問題，但無法在線對(duì)其進(jìn)行更換，同時(shí)還需要額外采購反饋裝置，導(dǎo)致消缺周期變長(zhǎng)，成本增加。本文提出一種簡(jiǎn)單可以行的方式來應(yīng)對(duì)這種狀況，經(jīng)過在托克托發(fā)電廠5號(hào)機(jī)組過熱減溫水調(diào)門上的試驗(yàn)，獲得了良好的效果。

一、故障情況

5號(hào)機(jī)組過熱減溫水調(diào)門2015年11月在閥門關(guān)到0位之后頻繁出現(xiàn)閥門突開的情況，最多可達(dá)到4%左右，同時(shí)流量也跟著發(fā)生突變，嚴(yán)重影響主汽溫的調(diào)節(jié)品質(zhì)。多次對(duì)閥門進(jìn)行定位，但沒有明顯效果。就地觀察調(diào)門，調(diào)門在有規(guī)律的突開，頻率不高但是速度很快。突開時(shí)有明顯的噗噗的聲音，并伴隨管道明顯的過流聲音。其故障曲線如下圖所示：

二、原因分析

經(jīng)檢查5號(hào)機(jī)組過熱減溫水調(diào)門氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)定位器與氣動(dòng)門之間使用的反饋連桿聯(lián)接如圖2所示。整個(gè)反饋裝置由與定位器鏈接的反饋桿、與執(zhí)行器門桿相連的U型滑道以及鏈接兩者的滑銷組成。滑銷與反饋桿之間使用螺絲固定，為固定端，隨著氣動(dòng)調(diào)門開度的變化，U型滑道隨門桿上下移動(dòng)，通過滑銷帶動(dòng)反饋連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，最終將氣動(dòng)門的上下活動(dòng)量轉(zhuǎn)換為反饋連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。定位器通過對(duì)反饋桿角度的感知獲得當(dāng)前閥位信號(hào)，通過與指令比較，形成反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，最終控制壓縮空氣通斷來調(diào)節(jié)氣動(dòng)調(diào)門的閥位。為了保證反饋桿可以自由活動(dòng)，滑道的寬度略大于銷子的直徑，隨著閥門上下動(dòng)作，滑銷在U型滑道內(nèi)有一定的前后位移，長(zhǎng)時(shí)間的動(dòng)作會(huì)使滑銷有一定的磨損，這些間隙和磨損會(huì)使反饋裝置有一定的死區(qū)。在與閥門連接的U型滑道不動(dòng)的情況下，這些死區(qū)會(huì)使反饋桿有一定的活動(dòng)空間，即在實(shí)際閥位為發(fā)生變化時(shí)，定位器閥位反饋有可能有多個(gè)數(shù)值。在正常情況下，定位器的反饋連桿沒有卡澀，和反饋桿固定的滑銷可以通過反饋桿的自重在閥門動(dòng)作時(shí)始終緊壓在U型滑到的下邊，沒有死區(qū)導(dǎo)致的相對(duì)位移，閥門可以正常的工作。當(dāng)定位器的反饋連桿使用時(shí)間較長(zhǎng)，或者在灰塵比較多的地方工作一定時(shí)間后，其自身轉(zhuǎn)動(dòng)將會(huì)有一定的卡澀，無法通過自身重力來使其轉(zhuǎn)動(dòng)使。這時(shí)當(dāng)閥門向下關(guān)閉，U型滑道的只能通過其上邊帶動(dòng)反饋桿動(dòng)作，閥門關(guān)至零位，U型滑到和滑銷之間的死區(qū)給了反饋桿一定的向下活動(dòng)的空間。

這時(shí)如果直接通過定位器自動(dòng)定位的話，定位器會(huì)將該位置定為零位。定位完成后，由于閥門管道內(nèi)有介質(zhì)流動(dòng)，閥門正常工作時(shí)會(huì)有一定的震動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間震動(dòng)會(huì)使反饋桿因?yàn)橹亓ο蛳戮徛苿?dòng)，直到滑銷接觸到U型滑道的下邊或者達(dá)到定位器設(shè)定的死區(qū)范圍之外為止。

這時(shí)閥門實(shí)際沒有動(dòng)作，但反饋?zhàn)冃。噶钍?%而反饋小于指令時(shí)該門會(huì)通過通入壓縮空氣來進(jìn)行調(diào)節(jié)（該門是氣開門）。一般來說承壓的閥門閥門在全關(guān)位是有一定卡澀的，剛開始進(jìn)壓縮空氣時(shí)，氣壓時(shí)不足以頂起整個(gè)閥門，只有達(dá)到一定的氣壓閥門才會(huì)開啟。當(dāng)閥門打開一定開度，卡澀現(xiàn)象消失之后，過量的壓縮空氣會(huì)頂開閥門，導(dǎo)致閥門的閥位出現(xiàn)跳變，不僅會(huì)導(dǎo)致閥門漏流，還會(huì)縮短閥門使用壽命。

綜上所述，該門在零位突擺的主要原因有三點(diǎn)，一是反饋裝置存在一定的死區(qū)，且死區(qū)大于定位器設(shè)定的死區(qū)范圍，二是反饋桿有輕微卡澀，在全關(guān)之后還可以因?yàn)檎饎?dòng)而改變位置，三是調(diào)門在全關(guān)位置有一定的卡澀。三個(gè)條件同時(shí)出現(xiàn)時(shí)就會(huì)導(dǎo)致調(diào)門突開，解決任意一個(gè)都可以解決這個(gè)問題。承壓調(diào)門在全關(guān)位有一定的卡澀現(xiàn)象是普遍存在不可消除的因素，所以我們的重點(diǎn)是在死區(qū)和卡澀問題。而原因一和原因二的本質(zhì)是一樣的，前者是將死區(qū)消除，后者是屏蔽死區(qū)的影響不讓它顯示出來。都是解決死區(qū)間隙的問題。

三、現(xiàn)有解決方案

目前各個(gè)調(diào)門定位器廠家都有著直接比較成熟的解決方案，其重點(diǎn)是在消除滑銷與U型滑到之間的死區(qū)間隙，以下以西門子定位器和梅索尼蘭定位器舉例：

1.西門子方案

西門子定位器普遍使用帶有彈簧的滑銷和光滑的U型桿狀滑道作為其反饋裝置。滑銷前部套一個(gè)尼龍頂套，通過彈簧將其壓入U(xiǎn)型桿狀滑道，尼龍頂套為子彈頭形狀，前小后大，只要正確安裝就可以彈簧的彈力可以保證滑道與尼龍頂套之間緊貼，沒有間隙。同時(shí)桿狀的U型滑到非常光滑，保證了尼龍滑銷前后的正常滑動(dòng)。

2.梅索尼蘭方案

梅索尼蘭定位器改進(jìn)的是滑道部分，在滑道上安裝一根彈簧，彈簧的加入實(shí)際上是將U型滑道的寬度變?yōu)榱艘粋€(gè)自適應(yīng)的寬度。即使插入不同直徑的滑銷，滑道都可以通過彈簧的彈力將滑銷始終固定在滑道的上部，從而消除了反饋間隙。這樣即使滑竿有一定的磨損，彈簧也可以保證整個(gè)系統(tǒng)沒有死區(qū)間隙。

除了以上方案，還有一些廠家直接取消了氣動(dòng)門與定位器的機(jī)械連接，通過非接觸式位置傳感器來確定閥門位置，閥門固定一磁體，而定位器這邊則安裝磁感應(yīng)傳感器，通過感應(yīng)磁場(chǎng)的位置來獲得閥門的實(shí)際位置，這樣就從根本上解決了反饋間隙的問題。目前西門子和FISHER都有相應(yīng)的解決方式。

四、本文提出的解決方案

以上各定位器廠家的方案都是通過解決反饋間隙導(dǎo)致得死區(qū)問題而設(shè)計(jì)的，但上述方案均需要采購專用的備件，對(duì)整個(gè)定位器反饋裝置進(jìn)行改造，工作量大、費(fèi)用高，最重要的是無法在線操作，只能將閥門完全隔離之后再進(jìn)行工作。這樣的方式比較適合新閥門的安裝，而對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)大量存在的非廠家原配反饋裝置、甚至是自制的反饋裝置的調(diào)門來說不太適合。

為了實(shí)現(xiàn)消除反饋間隙的問題，只需要將滑銷始終固定在滑道的一邊即可，梅索尼蘭是通過彈簧力來實(shí)現(xiàn)的，通過重力也是可以實(shí)現(xiàn)相同功能，本文提出的反饋桿結(jié)構(gòu)圖3所示

與原有方式相比，本文在反饋桿的最末端增加了一個(gè)配重塊，通過該配重塊的重力將滑銷始終壓在滑道的下邊上。無論何時(shí)，閥門在那種開度時(shí)，滑銷始終壓在滑到下邊，這樣即可消除死區(qū)對(duì)閥門開度的影響。

使用本方案只需在反饋桿末端固定一個(gè)配重塊即可，配重塊的重量可以多次嘗試，直到反饋桿可以通過自身重量壓動(dòng)自身轉(zhuǎn)動(dòng)即可。在應(yīng)急的狀態(tài)下可以不用如上圖所示進(jìn)行鉆孔，使用現(xiàn)場(chǎng)已有的材料即可對(duì)閥門進(jìn)行改造，比如托克托電廠5號(hào)機(jī)組過熱減溫水調(diào)門就是通過在反饋桿外側(cè)捆綁一個(gè)較重的螺母來實(shí)現(xiàn)的。

結(jié)語

日常工作中，我們也經(jīng)常會(huì)碰到定位器擺動(dòng)的問題，其原因有很多，比如PID參數(shù)設(shè)置不合理、死區(qū)設(shè)置不合理、閥門氣密性不佳等等問題。本文出現(xiàn)的問題在鑒別起來是非常的簡(jiǎn)單，就看閥門在正常關(guān)閉后反饋桿是否自己繼續(xù)向下擺動(dòng)，閥位顯示是不是出現(xiàn)了負(fù)值。

圖3是，托克托電廠5號(hào)機(jī)組過熱減溫水調(diào)門在改造后的范圍流量曲線，圖中紅線為閥門開度的反饋值，藍(lán)線是該門的流量反饋，黑線是指令（一直為零）。改造前，減溫水調(diào)門在全關(guān)狀態(tài)下閥位不時(shí)會(huì)發(fā)生的跳變，就地觀察也發(fā)現(xiàn)門有不規(guī)律的突開突關(guān)現(xiàn)象，同時(shí)該門一直存在著漏流現(xiàn)象。改造之后閥門全關(guān)后不再擺動(dòng)，曲線也很平滑沒有大幅的跳變，漏流現(xiàn)象基本消除，可見本方案對(duì)提高閥門調(diào)節(jié)品質(zhì)有著非常好的效果。目前該方式已在多臺(tái)氣動(dòng)調(diào)門上試驗(yàn)，效果理想。