氣動調(diào)門零位突擺原因分析及解決方案

楊峰

摘 要：托克托5號機組過熱減溫水調(diào)門2015年11月在閥門關到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)其反饋裝置設計有問題，死區(qū)較大，導致調(diào)門在零位附近會發(fā)生擺動。雖然目前有一些成熟的方案可以解決但無法在線對其進行更換，同時需要專用的備件，采購周期較長。本文提出一種簡單可以行的方式來應對這種狀況，不需要額外采購設備，并且獲得了良好的效果。

關鍵詞：調(diào)門反饋裝置 死區(qū)間隙

中圖分類號：TM621文獻標識碼：A文章編號：1003-9082（2019）04-0-02

引言

托克托5號機組過熱減溫水調(diào)門2015年11月在閥門關到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)其反饋裝置設計有所問題，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問題，但無法在線對其進行更換，同時還需要額外采購反饋裝置，導致消缺周期變長，成本增加。本文提出一種簡單可以行的方式來應對這種狀況，經(jīng)過在托克托發(fā)電廠5號機組過熱減溫水調(diào)門上的試驗，獲得了良好的效果。

一、故障情況

5號機組過熱減溫水調(diào)門2015年11月在閥門關到0位之后頻繁出現(xiàn)閥門突開的情況，最多可達到4%左右，同時流量也跟著發(fā)生突變，嚴重影響主汽溫的調(diào)節(jié)品質(zhì)。多次對閥門進行定位，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號機組過熱減溫水調(diào)門氣動執(zhí)行機構定位器與氣動門之間使用的反饋連桿聯(lián)接如圖2所示。整個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，隨著氣動調(diào)門開度的變化，U型滑道隨門桿上下移動，通過滑銷帶動反饋連桿轉(zhuǎn)動，最終將氣動門的上下活動量轉(zhuǎn)換為反饋連桿的轉(zhuǎn)動角度。定位器通過對反饋桿角度的感知獲得當前閥位信號，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)氣動調(diào)門的閥位。為了保證反饋桿可以自由活動，滑道的寬度略大于銷子的直徑，隨著閥門上下動作，滑銷在U型滑道內(nèi)有一定的前后位移，長時間的動作會使滑銷有一定的磨損，這些間隙和磨損會使反饋裝置有一定的死區(qū)。在與閥門連接的U型滑道不動的情況下，這些死區(qū)會使反饋桿有一定的活動空間，即在實際閥位為發(fā)生變化時，定位器閥位反饋有可能有多個數(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作時始終緊壓在U型滑到的下邊，沒有死區(qū)導致的相對位移，閥門可以正常的工作。當定位器的反饋連桿使用時間較長，或者在灰塵比較多的地方工作一定時間后，其自身轉(zhuǎn)動將會有一定的卡澀，無法通過自身重力來使其轉(zhuǎn)動使。這時當閥門向下關閉，U型滑道的只能通過其上邊帶動反饋桿動作，閥門關至零位，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的空間。

這時如果直接通過定位器自動定位的話，定位器會將該位置定為零位。定位完成后，由于閥門管道內(nèi)有介質(zhì)流動，閥門正常工作時會有一定的震動，長時間震動會使反饋桿因為重力向下緩慢移動，直到滑銷接觸到U型滑道的下邊或者達到定位器設定的死區(qū)范圍之外為止。

這時閥門實際沒有動作，但反饋變小，指令是0%而反饋小于指令時該門會通過通入壓縮空氣來進行調(diào)節(jié)（該門是氣開門）。一般來說承壓的閥門閥門在全關位是有一定卡澀的，剛開始進壓縮空氣時，氣壓時不足以頂起整個閥門，只有達到一定的氣壓閥門才會開啟。當閥門打開一定開度，卡澀現(xiàn)象消失之后，過量的壓縮空氣會頂開閥門，導致閥門的閥位出現(xiàn)跳變，不僅會導致閥門漏流，還會縮短閥門使用壽命。

綜上所述，該門在零位突擺的主要原因有三點，一是反饋裝置存在一定的死區(qū)，且死區(qū)大于定位器設定的死區(qū)范圍，二是反饋桿有輕微卡澀，在全關之后還可以因為震動而改變位置，三是調(diào)門在全關位置有一定的卡澀。三個條件同時出現(xiàn)時就會導致調(diào)門突開，解決任意一個都可以解決這個問題。承壓調(diào)門在全關位有一定的卡澀現(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。滑銷前部套一個尼龍頂套，通過彈簧將其壓入U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。

2.梅索尼蘭方案

梅索尼蘭定位器改進的是滑道部分，在滑道上安裝一根彈簧，彈簧的加入實際上是將U型滑道的寬度變?yōu)榱艘粋€自適應的寬度。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門與定位器的機械連接，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傳感器，通過感應磁場的位置來獲得閥門的實際位置，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致得死區(qū)問題而設計的，但上述方案均需要采購專用的備件，對整個定位器反饋裝置進行改造，工作量大、費用高，最重要的是無法在線操作，只能將閥門完全隔離之后再進行工作。這樣的方式比較適合新閥門的安裝，而對于現(xiàn)場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現(xiàn)的，通過重力也是可以實現(xiàn)相同功能，本文提出的反饋桿結構圖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，閥門在那種開度時，滑銷始終壓在滑到下邊，這樣即可消除死區(qū)對閥門開度的影響。

使用本方案只需在反饋桿末端固定一個配重塊即可，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自身轉(zhuǎn)動即可。在應急的狀態(tài)下可以不用如上圖所示進行鉆孔，使用現(xiàn)場已有的材料即可對閥門進行改造，比如托克托電廠5號機組過熱減溫水調(diào)門就是通過在反饋桿外側(cè)捆綁一個較重的螺母來實現(xiàn)的。

結語

日常工作中，我們也經(jīng)常會碰到定位器擺動的問題，其原因有很多，比如PID參數(shù)設置不合理、死區(qū)設置不合理、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單，就看閥門在正常關閉后反饋桿是否自己繼續(xù)向下擺動，閥位顯示是不是出現(xiàn)了負值。

圖3是，托克托電廠5號機組過熱減溫水調(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)門在全關狀態(tài)下閥位不時會發(fā)生的跳變，就地觀察也發(fā)現(xiàn)門有不規(guī)律的突開突關現(xiàn)象，同時該門一直存在著漏流現(xiàn)象。改造之后閥門全關后不再擺動，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氣動調(diào)門上試驗，效果理想。