执行器的安装维护校准

项目七 执行器的安装维护校准

任务一 执行器的选型

执行器是用来接受控制器的输出信号,直接控制能量或物料等调节介质的输送量,达到控制温度、压力、流量、液位等工艺参数的目的。

执行器按能源形式分成：气动执行器、电动执行器、液动执行器。

气动控制仪表

气动执行器

气-电转换器

电-气转换器

电-气阀门定位器

电动控制仪表

图7-1 转换单元的使用简图

电动执行器

一、气动执行器

1.气动执行器的组成与分类 （1）组成

气动执行结构 结 构 调节阀

常用辅助设备：阀门定位器、手轮机构。

2.执行机构的分类

薄模式：结构简单、价格便宜、维修方便，应用广泛。

活塞式：推力较大，用于大口径、高压降调节阀或蝶阀的推动装置。

图7-2 气动薄膜调节阀外形图

长行程：行程长、转矩大，适于输出转角（60°～90°）和力矩。

气动薄膜式执行机构有正作用和反作用两种形式。根据有无弹簧可分为有弹簧的及无弹簧的执行机构。

3.调节阀的分类

根据不同的使用要求，调节阀的结构形式主要有以下几种。 （1）直通单座调节阀

阀体内只有一个阀芯与阀座。

特点：结构简单、价格便宜、全关时泄漏量少。

缺点：在压差大的时候，流体对阀芯上下作用的推力不平衡，这种不平衡力会影响阀芯的移动。

直通单座阀

（2）直通双座调节阀

阀体内有两个阀芯和两个阀座。

特点：流体流过的时候，不平衡力小。 缺点：容易泄漏

直通双座阀

（3）角形调节阀

角形阀的两个接管呈直角形。

特点：流路简单、阻力较小，适于现场管道要求直 角连接，介质为高黏度、高压差和含有少量悬浮 物和固体颗粒状的场合。流向一般是底进侧出。

角形阀

（4）高压调节阀

高压调节阀的结构形式大多为角形，阀芯头部掺铬或镶以硬质合金，以适应高压差下的冲刷和汽蚀。

为了减少高压差对阀的汽蚀，有时采用几级阀芯，把高差压分开，各级都承担一部分以减少损失。

（5）三通调节阀

共有三个出入口与工艺管道连接。 按照流通方式分成合流型和分流型两种

（A）分流型 （B）合流型

（A）

三通阀

（B）

（6）隔膜调节阀

采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜。

特点：结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他种类的阀要大。不易泄漏。耐腐蚀性强，适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也能用于高黏度及悬浮颗粒状介质的控制。

结论

① 串、并联管道都会使阀的理想流量特性发生畸变，串联管道的影响尤为严重。 ② 串、并联管道都会使调节阀的可调范围降低，并联管道尤为严重。 ③ 串联管道使系统总流量减少，并联管道使系统总流量增加。

④ 串、并联管道会使调节阀的放大系数减小，串联管道时调节阀大开度时影响严重，并联管道时调节阀小开度时影响严重。

二、电动执行器

（1）概述

a.电动执行器的特点

① 由于工频电源取用方便,不需增添专门装置,特别是执行器应用数量不太多的单位,更为适宜;

② 动作灵敏、精度较高、信号传输速度快、传输距离可以很长,便于集中控制; ③ 在电源中断时,电动执行器能保持原位不动,不影响主设备的安全; ④ 与电动控制仪表配合方便,安装接线简单;

⑤ 体积较大、成本较贵、结构复杂、维修麻烦,并只能应用于防爆要求不太高的场合 b.电动执行器的组成

两大部分电动执行机构、调节机构。 电动执行机构根据其输出形式不同，可分成角行程电动执行机构、直行程电动执行机构、多转式电动执行机构三种。

（2）角行程电动执行机构

DKJ型角行程电动执行机构以交流220V为动力,接受控制器的直流电流输出信号,并转变为0°～90°的转角位移,以一定的机械转矩和旋转速度自动操纵挡板、阀门等调节机构,完成调节任务。

（3）直行程电动执行机构

直行程电动执行机构( DKZ型)是以控制仪表的指令作为输入信号,使电动机动作,然后经减速器减速并转换为直线位移输出,去操作单座、双座、三通等各种调节阀和其他直线式调节机构,以实现自动调节的目的。

三、阀门定位器和电－气转换器

（1）气动阀门定位器

气动阀门定位器与气动调节阀配套使用，组成闭环系统，利用反馈原理来改善调节阀的定位精度和提高灵敏度，并能以较大功率克服阀杠的摩擦力、介质的不平衡力等影响，从而使调节阀门位置能使控制仪表来的控制信号实现正确定位。

（2）电-气阀门定位器

作用：具有电-气转换器的作用，可用电动控制器输出的0～10 mA DC或4～20 mA DC信号去操纵气动执行机构；

具有气动阀门定位器的作用，可以使阀门位置按控制器送来的信号准确定位。 改变图6-24中反馈凸轮5的形状或安装位置，还可以改变调节阀的流量特性和实现正、反作用。

图7-3 电-气阀门定位器

1—力矩马达；2—主杠杆；3—平衡弹簧；4—反馈凸轮支点；5—反馈凸轮；6—副杠杆；7—副杠杆支点；8—薄膜执行机构；9—反馈杆；10—滚轮；11—反馈弹簧；12—调零弹簧；13—挡板；14—喷嘴；15—

主杠杆支点

（3）电-气转换器

在电-气复合控制系统中，电-气转换器可将来自电动控制器的输出信号经转换后用以驱动气动执行器，或者将来自各种电动变送器的输出信号经转换后送往气动控制器。

图11-5所示是一种电-气转换器的结构原理图，其是按力矩平衡原理工作的。当直流电流信号通入置于恒定磁场里的测量线圈7中时，线圈便产生了电磁力，使杠杆6绕十字簧片4偏转，则挡板靠近喷嘴，背压升高，经放大器10放大后，一方面输出，一方面反馈到负反馈波纹管3和正反馈波纹管5中，建立起与电磁力矩相平衡的反馈力矩。于是输出气压信号就与线圈输入电流成一一对应的关系，这样就把电流信号转换为0.02~0.1MPa的气压信号。

采用两个波纹管是由于电磁力矩比较小，而负反馈波纹管的力矩比较大，为此设置了一个正反馈波纹管，使总的负反馈力矩得以减小。调零弹簧2用以调整气动输出的初始值。

图7-4 电-气转换器原理结构图

1—喷嘴挡板；2—调零弹簧；3—负反馈波纹管；4—十字弹簧；5—正反馈波纹管；6—杠杆；7—测量

线圈；8—磁钢；9—铁芯；10—放大器

任务二 调节阀的安装校准

一、调节阀的安装

（1）为便于维护检修，气动执行器应安装在靠近地面或楼板的地方。

（2）气动执行器应安装在环境温度不高于+60℃和不低于-40℃的地方，并应远离振动

较大的设备。

（3）阀的公称通径与管道公称通径不同时，两者之间应加一段异径管。

（4）气动执行器应该是正立垂直安装于水平管道上。特殊情况下需要水平或倾斜安装时，除小口径阀外，一般应加支撑。即使正立垂直安装，当阀的自重较大和有振动场合时，也应加支撑。

（5）通过调节阀的流体方向在阀体上有箭头标明，不能装反。

（6）调节阀前后一般要各装一只切断阀，以便修理时拆下调节阀。考虑到调节阀发生故障或维修时，不影响工艺生产的继续进行，一般应装旁路阀。

（7）调节阀安装前，应对管路进行清洗，排去污物和焊渣。安装后还应再次对管路和阀门进行清洗，并检查阀门与管道连接处的密封性能。当初次通入介质时，应使阀门处于全开位置以免杂质卡住。

图7-5 调节阀在管道中的安装 1—调节阀；2—切断阀；3—旁路阀

二、调节阀的校准

为了提高调节的准确性，调节阀往往装有阀门定位器，在一般情况下调节阀是连同阀门定位器一起校准的。

1.校准用工具与仪器

要求有套筒扳手、内六角扳手（200~375mm或8~15in）、各种规格的活动扳手以及仪表工日常使用的工具，必要时还应配0.5t的葫芦。使用的仪器如下：

①数字压力计，0~160kPa，2台； ②气动定值器，1台；

③精密电流表，0~30mA，1台； ④电流信号发生器，1台。 2.校准的接线及步骤

（1）带气动阀门定位器的调节阀校准

数字压力计数字压力计1数字压力计2信号源mA气动阀门定位器被校调节阀气源定值器气动阀门定位器被校调节阀气源

气源

图7-6 带气动阀门定位器的调节阀校准原理图 图7-7 带电气阀门定位器的调节阀校准原理图

①按图7-6接配管线。接通气源调整定值器，使其输出（数字压力计1）为20kPa，观察阀门行程是否在起始位置（最大行程位置）。调整定值器输出到100kPa，观察阀门行程是否达到最大（起始位置）。图7-6中数字压力计2作为监视定位器输出用。

②校准步骤：

a.选输入信号压力20kPa、40kPa、60kPa、80kPa、100kPa5个点进行校准； b.对应阀门指示应为0、25%、50%、75%、100%；

c.正、反两个方向进行校准。阀位指示如以全行程（mm）乘上刻度百分数，即能得到行程的毫米数。

（2）带电气阀门定位器的调节阀校准

①按图7-7接配管线，其中数字压力计作为监视定位器输出用。先送入4mA的输入信号，观察数字压力计是否为20kPa，阀门行程是否在起始位置（最大行程位置）。再将输入信号调整到20mA，观察数字压力计是否为100kPa，阀门行程是否达到最大（起始位置）。

②校准步骤：

a.选输入信号压力4mA、8mA、12mA、16mA、20mA 5个点进行校准； b.对应阀门指示应为0、25%、50%、75%、100%；

c.正、反两个方向进行校准。阀位指示如以全行程（mm）乘上刻度百分数，即能得到行程的毫米数。

在对调节阀进行校准过程中，因为是现场校准，阀门已经装在使用位置，所以有的项目如气密性试验等无法进行。在定位器和调节阀联动校准过程中，如发现定位器工作不正常，则应将定位器取下单独校准。

任务三 执行器的维护

一、电动执行机构的运行维护

1.伺服放大器的检修过程

a.外观检查：全部焊头应无虚焊及松动的现象，插件接触良好，印刷电路板应无脱落，元件排列整齐，电源指示灯良好。

b.输入电压检查：输入为零时,V21、22两端分流电压为零。电源变压器各绕组电压测定。放大线路中部分电压测定。分别输入0.15和10mA时测V21、22两端电压分别为0.7 V和3V左右。

c.放大性能检查:导通时负载上电压近似于电源电压。灵敏度要求能在50.500цA范围可调。调零电位器及稳定电位器调整后锁紧。绝缘要求>20MΩ。

d.调零：在伺服放大器的端子1、2、7、8处分别加5mA（Ⅱ型）12mA(Ⅲ型）信号，将调稳电位器调到最灵敏，再调整调零电位器，测量电路板上测点电压小于3mV 。

e.调稳：完成调零后，将输入端信号调到5.18mA（Ⅱ型）12mA（Ⅲ型）调整，调稳电位器使T1灯亮。再逐渐减小信号到4.82（Ⅱ型） 11.82（Ⅲ型）此时T2灯亮，出厂时调零、调稳已调好。

f.检查限位：将信号调到使T1灯亮，接通13、14端子后，T1灯应熄灭。调整信号使T2灯亮，接通14、15端子后灯应熄灭。

2.调节阀的故障处理 a.举例一：工艺系统正常运行，发现一段炉工艺天然气压力调节阀（气开式）膜头漏气。 分析与判断：判断为膜头损坏。在不停车的情况下做如下处理： ①准备两颗能调节长度的双头顶丝，伸缩距离为40mm左右，总长度能满足执行机构压盖与阀杆连接件的距离要求；

②工艺操作人员把控制器切换到手动位置，将工艺参数调整到平稳状态； ③仪表维修人员详细记录调节器测量值、给定值、输出值与调节阀阀位； ④用调节顶丝顶住执行机构压盖与阀杆连接件，保证在切断信号时调节阀不能关闭，并在顶丝受力下不能脱落；

⑤慢慢减小调节器输出，观察阀位变化，确认调节阀不关闭的情况下，切断调节阀信号

和供气；

⑥用最快的速度拆开膜头，更换膜片或密封环，直到检修工作完成； ⑦打开调节阀气源，请工艺人员慢慢用手轮把输出恢复到检修前的数据； ⑧慢慢拆下顶丝；

⑨请工艺人员微调，观察工艺参数变化情况； ⑩投入自动控制。 b.举例二：合成氨装置脱碳岗位吸收塔液位控制系统为分程控制系统，该系统中某一调节阀阀杆与阀芯连接处经常折断。

分析与判断：

①该系统中某一调节阀经常处于小开度下工作。调节阀一般不宜在小开度下工作，阀在小开度时，节流件间隙小，流体流速大，流体介质容易产生闪蒸，对节流件除机械冲刷气蚀外，小开度造成不平衡力大，使阀稳定性差，产生振荡，使阀杆容易折断；

②阀芯、阀杆材质选择不当；

③阀芯、阀杆连接方法不当，机械应力集中；

④阀芯与阀盖导向间隙配合不当，若间隙配合过大则易产生振荡。 处理办法：

①该系统为一分程控制系统，可固定一个调节阀的开度，适当调整和增大另一调节阀的开度，在校准时两调节阀信号重合性比例适当；

②选择韧性较大的材质，由于脱碳系统是苯菲尔溶液，采用316L不锈钢比较合适； ③阀芯与阀杆连接处在焊接后应在车床上加工一圆弧，让机械应力分散； ④根据材质的强度、膨胀系数及阀芯直径和耐磨特性配置间隙，如美国型30万吨氨装置吸收塔液位LRC-91“C”阀一般间隙为0.25mm较为理想。