气动阀门定位器作用如图6-30所示。它接受气动调节器的输出信号,然后产生和调节器输出信号成比例的气压信号,用以控制气动调节阀。
气动阀门定位器的种类很多,按其工作原理,可分成位移平衡式和力(力矩)平衡式两大类。
1.位移平衡式气动阀门定位器
(1)动作原理及特性 如图6-31所示,当调节器来的控制信号增大时,波纹管1就相应伸长,并推动托板2以反馈凸轮6为支点作逆时针偏转,于是挡板3就靠近喷嘴4,喷嘴背压升高。此背压经放大器5放大后,输出压力迅速上升,并送入气动调节阀的膜头9,使阀杆8向下移动,带动反馈杆7和反馈凸轮6绕支点O顺时针偏转。反馈凸轮6的偏转,使托板以波纹管1为支点作逆时针方向偏转,于是挡板3离开喷嘴4,使输出压力下降,即阀杆8向下移动引起的效果是负反馈作用。此时,一定的信号压力就对应于一定的阀门位置。
阀门定位器和调节阀组成的负反馈闭环系统,可用如图6-32所示的功能图表示。图中Ae为波纹管的有效面积;K为测量组件的刚度;k为三级功率放大器的放大倍数;KL为输入信号传动杠杆比;KF为调节阀的放大系数,是气动调节阀的传递函数,是一个一阶非周期环节;KV为调节阀的放大系数,与执行机构的薄膜有效面积、弹簧刚度,以及调节阀的结构等因素有关;Tv为调节阀的时间常数,也与气室大小等因素有关。
图6-31 气动阀门定位器原理
1—波纹管 2—托板 3—挡板 4—喷嘴 5—放大器 6—反馈凸轮 7—反馈杆 8—阀杆 9—膜头
图6-32 定位器-调节阀闭环系统功能图
上述负反馈闭环系统中,阀杆输出位移y与输入调节器压力信号P之间的传递函数为
由于上式分母中,故忽略“1”的影响,则
式(6-16)表明,在Ae、K、KF、KL一定时,阀杆位移y与调节器输出压力信号P之间成一一对应的比例关系。由于引入了负反馈,调节阀的KV和Tv的影响可以忽略不计,因而消除了执行机构薄膜有效面积、弹簧刚度、气室容积、不平衡力及摩擦等因素的影响,增加了执行机构的推力和刚度,有利于克服调节阀的不平衡力,并增大调节阀的稳定性。
(2)正反作用的实现及行程调整 阀门定位器也有正作用和反作用两种。正作用阀门定位器的输入信号从0.02MPa到0.1MPa变化时,它的输出信号也从0.02MPa到0.1MPa变化;而反作用定位器则相反,当阀门定位器的输入信号从0.02MPa到0.1MPa变化时,它的输出信号则是从0.1MPa到0.02MPa变化。(www.xing528.com)
在图6-31所示的气动阀门定位器原理中,画虚线凸轮及虚线喷嘴,表示能实现反作用。在具体结构中,只用一个凸轮,喷嘴却有两个。虚线表示的右喷嘴用以实现反作用,左喷嘴用以实现正作用。左、右喷嘴与放大器的气路,用背压切换板来沟通,如图6-33所示。
阀门定位器与调节阀配套使用。由于不同的气动调节阀行程不一样,因此,当阀门定位器向调节阀输出相同的信号压力时,不同调节阀的动作,给予定位器的反馈量也不一样。为了使一种阀门定位器能和各种行程的调节阀配合使用,必须在阀门定位器内有调节装置,使不同行程调节阀的不同位移,折合到定位器喷嘴挡板上的反馈量相一致。
(3)切换开关 其作用是当阀门定位器发生故障时,可将阀门定位器定位位置切换到通位置,这样使调节器输出信号不再经过定位器,直接进入气动调节阀的气室,使阀门能正常动作。图6-34所示为切换气路。
图6-33 上下喷嘴背压切换图
1—背压切换板 2—上喷嘴 3—挡板 4—下喷嘴
图6-34 切换气路
2.力(力矩)平衡的气动阀门定位器
(1)动作原理 如图6-35所示,它是按力矩平衡原理工作的。当通入波纹管1的信号压力增加时,主杠杆2绕支点15转动。挡板13靠近喷嘴14,喷嘴背压经功率放大器16放大后,通入到执行机构8的薄膜室,因其压力增加而使阀杆向下移动,并带动反馈杆9绕支点4转动,反馈凸轮5也跟着作逆时针方向转动,通过滚轮10,使到杠杆6绕支点7转动,并将反馈弹簧11拉伸。弹簧11对主杠杆2的拉力,与信号压力作用在波纹管1上的力达到力矩平衡时,仪表达到平衡状态。此时,一定的信号压力就对应于一定的阀门位置。弹簧12是调零弹簧,调其预紧力,使挡板初始位置变化。弹簧3是迁移弹簧,在分程控制中,用来改变波纹管对主杠杆作用力的初始值,以使定位器在接受不同输入信号的范围(0.02~0.06MPa或0.06~0.1MPa)时,仍能产生相同的输入信号。
(2)结构特点
1)采用组合式结构。只要把薄膜式气动阀门定位器的单向放大器换成双向放大器,就可以与活塞式执行机构配套使用,具有多用性。
图6-35 力矩平衡阀门定位器
1—波纹管 2—主杠杆 3—迁移弹簧 4—凸轮支点 5—凸轮 6—副杠杆 7—支点 8—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 16—放大器
2)切换开关用活塞式的O形密封结构。图6-36所示为O形密封切换开关。它比起位移平衡式阀门定位器中采用的平板式切换开关,不但加工方便,而且气路阻力小。
3)改变反馈杆长度实现行程调整。将作用阀门定位器中的波纹管,从主杠杆的右侧换到左侧,调节调零弹簧,使阀门定位器的起始输出压力为0.1MPa,就能实现反作用调节。
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。