气动调节阀检修过程注意事项、工作原理和校验18页

气动调节阀控制部件检修注意事项、工作原理和校验

前言

本讲义主要介绍气动调节阀控制部件检修过程中注意事项、主要部件的工作原理和阀门定位器的校验方法。重点介绍了力平衡式E/P工作原理、力平衡式定位器工作原理、智能定位器工作原理、减压阀工作原理、气动继动器（流量放大器）的工作原理、锁气器工作原理、控制阀的三断保护原理和实际运用、介绍了FISHER 3582定位器和西门子智能定位器调整及气动执行机构常见故障及产生的原因。

本讲义用于仪控专业气动执行机构调整及工作负责人的理论培训，整个培训约需40小时。

由于本人水平所限，讲义中不免有谬误之处，欢迎广大同仁批评指正，同时欢迎补充未完整的内容，以利提高培训质量。

编者 2012-1-30

目录

第一章检修注意事项（以FISHER 3582定位器为例）

第一节开工前的检查和准备工作

第二节拆前记录注意事项

第三节控制部件回装注意事项

第四节校前检查、阀门校验注意事项

第二章气动调节阀仪控部件工作原理

第一节气动调节阀介绍

第二节气动执行机构及其控制装置功能

第三节气动执行机构控制装置工作原理

第三章气动执行机构的调整

第一节校验前的准备工作

第二节气动调节阀的调整和检验

第四章气动执行机构常见故障及产生的原因

第一节调节阀不动作

第二节调节阀的动作不稳定

第三节调节阀振荡

第四节调节阀的动作迟钝

第五节调节阀的泄漏量增大

第一章检修注意事项（以FISHER 3582定位器为例）

第一节开工前的检查和准备工作

开工前，需对检修文件包的工作内容进行检查，熟悉检修工序，不明白或有异议的内容要同文件准备人员进行沟通，并核实备品备件的到货情况。

到检修现场熟悉检修设备和作业环境，检查是否存在高空作业、照明不足及作业区是否需要铺垫，做到心中有数，及早准备。

开工前工准备好工器具，核实是否需要专用工具和专用仪器，专用仪器不要同其他工具混放在一起，注意检查标准仪器的有效期和精度是否符合要求。

工作票领取后，开好工前会，明确监护人，验证安全措施（如停气、停电、联锁保护解除、气源和电源有检修负责人自理等）；为防止走出间隔，要进行设备“三一致”检查核对，即工作票上的设备名称（设备编码）、检修文件包上的设备名称（设备编码）和就地需检修设备上的设备名称（设备编码）相一致。联系QC将文件包签点释放，准许开工。

作业区的布置，有条件时可用黄-黑警示带或警示围栏根据现场具体情况围成适当的作业区，工具和仪器的摆放要整齐。根据仪控专业的检修特点，因点多面广，建议工具和仪器摆放在1.5平方米以上的塑料布上，便于收拾转移工作点。在花格栅上作业时，铺垫面积要适当增大，阀门作业区下方也必须铺垫和围堵，防止工具和设备部件坠落。照明不足时要考虑辅助照明。高空作业时，设备下方要用安全网围兜，安全网设置要规范。

第二节拆前记录注意事项

一、设备拆前值检查

拆前要对阀门的性能进行检查，记录阀门的启动电流（气压）、阀门的关闭电流（气压）、阀门行程、全行程开时间、全行程关时间快开、快关时间）。拆前记录若有QC签点，需提前通知QC到场。

若机械检修阀门，需仪控拆除阀门控制部件，仪控工作负责人需和机械工作负责人沟通，确定拆除范围。

二、做好拆前记录。

1、做好现场管线记录，以保证能正确回装。

2、做好定位器初始位置记录，如正反作用、底板安装孔、摆臂位置。

3、做好拆线记录，如EP、阀位反馈线电缆编号和颜色等。

三、检查损坏设备

检查供气隔离阀、气源压力表、电磁阀、限位开关有无损坏，若有则通知QC,填

写不符合项单更换（不含工作指令已明确更换的部件）。

四、做好信号电缆绝缘包扎

阀门拆除EP接线时不要碰到EP 外壳，从而导致接地。电磁阀拆除接线时不要接地和短路，将EP线和电磁阀线包扎好并固定在不影响检修的位置。若将设备（电磁阀、限位开关等）留在现场注意妥善固定,告知机械检修人员注意保护。

五、做好开口设备的防异物封堵和拆除设备的妥善保管

拆除的设备及现场设备开口注意封堵，通常用有色塑料布对开口点进行包扎。拆除的较小零部件应装入塑料封口袋中，并做好标记，随拆除的设备一起妥善保管。

六、做好部件紧固检查

部件本体螺丝紧固性检查，如定位器内、外部固定螺丝、 EP内、外部固定螺丝等。

第三节控制部件回装注意事项

回装控制部件需注意事项：

1、注意检查接头部位及气管是否有损伤；

2、检查接线、电缆和电缆软管是否有异常，如缺线鼻、电缆绝缘损伤老化、电缆

软管破损等，应进行处理，另接线或电缆不能绷得太紧，也不要靠紧热的阀体或在保温层内等。

3、更换电磁阀注意接口位置，是否有极性要求。

4、FICHER 3582定位器新备件需注意凸轮的方向，其正反作用的方向是否与现场

阀门一致，凸轮类型一致。

5、更换终端接头时，注意生料带的缠绕方向和规范，旧的生料带要去除干净，特

别是设备接头固定端内螺纹残余的生料带，避免异物进入设备内。

6、更换阀门所有不归零的压力表。

第四节校前检查、阀门校验注意事项

一、阀门校验前初步检查：

1、同机械检修工作负责人沟通，了解阀门盘根力矩值大小、弹簧值、预紧力

大小等情况。

2、检查减压阀输出压力是否为规定值，否则进行调整。无压力表时，接标准压力

计标定。

3、接头用检漏液查漏，打开气源，在定位器输出到最大气压时查漏，必要时可通

过调整定位器量程来实现最大压力输出；查漏包括各接头、EP和定位器的放大器、定位器气路分配器、减压阀、流量放大器、失气保护器、电磁阀及其排气孔。发现有不好的接头、气管和部件立即更换。

二、阀门校验检查：

1、校验EP合格,数据填写准确规范，校验单上的数据不允许涂改，允许杠改；

2、粗略调整定位器使阀门在4－20mA内可以全开全关，以便进行下面检查：

3、反馈臂检查：3582定位器反馈臂位置检查正确，其与阀门量程一致，定位器反

馈臂挂钩紧固螺丝无疲劳损伤，固定牢靠；0％，50％，100％三点验证挂钩伸

出反馈臂1mm以上。

4、刮蹭检查：操作阀门分别至0％，50％，100％三点检查，确认定位器反馈臂及

其钩爪与固定支架、阀门本体螺栓等无刮碰，或接近，建议间隙大于2mm；确

认阀杆及其相连部件与阀门本体部件不刮碰。

5、阀门相关参数检查：检查阀门行程合格，阀门开度指示检查，确认阀门开度指

示牌位置正确、安装牢靠，否则请机械调整合格。

调整阀门定位器合格，最后调整结束确认零点锁紧螺帽已紧固；用信号发生器验证0%,25%.50%,75%,100%各点上行、下行指示正常。调整流量放大器（若有）确认阀门开关时间合格，及阀门25％幅度阶跃开关时喘气震荡小于3次；所有调整结束，确认各调整螺丝已紧固。

三、阀门行程开关调整：

1、调整关行程开关，要求关至10-5%动作，对于行程大点的阀门尽量调整为5%

（可参考限位开关实际动作点，避免限位开关被压坏或不到位），并记录动作结果（NO、NC)；

2、调整开行程开关，要求关至90-95%动作，对于行程大点的阀门尽量调整为95%，

（可参考限位开关实际动作点，避免限位开关被压坏或不到位），并记录动作

结果（NO、NC)；

3、对于异常或闪发故障的行程开关则进行更换。

阀门整体联调合格后，在校验单上填写校验数据。联系QC签点验证，同时验证更换的备品备件，关闭不符合项单，申报再鉴定。

四、修后再鉴定：

若机械有检修工作，应和机械工作负责人、双方QC人员、运行再鉴定人员一起进行设备再鉴定工作。根据校验单的要求进行品质和功能再鉴定，并在再鉴定单上记录相关数据并签字。恢复EP接线，EP接线端子要做紧固检查，EP内部接线要甩在右侧，不要向下碰到波纹管，并双重验证。紧固EP、定位器盖子的固定螺丝时要对称用力均匀。若强制条件，需及时恢复，监护人验证。

第二章气动调节阀仪控部件工作原理

第一节气动调节阀介绍

执行机构是自动调节系统的重要组成部分，通常用其来调节流入（或流出）调节对象的物质或能量，以实现对热力生产过程中各种热工参数的自动控制，所以又称为调节系统的终端控制元件。一个自动调节系统即使设计合理、装置设备先进，但如果调节机构选择不当，如特性不好或调节范围不合适，仍然会使调节系统出现异常。

由于调节机构直接与工作介质接触，使用条件恶劣，所以容易出现故障，比如调节阀尺寸选择不合理或特性不适宜，使调节质量不高；调节阀通流部分被腐蚀、堵塞，

使其工作特性变坏；调节阀的机械性能差，动作不灵敏或产生振荡等。因此我们在对气动执行机构进行检修和维护时，必须对调节机构的结构、原理、特性等进行了解，以保证工作的顺利进行，这是保证自动调节系统正常工作的基础。

一、气动调节阀的构成

控制阀主要由两大部分组成：阀体＋执行器

二、气动调节阀的功能

1、控制阀门的开关，保证阀门正常工作所需的行程

2、提供阀门关闭时所需的关闭力

3、具备一定的开关速度，保证使用要求

4、与相关附件联合使用，满足意外故障时阀门的理想位置（故障时阀门打开，或关闭，或即时原位锁定）

三、气动调节阀的流量特性：

1、气动调节阀的流量特性是指控制阀的行程在0－100％的范围内与对应的流经控制阀的流量之间的关系。

2、压差恒定时阀门的流量特性称作固有流量特性。

3、在压差等参数变化条件下阀门的流量特性称作实际流量特性。

四、气动调节阀的流量特性有三种：

1、快开流量特性

2、线性流量特性

3、等百分比流量特性

第二节气动执行机构及其控制装置功能

执行机构是驱动调节阀的动力装置，有气动、电动、液动等方式，其中气动执行机构以其维护工作简单、动作速度较快、具有防爆性、以及容易得到较大力矩等优点，被广泛应用于各种场合。

气动执行机构有薄膜式和气缸两种。薄膜式通常单端进气、弹簧复位，对于不同的进气方向又分为气开式（进气打开阀门，失气弹簧复位关闭阀门）和气关式（进气关闭阀门，失气弹簧复位打开阀门）。由于薄膜式气动执行机构中的薄膜耐受压力较小，通常在2kg/cm以下，因此，如果应用在力矩较大的调节阀上时，就必须增加薄膜的面积，使执行机构的体积变得十分庞大；而气缸式执行机构的活塞和缸体均可以耐受较大的气源压力，而且缸体可以造得很长，因此可用在力矩大、行程长的阀门上。但气缸也有它的缺点，由于活塞与缸体之间有相对运动，就有可能产生不可预见的磨擦力，如缸体锈蚀、密封圈张力不均匀等原因，使得执行机构卡涩造成调节失灵。而薄膜阀由于结构的特点，不会产生上述故障，这也是薄膜阀的优势。

气动执行机构控制装置的主要组成部件和功能：

减压阀：降低控制气源压力，以适宜执行机构的工作压力；

过滤器：滤去压缩空气中的水和其他杂质，保证进入电/气转换器、定位器以及执行机构的压缩空气的清洁。许多产品是减压阀和过滤器一体化设计；

电/气转换器（E/P）：将控制系统来的4-20mA电流信号转换成0.02-0.1MPa/cm2 （ 3-15psi ）的气压控制信号；

定位器：是阀位控制的核心部件，对调节阀的阀位进行精确控制；

位置变送器：通过连杆与阀杆的位移同步产生转角移动，转换成4-20mA电信号，线性地反映阀门的开度；

行程开关：通常安装在阀门的全开和全关位置，用以发出阀门全开和全关的信号送到控制系统；

为了实现某些特殊的控制功能，一些执行机构上还配备了其他的控制部件，如实现联锁功能的电磁阀，实现保位功能的锁气器，加快动作速度的气放大器，失气时维持短时操作的储能罐等等。

执行机构控制部件生产厂家很多，结构也有很大差异，但他们利用的原理都很近似，电/气转换和定位器主要采取两种形式，即E/P、定位器分开和一体化设计，而定位器又分为气动机械平衡式和智能型。控制部件中E/P、减压阀、气动机械平衡式定位器都是利用力平衡原理进行调节的。

第三节气动执行机构控制装置工作原理

下面重点介绍电/气转换器和定位器等控制部件工作原理：

一、力平衡式E/P工作原理：

控制信号

E/P输出

E/P调节原理方框图

上图所示，它是按力平衡原理设计和工作的。在其内部有一线圈，当调节器（变送器）的电流信号送入线圈后，由于内部永久磁铁的作用，使线圈和杠杆产生位移，带动挡板接近（或远离）喷嘴，引起喷嘴背压增加（或减少），此背压作用在内部的气动功率放大器上，放大后的压力一路作为转换器的输出，另一路送到反馈波纹管。输送到反馈波纹管的压力，通过杠杆的力传递作用在铁芯的另一端产生一个反向的位移，此位移与输入信号产生电磁力矩平衡时，输入信号与输出压力成一一对应的比例关系。

即输入信号从4mA.DC改变到20mA.DC时，转换器的输出压力从0.02～0.1Mpa变化，实现了将电流信号转换成气动信号的过程。图中调零机构，用来调节转换器的零位，反馈波纹管起反馈作用。调整量程主要是调整E/P量程跨度。

二、力平衡式定位器工作原理：

控制信号定位器输出

力平衡式定位器调节原理方框图

上图气动阀门定位器是按力平衡原理设计和工作的。如图下图所示当通入波纹管的信号压力增加时，使杠杆2绕支点转动，档板靠近喷嘴，喷嘴背压经放大器放大后，送入薄膜执行机构气室，使阀杆向下移动，并带动反馈杆（摆杆）绕支点转动，连接在同一轴上的反馈凸轮（偏心凸轮）也跟着作逆时针方向转动，通过滚轮使杠杆1绕支点转动，并将反馈弹簧拉伸、弹簧对杠杆2的拉力与信号压力作用在波纹管上的力达到新的平衡状态。此时，一定的信号压力就与一定的阀门位置相对应。当通入波纹管的信号压力减少时，使杠杆2绕支点转动，档板离开喷嘴，喷嘴背压经放大器放大后，送入薄膜执行机构气室，使阀杆向上移动，并带动反馈杆（摆杆）绕支点转动，连接在同一轴上的反馈凸轮（偏心凸轮）也跟着作顺时针方向转动，通过滚轮使杠杆1绕支点转动，并将反馈弹簧压缩、弹簧对杠杆2的压力与信号压力作用在波纹管上的力达到新的平衡状态。此时，一定的信号压力就与一定的阀门位置相对应。

以上作用方式为正作用，若要改变作用方式，只要将凸轮翻转，A向变成B向等，即可。所谓正作用定位器，就是信号压力增加，输出压力亦增加；所谓反作用定位器，就是信号压力增加，输出压力则减少。气源压力连接到83L型气动放大器。气动放大器内的固定节流孔限制喷嘴的流量，这样当挡板没有挡住喷嘴时，空气能够排放得比进气速度要快。

从控制设备来的输入信号连接到波纹管。当输入信号增加时，波纹管膨胀并推动平衡梁。平衡梁围绕输入轴转动，使挡板靠近喷嘴。喷嘴压力增加，然后通过气动放大器的作用，增加至膜片式执行机构的输入压力，膜盒内压力的增加会使得执行机构推杆向下移动。推杆的移动通过一个凸轮反馈到平衡梁。当凸轮移动时，平衡梁围绕反馈支点旋转，并移动挡板使其离开喷嘴。喷嘴压力减少，并降低机构压力，推杆继续下移，使挡板离开喷嘴，直到达到平衡。

当输入信号减少时，波纹管收缩（在内部量程弹簧的帮助下），平衡梁围绕输入轴旋转，从而移动挡板，使其离开喷嘴。喷嘴压力减少，因而气动放大器允许膜盖里的压力释放到空气中去。执行机构推杆向上移动。通过凸轮，推杆的移动被反馈到平衡

梁云重新定位挡板，使其更靠近喷嘴。当平衡条件达到时，推杆停止移动，挡板被定位，防止膜盖里的压力进一步降低。

对于反作用定位器，工作原理是类似的，只不过当输入信号增加时，膜盖中的压力降低。反之，输入信号减少时，膜盖中的压力增加。

三、智能定位器工作原理：

西门子SIPART PS2智能电气阀门定位器

SIPART PS2 型智能电气阀门定位器的工作原理与传统定位器完全不同。采用微处理器对给定值和位置反馈进行比较。如果微处理器检测到偏差，它就用一个五步开关程序来控制压电阀，压电阀进而调节进入执行机构气室的空气流量。压电阀将控制指令转换为气动位移增量，当控制偏差很大时（高速区）。定位器输出一个连续信号；当控制偏差不大（低速区），定位器输出脉冲连续；当控制器偏差很小时（自适应或可调死区状态），则没有控制指令输出。

1)如果选择了“turn”，不能设置33 °；

2)如果选择了1. YFCT=turn，仅出现参数；

3)如果选择12.SFCT=FrEE，添加设置点出现；

4)NC 意味: 执行机构开关打开或低位，NO 意味: 执行机构开关关闭或高位；

5)Normal(常规)意味: 高位没有故障，Inverted(反常规)意味:低位没有故障。SIPART PS2 可以在组态模式下对如下设置进行组态：

●输入电流范围 0 至 20 mA 或 4 至 20 mA

●设定点上升或下降特性

●定位速度限值 (给定值斜率)

●分程; 可调整起始值和满刻度值

●响应阈值 (死区)；自动设定或人工设定

●动作方向；随设定点上升而上升或下降的输出压力

●定位范围的限值 (起始刻度和满刻度值 )

●执行机构位置的限值 (报警):最小值和最大值

●自动“紧密关闭” (用于 6DR5...可调制响应阈值)

●行程可以根据阀门特性进行校正，可有如下选择：

-线性特性

-等百分比特性 1: 25，1: 33 和 1: 50

-反等百分比特性 1: 25，1: 33 和 1: 50

-任意特性，输入多达 21 添加点的多边形折线。

●二进制输入功能

●报警输出功能。

西门子SIPART PS2智能定位器参数表

备注：因出厂时间不同参数表可能有所差别。

四、减压阀工作原理

如下图压缩空气经过过滤后由输入口进入输入压力室（红色部分），或输入压力室内安装过滤装置，经过阀芯后进入输出腔室（蓝色部分）。

当输出腔室的气压大于膜片上弹簧压力时，膜片向上移动，阀芯也向上移动，输入气源被阀芯隔断，输出腔室内的压缩空气通过膜片和阀芯顶部之间间隙进入排空腔室（黄色部分）由排气孔排出，使输出压力减小。

当输出腔室的气压小于膜片上弹簧压力时，膜片向下移动，输入气源通过阀芯和阀座之间间隙进入输出腔室，使输出腔室内的压力上升。只有当输出压力与弹簧压力一致时，阀芯和阀座间隙固定，输出压力稳定。

因此我们只要调整减压阀顶部的调整螺丝，就控制输出压力。

调整螺丝

锁紧螺母

五、气动继动器（流量放大器）的工作原理：

气动继动器按力平衡原理设计。它由端盖(1)、环室(2)、膜片组件(3)、阀芯组件(4)、阀体组件(5)和调整用的针阀(P)等组成。(见下图)