大型防爆蝶閥電液伺服比例控制快關(guān)調(diào)節(jié)裝置的研制與應(yīng)用

2009-08-03 樂貴菊煤炭科學(xué)研究總院上海分院

1、概述

　　隨著我國石化工業(yè)的發(fā)展,閥門行業(yè)蝶閥產(chǎn)品的口徑不斷增大,已達到1m以至幾米以上的直徑。針對大口徑閥門需要的啟閉扭矩與速度,對閥門的控制方式除采用手動、氣動和電動驅(qū)動形式外,液壓傳動與控制也得到了廣泛采用。為了使蝶閥調(diào)節(jié)裝置以更大扭矩滿足大型煤電站、熱電廠和石化行業(yè)的使用,研制了大型防爆蝶閥的電液伺服比例控制快關(guān)調(diào)節(jié)裝置,該裝置采用電液伺服比例控制技術(shù),控制精度為1 /600,最大執(zhí)行扭矩為100 000N·m。

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　大型防爆蝶閥的電液伺服比例控制快關(guān)調(diào)節(jié)裝置是為適應(yīng)石化工業(yè)日益發(fā)展的需要而研制開發(fā)的新型產(chǎn)品。主要由防爆控制柜、大口徑蝶閥、液壓伺服控制系統(tǒng)、機械傳動機構(gòu)和電氣控制系統(tǒng)等組成。

2.1、液壓伺服控制系統(tǒng)

　　液壓伺服控制系統(tǒng)由齒輪泵、電機、聯(lián)軸器、電液伺服比例閥、三位四通電磁換向閥、溢流閥、單向閥、節(jié)流閥、蓄能器、壓力繼電器、壓力表、高壓過濾器和油箱等元件組成(圖1) 。系統(tǒng)采用集成化模塊化設(shè)計, 系統(tǒng)安全壓力由溢流閥設(shè)定。截止閥(HV5)的作用是釋放系統(tǒng)壓力油回油箱,節(jié)流閥用來調(diào)節(jié)系統(tǒng)開、關(guān)閥的速度,壓力繼電器設(shè)定系統(tǒng)油壓控制的上下限點,泵采用進口高壓低噪聲的齒輪泵,立式安裝,閥選用進口的螺紋插裝閥使系統(tǒng)的內(nèi)泄漏大大減少,節(jié)省能源,維修和安裝方便。過濾器采用倒置的高壓過濾器,結(jié)構(gòu)緊湊,保證系統(tǒng)油液清潔和各種控制閥能正常動作。

　　高性能電液伺服比例閥為滑套結(jié)構(gòu),比例閥內(nèi)四通閥芯可在滑套內(nèi)滑動�；讐哼M閥體內(nèi),對中彈簧使閥芯保持在中間位置,直線力馬達克服彈簧的對中力使閥芯在兩個方向上都可以偏離中間位置,平衡在一個新的位置。閥芯由集成有感應(yīng)電子傳感器的比例電磁鐵進行閉環(huán)位置控制。閥芯位置閉環(huán)控制電子線路與脈寬調(diào)制驅(qū)動電子線路固化為一集成塊,固定在伺服閥內(nèi)。

　　當(dāng)電氣指令信號施加到閥芯位置控制集成塊時,電子線路在直線力馬達產(chǎn)生脈寬調(diào)制電流,振蕩器使閥芯位置傳感器勵磁。經(jīng)解調(diào)以后的閥芯位置信號和指令信號進行比較,使閥芯位置控制器產(chǎn)生電流輸出給直線力馬達,直線力馬達驅(qū)動閥芯移動到指令位置。閥芯位置與指令信號成正比。當(dāng)閥芯移動,使壓力油P與A或B 腔相通,壓力油快速進入油缸的A或B腔,通過齒輪齒條推動蝶閥完成開啟和快速關(guān)閉等調(diào)節(jié)動作。

　　液壓伺服驅(qū)動執(zhí)行扭矩為25～100kN·m,由液壓泵站提供液壓能,推動執(zhí)行油缸完成蝶閥0°～90°的開閉動作。齒輪箱主軸頂部安裝有電子角位移檢測裝置,能正確的檢測出蝶閥的開閉角度,并能及時發(fā)出信號,指令電氣系統(tǒng)停止執(zhí)行油缸的開閉動作,控制精度為1/600。當(dāng)電源切斷后,執(zhí)行機構(gòu)還能用手動驅(qū)動機構(gòu)開閉蝶閥。手動驅(qū)動機構(gòu)的齒輪比≈ 1 /138,最大執(zhí)行扭矩為5kN·m。蝶閥的開閉角度可通過齒輪箱頂部的角度指示盤中的指針目測確定。

圖1　大型防爆蝶閥液壓伺服控制系統(tǒng)

2.2、機械傳動機構(gòu)

　　機械傳動機構(gòu)齒輪箱的液壓驅(qū)動部分由油缸、齒條和齒輪組成(圖2) 。當(dāng)液壓伺服系統(tǒng)向油缸提供壓力油時,油缸帶動齒條作往復(fù)運動,齒條帶動齒輪旋轉(zhuǎn),從而帶動主軸旋轉(zhuǎn)打開或關(guān)閉蝶閥。蝶閥開閉的角度可過主軸頂部的齒輪帶動電子角位移檢測裝置旋轉(zhuǎn)實施檢測。傳動機構(gòu)齒輪箱的手搖驅(qū)動部分由三級齒輪減速輪系組成。當(dāng)轉(zhuǎn)動手輪時,齒輪通過齒輪軸帶動主軸旋轉(zhuǎn),使得蝶閥啟閉。蝶閥的開閉角度,可通過齒輪箱頂部的角度指示盤中的指針目測確定。

　　蓄能器是用于蝶閥慢開、慢關(guān)和快關(guān)等動作時提供能源。蓄能器規(guī)格的選擇必須經(jīng)過嚴(yán)格的計算,每個系統(tǒng)是不同的,應(yīng)滿足系統(tǒng)保壓和蝶閥快關(guān)的要求�？焖儆透资峭ㄟ^齒輪齒條推動蝶閥的執(zhí)行機構(gòu),為保證其運行可靠設(shè)計時選用了進口的密封圈,并設(shè)置了液壓緩沖以保護蝶閥,還設(shè)計節(jié)流裝置,按系統(tǒng)要求控制驅(qū)動外界負(fù)載,直接安裝于齒輪齒條傳動裝置上。