氣動(dòng)三通球閥在連續(xù)化結(jié)晶工藝改造上的應(yīng)用

　　介紹氣動(dòng)三通球閥的組成、工作原理及其在連續(xù)化結(jié)晶工藝液位控制系統(tǒng)上的應(yīng)用,可供同行在設(shè)計(jì)、選型和維護(hù)時(shí)參考。

　　某連續(xù)化結(jié)晶裝置，原設(shè)計(jì)是每臺(tái)結(jié)晶器采用兩臺(tái)氣動(dòng)開(kāi)關(guān)球閥控制其內(nèi)部物料的采出和回流。裝置在自動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)閥會(huì)根據(jù)結(jié)晶器內(nèi)液位變化交替開(kāi)關(guān)。但是該流程有兩個(gè)不足之處：一是當(dāng)某個(gè)閥關(guān)閉時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，低溫物料會(huì)在該閥前管道內(nèi)結(jié)晶，引起局部堵塞;二是任意一臺(tái)結(jié)晶器因故障需檢修時(shí)，必須將整個(gè)裝置停車(chē)，造成設(shè)備利用率降低。為此，筆者對(duì)其進(jìn)行了技術(shù)改造，用一臺(tái)三通閥代替原來(lái)的兩臺(tái)球閥，并重新設(shè)計(jì)了控制方案，實(shí)際運(yùn)行后取得了預(yù)期的效果。

1、流程簡(jiǎn)介

　　改造后的連續(xù)化結(jié)晶工藝流程如圖1所示。從圖中可以看出，物料首先通過(guò)進(jìn)料泵(輸送泵)從原料槽打入結(jié)晶器A內(nèi)進(jìn)行冷卻降溫;降溫后的物料，通過(guò)翻料泵再?gòu)慕Y(jié)晶器A翻到結(jié)晶器B內(nèi)，進(jìn)一步冷卻降溫;依此類(lèi)推，物料一直翻到結(jié)晶器F內(nèi)繼續(xù)冷卻降溫;最后結(jié)晶器F內(nèi)含有晶體的物料，再用翻料泵送到離心分離工序進(jìn)行離心、烘干和包裝，得到合格產(chǎn)品。

圖1 改造后的連續(xù)化結(jié)晶工藝控制流程

　　每一臺(tái)結(jié)晶器用三通閥控制液位：當(dāng)結(jié)晶器內(nèi)液位高于高設(shè)定值時(shí)，通過(guò)DCS控制閥門(mén)自動(dòng)將物料翻到下一級(jí)結(jié)晶器;當(dāng)結(jié)晶器內(nèi)液位低于低設(shè)定值時(shí)，通過(guò)DCS控制閥門(mén)自動(dòng)回流循環(huán)。每一臺(tái)結(jié)晶器都通過(guò)調(diào)節(jié)閥控制冷卻水量保證冷卻溫度。

　　當(dāng)任意一臺(tái)結(jié)晶器需要檢修時(shí)，操作員只需在手動(dòng)狀態(tài)下按如圖2所示的檢修按鈕，同時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)的手動(dòng)旁路閥打開(kāi)，將手動(dòng)進(jìn)料閥和手動(dòng)回流閥關(guān)閉即可。此時(shí)物料將經(jīng)閥門(mén)直接從上一級(jí)結(jié)晶器進(jìn)到下一級(jí)結(jié)晶器，將其從系統(tǒng)中解列出來(lái)以便檢修。

圖2 操作員操作界面

2、氣動(dòng)三通球閥組成和工作原理

　　氣動(dòng)三通球閥由電磁閥、三位式氣動(dòng)執(zhí)行器和三通閥閥體組成，各部分的原理和功能分別敘述如下。

2.1、電磁閥結(jié)構(gòu)原理

　　無(wú)論是兩位式還是三位式氣動(dòng)執(zhí)行器，都需要用電磁閥來(lái)控制氣路切換，實(shí)現(xiàn)閥門(mén)開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

　　對(duì)于單電控線圈得電后電磁閥換向，失電后在閥內(nèi)彈簧的作用下電磁閥復(fù)位。電磁閥和執(zhí)行器氣缸之間可采用8～12mm銅管(塑料管)連接或NAMUR方式連接。

　　電磁閥按內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同可分為兩位三通和兩位五通兩種。兩位三通工作方式下的電磁閥包括一個(gè)進(jìn)氣孔(接進(jìn)氣氣源)、一個(gè)出氣孔(提供給氣缸氣源)和一個(gè)排氣孔(安裝消聲器)，它通常和單作用氣缸配套使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門(mén)啟閉的兩位式控制;兩位五通工作方式下的電磁閥具有一個(gè)進(jìn)氣孔(接進(jìn)氣氣源)、一個(gè)正動(dòng)作出氣孔和一個(gè)反動(dòng)作出氣孔(分別為氣缸提供一正一反動(dòng)作的氣源)、一個(gè)正動(dòng)作排氣孔和一個(gè)反動(dòng)作排氣孔(均安裝消聲器)，它通常和雙作用氣缸配合使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門(mén)啟閉的兩位式控制。電磁閥線圈電壓等級(jí)一般采用24V(DC)、220V(AC)等，并有防爆與非防爆之分。

2.2、三位式氣動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)原理

　　三位式氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供了一種0°-45°-90°或0°-90°-180°的操作方式。中間位置是由兩個(gè)輔助活塞移動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械制動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)中間位置可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。因三位式氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有全關(guān)、中間和全開(kāi)3個(gè)位置，故需要兩個(gè)兩位五通電磁閥或3個(gè)兩位三通電磁閥來(lái)控制氣源切換，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。具體操作過(guò)程、三位式氣缸的位置示意和電磁閥的動(dòng)作次序見(jiàn)表1。

表1 三位式氣動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)原理

3、三通球閥結(jié)構(gòu)原理

　　三通球閥是指有三通口的球閥，它用于控制介質(zhì)的流向以實(shí)現(xiàn)一進(jìn)一出、一進(jìn)二出(分流)及二進(jìn)一出(合流)等，其中任一通口都可用作介質(zhì)的入口而無(wú)泄漏。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合不同，其內(nèi)部球體可制成L形和T形兩種通口。因三通閥內(nèi)部球體形式的差異，使得閥門(mén)3個(gè)口之間的連通有多種組合，可以滿足各種工況對(duì)介質(zhì)不同流向的控制要求。

　　由于本裝置中使用的三通閥需要3個(gè)兩兩相通的流路，因此選用T形通口的閥(各通口間的流通通路如圖3所示)配三位式氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

圖3 三通閥流通通路示意圖

　　對(duì)于電磁閥形式和數(shù)量各生產(chǎn)廠家會(huì)根據(jù)自己生產(chǎn)的三位式氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行選擇。

　　當(dāng)選兩個(gè)24V直流防爆型兩位五通電磁閥來(lái)控制時(shí)，電磁閥A負(fù)責(zé)開(kāi)關(guān)，其輸出口2、4分別接主氣缸的口2、4;電磁閥B負(fù)責(zé)限位，其輸出口2、4分別接輔助氣缸的口C、D。選3個(gè)24V直流防爆型兩位三通電磁閥來(lái)控制時(shí)，電磁閥A負(fù)責(zé)開(kāi)，其輸出口2接主氣缸的口2;電磁閥B負(fù)責(zé)關(guān)，其輸出口2接主氣缸的口4;電磁閥C負(fù)責(zé)限位，其輸出口2接輔助氣缸的口D。