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调节阀故障分析方向错误,小事变大事!
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2023.07.21 山西

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在自控系统终端执行单元中,气动调节阀(以下简称调节阀)与电/气阀门定位器(以下简称定位器)是缺一不可的搭档。只有当二者都保持良好状态,并能够密切配合时,才能顺利完成控制回路的终端执行任务。但在执行单元出现问题时,调节阀和定位器之间也要亲兄弟明算账的。调节阀和定位器,你的“阀”究竟坏哪了?尤其是对于刚入行的圈友,如果故障分析出现了方向性错误,不但解决不了问题,反而可能越搞越复杂。做无用功还在其次,影响生产责任就大了。今天,小圈特邀有着多年行业经验的刘老师,结合其个人经历为大家总结一些思路,供大家思考!


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01

检查定位器的气源压力是否正常

一般薄膜执行机构要求高于弹簧范围上限40~60kPa
例如:对于80~240kPa的弹簧范围,气源压力应调整到240+(40~60)=280~300kPa……依此类推。

气缸执行机构为400~600kPa



02


确认控制信号是否与系统输出值相符

一、智能定位器大部分都能够从屏幕或手操器显示电流;

机械定位器需用万用表测量电流。

二、在调节阀投用前或离线后,如需单独验证系统卡件空载电流大小,可将万用表置于直流电流档,直接从定位器输入端子上测量电流(注意:因电流档内阻很低,相当于用一根导线直接把定位器短路,所以当调节阀在线运行时,不可用此方法!!)。

三、当调节阀处于在线运行状态,不便拆线测量电流时,可测量直流电压,结合定位器说明书上的负载电阻值(机械定位器一般是250Ω左右,对应电压为4~20mA×250Ω=1~5V左右;智能定位器不同品牌和型号负载电阻差距较大,约300~600Ω)换算验证。

四、上述检查完成后,如阀位和系统输出仍有偏差,应先将运行中的调节阀切到离线状态,再分别用串联和并联测量电流方式,检查带负载时电流与空载时电流是否一致,以排除电路系统问题。

当系统中带有齐纳安全栅的情况下,因其与定位器一样属于耗能元件,会使系统AO输出卡件带负载能力明显下降。尤其是当信号接近20mA时,衰减可能会更明显;所以该产品应用已经越来越少,绝大部分场合已被独立供电的隔离式安全栅替代。



03

观察定位器的输出压力表

如果输出压力能够从0→接近气源压力之间连续、平稳变化而调节阀阀位不变或动态异常(比如振荡、卡涩)的话,则基本可以排除定位器故障的可能性,应重点检查调节阀本体或工艺系统,常见问题有:

  • 执行机构推力不足,无法有效克服密封件摩擦力,常见于高温介质调节阀的石墨填料和金属/石墨密封环配置时;

  • 阀芯阀座之间,或导向间隙有异物侵入,如焊渣、铁锈等;

  • 压差较大(尤其是阀芯为不平衡结构时),或存在闪蒸、气蚀、水锤、脉动流等特殊工况。



04

如果确认调节阀和定位器本体性能都没有问题,但阀位和电流信号仍有偏差的话,应重点检查是否存在定位器安装问题

一、针对所有定位器安装的基本要求就是阀位在50%时,直行程反馈杆要处于水平位置(见图1);角行程也需要轴承对准凸轮中线(或位于反馈电位器行程中部,各品牌产品略有区别,以安装手册为准。参考图2~4),此时定位线性度和对称性都最好。无论是机械定位器还是智能定位器,只要保证了50%阀位时反馈组件的准确度,都可以很快调整好零点和满度。

如果该50%位置偏差较大,即使零点和满度能够对准,中间三点或五点行程的非线性修正也很难做好,会影响工艺调节品质。

图1(左)  图2(右)

图3(左)  图4(右)

二、现在定位器基本上都是在阀厂配套好的,所以很多用户甚至是专业施工人员,对定位器安装都不太熟悉。加上智能型定位器的普及,大部分产品都具备了“一键通”、“傻瓜式”自动整定功能,动手实操的机会更少。

但仪表人在维护过程中仍然免不了进行备件更换等工作,如果安装时没注意细节,可能会导致行程范围超出定位器位置传感器的最大工作角度(如图5),自动整定功能无法正常完成。

图5

三、当调节阀口径DN≥250,阀门动作速度会相对较慢。当信号给出后超过一定时间(比如60s)还未到位时,一些品牌定位器会自动诊断为调节阀动作异常,会停止自动整定并发出报警信号。

此种情况应加装气动放大器,以提高动作速度。

四、当调节阀口径≤DN50,由于行程较短,如果安装不当的话,传感器全行程角度太小,会导致死区变大、灵敏度降低、容易振荡或调节品质变差等问题。

此时应调整反馈销与反馈杆之间的配合位置,使全行程角度范围尽量接近图5中“运行行程范围”上限(一般直行程定位器为45°左右),此时定位精度最高,稳定性也最好。

五、容易被忽视的小零件:反馈杆弹簧(如图6)。

向下箭头所指为反馈销弹簧作用是将反馈销始终压在反馈杆长槽的一侧,避免因反馈销和长槽之间的间隙导致阀位波动。

图6
不同品牌定位器反馈杆组件所带弹簧结构不尽相同(如图7),但原理是一样的,都是为了消除反馈杆长槽和反馈销之间的间隙。
图7

六、对于角行程执行机构,阀位振荡还有可能是因为气缸轴端部开槽与反馈组件之间存在配合间隙;

或因为管道、阀门长期振动,导致定位器紧固件有松动,如反馈组件的顶紧螺钉、背紧螺母等部位。





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