1、概述

　　隨著我國(guó)石化工業(yè)的發(fā)展,閥門(mén)行業(yè)蝶閥產(chǎn)品的口徑不斷增大,已達(dá)到1m以至幾米以上的直徑。針對(duì)大口徑閥門(mén)需要的啟閉扭矩與速度,對(duì)閥門(mén)的控制方式除采用手動(dòng)、氣動(dòng)和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)形式外,液壓傳動(dòng)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(mǎn)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(kāi)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(jī)械傳動(dòng)機(jī)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(jī)、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(guò)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(jì), 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(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)開(kāi)、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(diǎn),泵采用進(jìn)口高壓低噪聲的齒輪泵,立式安裝,閥選用進(jìn)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(guò)濾器采用倒置的高壓過(guò)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(dòng)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(dòng)�；�套壓進(jìn)閥體內(nèi),對(duì)中彈簧使閥芯保持在中間位置,直線(xiàn)力馬達(dá)克服彈簧的對(duì)中力使閥芯在兩個(gè)方向上都可以偏離中間位置,平衡在一個(gè)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(jìn)行閉環(huán)位置控制。閥芯位置閉環(huán)控制電子線(xiàn)路與脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電子線(xiàn)路固化為一集成塊,固定在伺服閥內(nèi)。

　　當(dāng)電氣指令信號(hào)施加到閥芯位置控制集成塊時(shí),電子線(xiàn)路在直線(xiàn)力馬達(dá)產(chǎn)生脈寬調(diào)制電流,振蕩器使閥芯位置傳感器勵(lì)磁。經(jīng)解調(diào)以后的閥芯位置信號(hào)和指令信號(hào)進(jìn)行比較,使閥芯位置控制器產(chǎn)生電流輸出給直線(xiàn)力馬達(dá),直線(xiàn)力馬達(dá)驅(qū)動(dòng)閥芯移動(dòng)到指令位置。閥芯位置與指令信號(hào)成正比。當(dāng)閥芯移動(dòng),使壓力油P與A或B 腔相通,壓力油快速進(jìn)入油缸的A或B腔,通過(guò)齒輪齒條推動(dòng)蝶閥完成開(kāi)啟和快速關(guān)閉等調(diào)節(jié)動(dòng)作。

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

圖1　大型防爆蝶閥液壓伺服控制系統(tǒng)

2.2、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

　　機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪箱的液壓驅(qū)動(dòng)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(shí),油缸帶動(dòng)齒條作往復(fù)運(yùn)動(dòng),齒條帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn),從而帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)打開(kāi)或關(guān)閉蝶閥。蝶閥開(kāi)閉的角度可過(guò)主軸頂部的齒輪帶動(dòng)電子角位移檢測(cè)裝置旋轉(zhuǎn)實(shí)施檢測(cè)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪箱的手搖驅(qū)動(dòng)部分由三級(jí)齒輪減速輪系組成。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪時(shí),齒輪通過(guò)齒輪軸帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn),使得蝶閥啟閉。蝶閥的開(kāi)閉角度,可通過(guò)齒輪箱頂部的角度指示盤(pán)中的指針目測(cè)確定。

　　蓄能器是用于蝶閥慢開(kāi)、慢關(guān)和快關(guān)等動(dòng)作時(shí)提供能源。蓄能器規(guī)格的選擇必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算,每個(gè)系統(tǒng)是不同的,應(yīng)滿(mǎn)足系統(tǒng)保壓和蝶閥快關(guān)的要求�？焖儆透资峭ㄟ^(guò)齒輪齒條推動(dòng)蝶閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu),為保證其運(yùn)行可靠設(shè)計(jì)時(shí)選用了進(jìn)口的密封圈,并設(shè)置了液壓緩沖以保護(hù)蝶閥,還設(shè)計(jì)節(jié)流裝置,按系統(tǒng)要求控制驅(qū)動(dòng)外界負(fù)載,直接安裝于齒輪齒條傳動(dòng)裝置上。

圖2　機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

2.3、電氣控制系統(tǒng)

　　電氣控制系統(tǒng)的組成核心部件使用了高可靠性的PLC (可編程序控制器) ,所有的輸入輸出信號(hào)均由PLC來(lái)處理,人機(jī)會(huì)話(huà)由HM I(可編程觸摸屏)完成,方便直觀的人機(jī)會(huì)話(huà)環(huán)境,大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性及操作性,系統(tǒng)構(gòu)架和信號(hào)流程見(jiàn)圖3。

圖3　電氣控制系統(tǒng)