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    0 引言

    在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，氣動調(diào)節(jié)閥應用非常普遍，其作用也非常重要，關(guān)系到工業(yè)生產(chǎn)的安全性和經(jīng)濟性。在實際生產(chǎn)中，氣動調(diào)節(jié)閥需要按照工藝系統(tǒng)的要求來調(diào)節(jié)各個參數(shù)，使其滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。尤其是在很多重要環(huán)節(jié)中，氣動調(diào)節(jié)閥如果調(diào)節(jié)不當就會破壞整個生產(chǎn)過程并可能造成巨大的經(jīng)濟損失。一般而言，氣動調(diào)節(jié)閥正常工作時需要提供電源、氣源、信號源，任何信號的喪失都會引起閥門的不當動作。因此，在實際工業(yè)生產(chǎn)過程中，普遍采用三斷保護功能來保證氣動調(diào)節(jié)閥門的可靠工作。

    在工程實際中，斷電、斷氣、斷信號這三種故障中的一種或幾種情況發(fā)生時，氣動調(diào)節(jié)閥基于工藝安全因素考慮而自動地全開閥門、全關(guān)閥門或者是保持閥門故障前的位置—三斷保護。其中，關(guān)閥和開閥可以利用閥體中氣缸壓力和彈簧反力輕易實現(xiàn)。三斷保護中的保位功能實現(xiàn)起來卻比較復雜，因此，本文就兩種工程中廣泛應用的三斷保護裝置中的保位功能方案進行分析比較。

    1 方案一

    如圖1所示，本方案主要由氣動控制閥、智能閥門定位器、氣鎖閥和空氣過濾減壓器等組成。

圖1 采用壓電閥的三斷保護原理圖

    正常工作時，氣源壓力（即氣鎖閥的信號壓力）大于氣鎖閥的設(shè)定壓力，智能閥門定位器輸出的氣源管路和氣動控制調(diào)閥上膜盒的氣源管路被連通，調(diào)節(jié)閥根據(jù)定位器的輸出指令進行動作。

    斷氣源時，氣源壓力（即氣鎖閥的信號壓力）小于氣鎖閥的設(shè)定壓力，氣鎖閥上的氣動執(zhí)行機構(gòu)動作，智能閥門定位器輸出的氣源管路和氣動控制調(diào)閥上膜盒的氣源管路自動被切斷，即氣動控制調(diào)閥的膜盒內(nèi)的壓力信號被鎖死不受外界氣源影響，維持原有的壓力信號和控制閥彈簧反力的平衡，從而實現(xiàn)在氣源故障時氣動控制調(diào)閥的閥位保持在故障前的位置。

    P/I轉(zhuǎn)換單元利用永久磁鋼、線圈、杠桿、噴嘴等部件將從控制系統(tǒng)輸出的電信號轉(zhuǎn)換成適用的氣壓信號，來推動啟動調(diào)節(jié)閥。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，P/I轉(zhuǎn)換單元分為噴嘴擋板式、壓電閥式和滑閥式三類。目前，市場上主流智能閥門定位器中的I/P轉(zhuǎn)換單元主要采用噴嘴擋板式或者壓電閥式。斷氣源時，采用上述兩種結(jié)構(gòu)的智能閥門定位器的動作原理相同，如上所述?，F(xiàn)就斷信號和斷電時采用兩種不同結(jié)構(gòu)的智能閥門定位器的動作原理分別進行分析。

    （1）對于采用壓電閥式結(jié)構(gòu)的智能閥門定位器：

    斷信號時，定位器輸出被鎖定，氣動執(zhí)行機構(gòu)保持在當前位置。即無需增加任何附件，定位器本身能實現(xiàn)斷信號保位功能。

    斷電源時，如圖1所示，此種保護方案無需電源，故不存在斷電源保護。有無電源均對氣動調(diào)節(jié)閥的位置無影響。

    （2）對于采用噴嘴擋板式機構(gòu)的智能閥門定位器：

    其電源是串接在閥門輸入信號回路里，斷信號/電時，定位器能自動檢測出異常，輸出到氣動控制調(diào)閥膜盒內(nèi)的壓力信號被鎖定，氣動調(diào)閥保持在故障時的位置。即無需增加任何附件，定位器本身能實現(xiàn)斷電、斷信號保位功能。

    綜上分析，從結(jié)構(gòu)本身而言，采用壓電閥式結(jié)構(gòu)的智能閥門定位器的抗震性能要好。采用噴嘴擋板式機構(gòu)的智能閥門定位器斷信號時反應更靈敏，并且結(jié)構(gòu)簡單、附件少，在使用過程中發(fā)生故障的幾率也相對較少。

    2 方案二

    如圖2所示，在本方案中，保護裝置主要由信號比較器、智能閥門定位器、單電控電磁換向閥、氣鎖閥等部件組成。我們能很直觀地看出，圖2所示的保護方案比圖1所示的保護方案更復雜。

圖2 采用信號比較器的三斷保護原理圖

    斷氣源時，氣鎖閥動作，將定位器輸出的氣動信號管路和氣動控制調(diào)閥的膜盒進氣管路連通，相當于繼續(xù)維持故障前的控制壓力信號和控制閥彈簧反力的平衡。故氣動控制調(diào)閥在斷氣源時無動作，繼續(xù)保持在故障前的位置。

    從圖2可以看出，輸入信號及電源均接到信號比較器，當斷電源、斷信號發(fā)生時，信號比較器檢測到電源/信號消失時，信號比較器動作，使得單電控電磁換向閥失電動作，切斷氣鎖閥的氣源供應，即后續(xù)的保護動作和斷氣源時相同。

    上面只是就單作用氣動控制調(diào)閥的三斷保護功能進行分析。對于雙作用控制調(diào)閥的三斷保護功能的實現(xiàn)，只需將圖2中單通道氣鎖閥換成雙通道氣鎖閥，兩個通道分別連接控制調(diào)閥的上下膜室，即可實現(xiàn)雙作用控制調(diào)閥三斷時的保位功能。而對于三斷時，需要閥門回到安全位置的應用場合，則需要在上述氣動管路圖中增加儲氣罐、二位三通電磁閥等附件即可實現(xiàn)。電磁閥失電后，向上膜盒供氣，則閥門關(guān)閉。電磁閥失電后，向下膜盒供氣，則閥門打開。

    智能閥門定位器主要是由電路部分和氣路部分組成。而根據(jù)工程實際經(jīng)驗，閥門故障多發(fā)生在氣路部分，定位器中的I/P轉(zhuǎn)換單元為損耗單元。I/P轉(zhuǎn)換單元中的一些膜片、密封環(huán)等橡膠制品，在高溫、油、水、蒸汽的環(huán)境中容易老化，并且在工程實際中，調(diào)節(jié)閥門一般都處于上述的惡劣環(huán)境中再加之頻換的調(diào)節(jié)動作，更是加速了這些部件的老化，這些實際工況使得I/P轉(zhuǎn)換單元成為調(diào)節(jié)閥易出故障的部件。

    3 結(jié)論

    綜上兩種方案的比較分析，方案一中的三斷保護裝置結(jié)構(gòu)簡單，配用附件少，安裝維修方便，相應的工程應用中故障點也少，并且也無需單獨供電。在重要的調(diào)節(jié)回路中，建議在實際工程中優(yōu)先選用方案一中的智能閥門定位器。

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