大型防爆蝶阀电液伺服比例控制快关调节装置的研制与应用

2009-08-03 乐贵菊煤炭科学研究总院上海分院

1、概述

　　随着我国石化工业的发展,阀门行业蝶阀产品的口径不断增大,已达到1m以至几米以上的直径。针对大口径阀门需要的启闭扭矩与速度,对阀门的控制方式除采用手动、气动和电动驱动形式外,液压传动与控制也得到了广泛采用。为了使蝶阀调节装置以更大扭矩满足大型煤电站、热电厂和石化行业的使用,研制了大型防爆蝶阀的电液伺服比例控制快关调节装置,该装置采用电液伺服比例控制技术,控制精度为1 /600,最大执行扭矩为100 000N·m。

2、系统结构

　　大型防爆蝶阀的电液伺服比例控制快关调节装置是为适应石化工业日益发展的需要而研制开发的新型产品。主要由防爆控制柜、大口径蝶阀、液压伺服控制系统、机械传动机构和电气控制系统等组成。

2.1、液压伺服控制系统

　　液压伺服控制系统由齿轮泵、电机、联轴器、电液伺服比例阀、三位四通电磁换向阀、溢流阀、单向阀、节流阀、蓄能器、压力继电器、压力表、高压过滤器和油箱等元件组成(图1) 。系统采用集成化模块化设计, 系统安全压力由溢流阀设定。截止阀(HV5)的作用是释放系统压力油回油箱,节流阀用来调节系统开、关阀的速度,压力继电器设定系统油压控制的上下限点,泵采用进口高压低噪声的齿轮泵,立式安装,阀选用进口的螺纹插装阀使系统的内泄漏大大减少,节省能源,维修和安装方便。过滤器采用倒置的高压过滤器,结构紧凑,保证系统油液清洁和各种控制阀能正常动作。

　　高性能电液伺服比例阀为滑套结构,比例阀内四通阀芯可在滑套内滑动。滑套压进阀体内,对中弹簧使阀芯保持在中间位置,直线力马达克服弹簧的对中力使阀芯在两个方向上都可以偏离中间位置,平衡在一个新的位置。阀芯由集成有感应电子传感器的比例电磁铁进行闭环位置控制。阀芯位置闭环控制电子线路与脉宽调制驱动电子线路固化为一集成块,固定在伺服阀内。

　　当电气指令信号施加到阀芯位置控制集成块时,电子线路在直线力马达产生脉宽调制电流,振荡器使阀芯位置传感器励磁。经解调以后的阀芯位置信号和指令信号进行比较,使阀芯位置控制器产生电流输出给直线力马达,直线力马达驱动阀芯移动到指令位置。阀芯位置与指令信号成正比。当阀芯移动,使压力油P与A或B 腔相通,压力油快速进入油缸的A或B腔,通过齿轮齿条推动蝶阀完成开启和快速关闭等调节动作。

　　液压伺服驱动执行扭矩为25～100kN·m,由液压泵站提供液压能,推动执行油缸完成蝶阀0°～90°的开闭动作。齿轮箱主轴顶部安装有电子角位移检测装置,能正确的检测出蝶阀的开闭角度,并能及时发出信号,指令电气系统停止执行油缸的开闭动作,控制精度为1/600。当电源切断后,执行机构还能用手动驱动机构开闭蝶阀。手动驱动机构的齿轮比≈ 1 /138,最大执行扭矩为5kN·m。蝶阀的开闭角度可通过齿轮箱顶部的角度指示盘中的指针目测确定。

图1　大型防爆蝶阀液压伺服控制系统

2.2、机械传动机构

　　机械传动机构齿轮箱的液压驱动部分由油缸、齿条和齿轮组成(图2) 。当液压伺服系统向油缸提供压力油时,油缸带动齿条作往复运动,齿条带动齿轮旋转,从而带动主轴旋转打开或关闭蝶阀。蝶阀开闭的角度可过主轴顶部的齿轮带动电子角位移检测装置旋转实施检测。传动机构齿轮箱的手摇驱动部分由三级齿轮减速轮系组成。当转动手轮时,齿轮通过齿轮轴带动主轴旋转,使得蝶阀启闭。蝶阀的开闭角度,可通过齿轮箱顶部的角度指示盘中的指针目测确定。

　　蓄能器是用于蝶阀慢开、慢关和快关等动作时提供能源。蓄能器规格的选择必须经过严格的计算,每个系统是不同的,应满足系统保压和蝶阀快关的要求。快速油缸是通过齿轮齿条推动蝶阀的执行机构,为保证其运行可靠设计时选用了进口的密封圈,并设置了液压缓冲以保护蝶阀,还设计节流装置,按系统要求控制驱动外界负载,直接安装于齿轮齿条传动装置上。