大型防爆蝶閥電液伺服比例控制快關調節裝置的研制與應用

2009-08-03 樂貴菊煤炭科學研究總院上海分院

1、概述

　　隨著我國石化工業的發展,閥門行業蝶閥產品的口徑不斷增大,已達到1m以至幾米以上的直徑。針對大口徑閥門需要的啟閉扭矩與速度,對閥門的控制方式除采用手動、氣動和電動驅動形式外,液壓傳動與控制也得到了廣泛采用。為了使蝶閥調節裝置以更大扭矩滿足大型煤電站、熱電廠和石化行業的使用,研制了大型防爆蝶閥的電液伺服比例控制快關調節裝置,該裝置采用電液伺服比例控制技術,控制精度為1 /600,最大執行扭矩為100 000N·m。

2、系統結構

　　大型防爆蝶閥的電液伺服比例控制快關調節裝置是為適應石化工業日益發展的需要而研制開發的新型產品。主要由防爆控制柜、大口徑蝶閥、液壓伺服控制系統、機械傳動機構和電氣控制系統等組成。

2.1、液壓伺服控制系統

　　液壓伺服控制系統由齒輪泵、電機、聯軸器、電液伺服比例閥、三位四通電磁換向閥、溢流閥、單向閥、節流閥、蓄能器、壓力繼電器、壓力表、高壓過濾器和油箱等元件組成(圖1) 。系統采用集成化模塊化設計, 系統安全壓力由溢流閥設定。截止閥(HV5)的作用是釋放系統壓力油回油箱,節流閥用來調節系統開、關閥的速度,壓力繼電器設定系統油壓控制的上下限點,泵采用進口高壓低噪聲的齒輪泵,立式安裝,閥選用進口的螺紋插裝閥使系統的內泄漏大大減少,節省能源,維修和安裝方便。過濾器采用倒置的高壓過濾器,結構緊湊,保證系統油液清潔和各種控制閥能正常動作。

　　高性能電液伺服比例閥為滑套結構,比例閥內四通閥芯可在滑套內滑動。滑套壓進閥體內,對中彈簧使閥芯保持在中間位置,直線力馬達克服彈簧的對中力使閥芯在兩個方向上都可以偏離中間位置,平衡在一個新的位置。閥芯由集成有感應電子傳感器的比例電磁鐵進行閉環位置控制。閥芯位置閉環控制電子線路與脈寬調制驅動電子線路固化為一集成塊,固定在伺服閥內。

　　當電氣指令信號施加到閥芯位置控制集成塊時,電子線路在直線力馬達產生脈寬調制電流,振蕩器使閥芯位置傳感器勵磁。經解調以后的閥芯位置信號和指令信號進行比較,使閥芯位置控制器產生電流輸出給直線力馬達,直線力馬達驅動閥芯移動到指令位置。閥芯位置與指令信號成正比。當閥芯移動,使壓力油P與A或B 腔相通,壓力油快速進入油缸的A或B腔,通過齒輪齒條推動蝶閥完成開啟和快速關閉等調節動作。

　　液壓伺服驅動執行扭矩為25～100kN·m,由液壓泵站提供液壓能,推動執行油缸完成蝶閥0°～90°的開閉動作。齒輪箱主軸頂部安裝有電子角位移檢測裝置,能正確的檢測出蝶閥的開閉角度,并能及時發出信號,指令電氣系統停止執行油缸的開閉動作,控制精度為1/600。當電源切斷后,執行機構還能用手動驅動機構開閉蝶閥。手動驅動機構的齒輪比≈ 1 /138,最大執行扭矩為5kN·m。蝶閥的開閉角度可通過齒輪箱頂部的角度指示盤中的指針目測確定。

圖1　大型防爆蝶閥液壓伺服控制系統

2.2、機械傳動機構

　　機械傳動機構齒輪箱的液壓驅動部分由油缸、齒條和齒輪組成(圖2) 。當液壓伺服系統向油缸提供壓力油時,油缸帶動齒條作往復運動,齒條帶動齒輪旋轉,從而帶動主軸旋轉打開或關閉蝶閥。蝶閥開閉的角度可過主軸頂部的齒輪帶動電子角位移檢測裝置旋轉實施檢測。傳動機構齒輪箱的手搖驅動部分由三級齒輪減速輪系組成。當轉動手輪時,齒輪通過齒輪軸帶動主軸旋轉,使得蝶閥啟閉。蝶閥的開閉角度,可通過齒輪箱頂部的角度指示盤中的指針目測確定。

　　蓄能器是用于蝶閥慢開、慢關和快關等動作時提供能源。蓄能器規格的選擇必須經過嚴格的計算,每個系統是不同的,應滿足系統保壓和蝶閥快關的要求。快速油缸是通過齒輪齒條推動蝶閥的執行機構,為保證其運行可靠設計時選用了進口的密封圈,并設置了液壓緩沖以保護蝶閥,還設計節流裝置,按系統要求控制驅動外界負載,直接安裝于齒輪齒條傳動裝置上。