介紹氣動三通球閥的組成、工作原理及其在連續化結晶工藝液位控制系統上的應用,可供同行在設計、選型和維護時參考。

　　某連續化結晶裝置，原設計是每臺結晶器采用兩臺氣動開關球閥控制其內部物料的采出和回流。裝置在自動狀態下運行時，兩臺閥會根據結晶器內液位變化交替開關。但是該流程有兩個不足之處：一是當某個閥關閉時間過長時，低溫物料會在該閥前管道內結晶，引起局部堵塞;二是任意一臺結晶器因故障需檢修時，必須將整個裝置停車，造成設備利用率降低。為此，筆者對其進行了技術改造，用一臺三通閥代替原來的兩臺球閥，并重新設計了控制方案，實際運行后取得了預期的效果。

1、流程簡介

　　改造后的連續化結晶工藝流程如圖1所示。從圖中可以看出，物料首先通過進料泵(輸送泵)從原料槽打入結晶器A內進行冷卻降溫;降溫后的物料，通過翻料泵再從結晶器A翻到結晶器B內，進一步冷卻降溫;依此類推，物料一直翻到結晶器F內繼續冷卻降溫;最后結晶器F內含有晶體的物料，再用翻料泵送到離心分離工序進行離心、烘干和包裝，得到合格產品。

圖1 改造后的連續化結晶工藝控制流程

　　每一臺結晶器用三通閥控制液位：當結晶器內液位高于高設定值時，通過DCS控制閥門自動將物料翻到下一級結晶器;當結晶器內液位低于低設定值時，通過DCS控制閥門自動回流循環。每一臺結晶器都通過調節閥控制冷卻水量保證冷卻溫度。

　　當任意一臺結晶器需要檢修時，操作員只需在手動狀態下按如圖2所示的檢修按鈕，同時將現場的手動旁路閥打開，將手動進料閥和手動回流閥關閉即可。此時物料將經閥門直接從上一級結晶器進到下一級結晶器，將其從系統中解列出來以便檢修。

圖2 操作員操作界面

2、氣動三通球閥組成和工作原理

　　氣動三通球閥由電磁閥、三位式氣動執行器和三通閥閥體組成，各部分的原理和功能分別敘述如下。

2.1、電磁閥結構原理

　　無論是兩位式還是三位式氣動執行器，都需要用電磁閥來控制氣路切換，實現閥門開關動作。

　　對于單電控線圈得電后電磁閥換向，失電后在閥內彈簧的作用下電磁閥復位。電磁閥和執行器氣缸之間可采用8～12mm銅管(塑料管)連接或NAMUR方式連接。

　　電磁閥按內部結構不同可分為兩位三通和兩位五通兩種。兩位三通工作方式下的電磁閥包括一個進氣孔(接進氣氣源)、一個出氣孔(提供給氣缸氣源)和一個排氣孔(安裝消聲器)，它通常和單作用氣缸配套使用，實現對閥門啟閉的兩位式控制;兩位五通工作方式下的電磁閥具有一個進氣孔(接進氣氣源)、一個正動作出氣孔和一個反動作出氣孔(分別為氣缸提供一正一反動作的氣源)、一個正動作排氣孔和一個反動作排氣孔(均安裝消聲器)，它通常和雙作用氣缸配合使用，實現對閥門啟閉的兩位式控制。電磁閥線圈電壓等級一般采用24V(DC)、220V(AC)等，并有防爆與非防爆之分。

2.2、三位式氣動執行器結構原理

　　三位式氣動執行機構提供了一種0°-45°-90°或0°-90°-180°的操作方式。中間位置是由兩個輔助活塞移動產生機械制動來實現的，這個中間位置可根據需要進行調整。因三位式氣動執行機構有全關、中間和全開3個位置，故需要兩個兩位五通電磁閥或3個兩位三通電磁閥來控制氣源切換，實現旋轉動作。具體操作過程、三位式氣缸的位置示意和電磁閥的動作次序見表1。

表1 三位式氣動執行器結構原理

3、三通球閥結構原理

　　三通球閥是指有三通口的球閥，它用于控制介質的流向以實現一進一出、一進二出(分流)及二進一出(合流)等，其中任一通口都可用作介質的入口而無泄漏。根據應用場合不同，其內部球體可制成L形和T形兩種通口。因三通閥內部球體形式的差異，使得閥門3個口之間的連通有多種組合，可以滿足各種工況對介質不同流向的控制要求。

　　由于本裝置中使用的三通閥需要3個兩兩相通的流路，因此選用T形通口的閥(各通口間的流通通路如圖3所示)配三位式氣動執行機構。

圖3 三通閥流通通路示意圖

　　對于電磁閥形式和數量各生產廠家會根據自己生產的三位式氣動執行機構的特點進行選擇。

　　當選兩個24V直流防爆型兩位五通電磁閥來控制時，電磁閥A負責開關，其輸出口2、4分別接主氣缸的口2、4;電磁閥B負責限位，其輸出口2、4分別接輔助氣缸的口C、D。選3個24V直流防爆型兩位三通電磁閥來控制時，電磁閥A負責開，其輸出口2接主氣缸的口2;電磁閥B負責關，其輸出口2接主氣缸的口4;電磁閥C負責限位，其輸出口2接輔助氣缸的口D。