气动调节阀原理和校验.docx

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气动调节阀原理和校验

维修人员标准培训教材

课程编号：

MIC

气动调节阀原理和校验

（第0版）

编写：

潘耀华李元游咸成

审核：

张志飞

批准：

张睿琼

大亚湾核电合营有限公司维修部仪控处

2003年11月24日

前言

本教材为仪表维修人员气动调节阀的标准培训教材，内容基本涵盖了一、二核气动调节阀几乎所有类型的E/P，定位器和相关设备工作原理和校验方法。

通过系统的学习，对于全面提高仪表维修人员对气动控制阀门的故障分析、查找和处理会大有裨益。

本教材编写人员有潘耀华和李元，我做了一定的补充，及全文初审和排版等工作，潘工完成了其中的主要部分，再次感谢。

编写仓促，恐难免有误，请不吝指正。

游咸成

2003年11月24日

第1章概述2

第2章RELAY、BOOSTER及减压阀原理3

2.1压力放大器RELAY原理3

2.2流量放大器BOOSTER原理4

2.3过滤减压阀5

第3章E/P转换器原理及校验7

3.1E/P转换器原理7

3.2FISHERE69F7

3.3MASONEILAN80089

3.4FISHER54610

第4章定位器原理及校验12

4.1FISHER358212

4.2FISHER357014

4.3MASONEILAN7800/460016

4.4TZID智能定位器20

4.5RRI155VN定位器AMRI25

4.6CEX025/026VL定位器VALTEK-BETA27

4.7MASONEILAN740031

4.8DVC500033

第一章，概述

调节阀是电站系统运行的最终执行者之一，对于系统安全、经济运行有着不可或缺的作用，可以说调节阀的运行品质直接影响到机组的效率和安全。

2002年1月12日D1ARE032VL定位器RELAY的限流喷嘴元件一螺丝突然断裂、脱落，定位器输出压力完全对空，从而导致032VL阀门膜盒失压而关闭，2SG蒸发器水位低，最终由蒸发器水位低信号和汽水失配信号引发跳堆。

当天，在处理完ARE032VL故障起机过程中，GCT121VV定位器反馈连杆由于振动而导致断落，121VV全开，引发2SG水位高＋P7,反应堆再次跳堆。

“112事件”深刻地说明调节阀门、特别是重要系统阀门对于系统安全运行有着直接地影响。

同样，调节阀影响系统效率的事例也枚不胜举，所以为确保核电站安全、经济的运行，我们必须做好气动控制阀门的维护和维修。

气动控制阀门类型较多，特别是一核达7、8种之多。

为了便于仪表检修人员系统的了解和深入掌握，从而提高检修能力。

本文从原理入手，较详细地介绍了调节阀的控制原理。

第二章RELAY、BOOSTER及减压阀原理

2.1压力放大器Relay原理

RELAY附属于定位器或E/P，起到对输出压力信号放大的作用。

2.1.1Fisher83L放大器原理

气源从3进入，经节流孔到喷嘴（经节流孔的直径小于喷嘴的直径）与信号气源在波纹管中产生的作用力在杠杆上求平衡，其压力同时作用在大膜片A上，其作用力F1等于压力P1乘以A的面积，F1=P1*SA，气源另一路通小阀的上部气室D。

当电流信号增大使喷嘴间隙减小，引起气腔内压力上升，膜片A受压，推动金属架向上移动，压缩金属架定位弹簧（大），并使滑阀向上移动与接触面C之间产生间隙，压缩空气由气室D进入气室E，同时产生压力P2,作用在小膜片B上，产生作用力F2，F2=P2*SB，金属架定位弹簧（大）产生反作用力+复位弹簧（小）产生反作用力为F3。

当F1=F2+F3时，输出为某一稳定数值；当F1F3时，输出增大。

当ΔF1=ΔF2时，即：

ΔP1*SA=P2*SB。

因为大膜片A与小膜片B有效面积的平方比值SA2/SB2=4，有P2=4P1，放大器输出压力P2可从零上升到气源压力。

气室E内压力P2输出到阀门，控制阀门的开启或关闭。

当F2+F3>F1时，膜片B使金属架向下移动，小滑阀与金属架产生间隙，气室B内气压从间隙进入气室F，然后排到大气，滑阀在复位弹簧（小）作用下向下移动，使气室B内进入空气减小，压力P2下降，直到P2产生的力F2与F1达到平衡，小滑阀移动至间隙为零，输出气压P2稳定。

（图2-1）（图2-2）

2.1.2FoxboroM40G放大器原理（原理同Fisher83L，略）

（图2-3）

（图2-4）

2.2流量放大器Booster原理

流量放大器Booster位于阀门控制的最后一级，它保持定位器输出压力大小不变，放大流量，使阀门控制相应速度加快，一般应用于大阀或系统要求响应速度快的阀门。

2.2.1Moore61H原理

信号气压从上部进入放大器压迫膜片A，产生力F1=P1*SA，推动金属架C向下移动，迫使阀塞向下移离开阀座（下阀），输出气压产生力F2=P2*SB，因为SA=SB，所以在平衡时P1=P2。

输出到阀门执行器的空气容量增加，而压力不变。

（图2-5）

当P1减小，P2>P1时，金属架向上移动与阀塞之间产生间隙（上阀），气室B中空气从排气口排出；随后阀塞在回座弹簧的作用下向上移动，减小与气流室接触面之间的间隙，进气减少，气室B中压力减小，直到P2=P1时达到平衡。

小孔D与E相连通，使P1和P2相平衡。

调节旁路螺丝，可增大或减少旁路流量，可以改变阀门动作的灵敏度，从而达到减小阀门振荡或改变阀门的开/关时间。

2.2.2Fisher2625原理

原理同MOOER61H（略）

（图2-6）

2.3，过滤减压阀

减压阀给E/P、定位器和其它阀门部件提供适当压力的气源。

减压阀输出压力过低可能导致阀门开关不到位，压力过大则可能冲坏阀门膜片。

1）常见故障：

减压阀的小孔漏气；

2）故障原因：

由于顶针氧化造成，或滤网脏了；

3）处理措施：

更换顶针或滤网。

第三章电/气转换器原理及校验

3.1电/气转换器原理

以正作用为例、线圈组件INC-INC朝外。

（图3-1）

增大4-20mA输入信号，处于永久磁钢磁场中的线圈对流过它的电流产生的作用力增大，使喷嘴与挡板之间的间隙减小，喷嘴内的背压增高，使输出压力增大；输出的另一路供给反馈波纹管，使之产生一个反作用力，当作用力和反作用力平衡时，喷嘴内压力维持稳定，电/气转换器输出压力也趋于稳定并与输入信号相对应。

反作用需将线圈部件拆下，把线圈拆出后旋转180度重新安装即可（线圈组件INC-DEC朝外）。

1）,改变线圈中铁芯的插入深度可改变通电线圈作用力，从而改仪表的变量程范围。

2）调整零位弹簧可改变喷嘴挡板之间的距离，从而改变零位。

3.2FoxboroE69F校验

（图3-2）

1、给转换器输入12mA信号，调整零位螺钉（图3-3），使输出到0.6bar。

2、输入信号升到20mA，输出如在1.0±0.016bar范围之外，进行第3步；如输出在1.0±0.016bar范围之内，进行第4步。

3a、松开波纹管防松螺母（图3-3），注意：

波纹管基准线（波纹管是偏心的）。

转动波纹管，使波纹管移近线圈以降低输出幅度，或离开线圈以增加幅度，直到误差小于±2%。

拧紧波纹管防松螺母。

3b、重复第1、2步。

4、松开幅度防松螺母，转动幅度调整螺母。

旋转60%（图3-4/5），出变化0.5%，使E/P的输出在合格的范围内。

锁紧量程锁紧螺母（请不要拧得过紧！

）

5、不管幅度调整时产生的输出变化，将幅度防螺母拧紧。

6、重复第1、2、5步，直到输出为1.0bar。

7、给4mA输入信号，检查输出是否为0.2bar，如超差，再调整零位螺钉，直到输出为0.2bar。

8、加20mA输入信号，再检查输出是否为1.0bar，如不正确，重复4-7步。

注意，检查轻敲表壳后E/P的输出变化。

波纹管锁紧螺丝

调零螺丝

（图3-3）

（图3-4）（图3-5）

注意：

挡板弹簧片内的阻尼材料不能去掉（图3-6）。

（图3-6）

3.3Masoneilan8008型E/P校验

1）调前检查

磁钢中无铁屑，线圈与磁钢之间的间隙适当并活动自如。

2.零点调整

输入电流为4mA时，转动零位调整螺丝，直到输出为0.2bar；

3.量程调整

1）输入电流为20mA时，检查输出是否为1.0bar；调整量程间距调整螺丝，直到输出为1.0bar为止；

2）重复1、2步骤，直到不需调整，输入4-20mA，对应输出为0.2-1.0bar。

注意，固定锁紧螺丝时，可能引起量程变化；

（图3-7）

4线性检查

1）检查线性合格（25%、50%、75%）；

2）调垂锤平衡，使电/气转换器在有振动时输出无变化。

可能出故障的地方：

防火塞和喷嘴挡；注意检查轻敲表壳后E/P的输出变化。

3.4FISHER546型E/P校验

反作用时将输入信号线反接即可。

1.零点调整

输入一个使E/P输出气压为零点的电流信号，调整零点调节螺栓（图3-8），使E/P零点输出气压在合格范围内。

2.量程调整

1）输入一个使E/P输出气压为满量程的电流信号，调整量程调节螺栓（图3-8），使E/P满量程输出气压在合格范围内。

2）反复执行步骤1和2，使E/P零点和量程输出均合格；否则更换校验合格的E/P。

3）锁紧量程锁母。

4）再进行一次零点和量程检查，合格时进行以下步骤；否则将还要重复进行步

骤1和2。

3线性检查

按校验单中所提供的参数逐步检查E/P的输出气压，应在合格的范围内（包括正反行程）；否则更换校验合格的E/P。

（图3-8）

（图3-9）

第四章定位器原理及校验

传统定位器接受E/P来的3－15psi的压力信号，将阀门控制到相应的开度；而TZID、DVC5000等新一代智能定位器则直接接受4－20mA的电流信号控制阀门。

4.1Fisher3582定位器

4.1.1原理（以正作用为例）

增大电器转换器的输入电流信号，使其输出气压增高，定位器的波纹管膨胀而移动平衡梁。

平衡梁使活瓣（挡板）在枢轴上转动（靠近喷嘴），使喷嘴内的压力上升，压力继动气输出压力增高，执行机构膜片上部受压压迫阀杆向下动作。

反馈旋转臂带动凸轮旋转，以阻止挡板的靠近，使阀位停止在所要求的调节位置上。

反作用需将活瓣组件旋转到反作用区（图34-1、左侧）。

（图4-1）

4.1.23582定位器校验

定位器校验前，应确认机械调整的执行机构处于自由行程位置、弹簧压力适当、阀门行程正确。

1.线性调整

1）反馈凸轮必须是线性的（图4-2）；

2）按阀门名牌压力，用减压阀直接给阀门供气（有条件时），供气压力为量程的一半。

或先执行第7步；

3）确认阀门机械行程处于50%位置；

4）手动将手轮摇到行程50%位置；

5）将旋转臂调整水平，再将行程栓调到对应阀门行程位置，拧紧带帽螺母（图4-4）；

（图4-2）（图4-3）

（图4-4）

6）将手轮摇回到中性点位置；

7）断开临时气源，连接仪表，由定位器给阀门供气，给定位器输入50%的气压信号；

8）旋转臂和行程栓不需再调整；

9）将喷嘴顺时针旋到底再回转两圈（根据经验活瓣组件在A或B时，调节喷嘴D使压力输出为名牌气压的50%左右）（图4-3）；

10）用螺丝刀调G使喷嘴挡板处于垂直位置，调整螺丝（图4-3）A，使定位器输出气压到铭牌气压的50%左右；

11）调G使喷嘴挡板处于右侧水平位置，松开锁母B调整方螺杆（图4-3），使定位器输出气压为铭牌气压50%左右；

12）调G使喷嘴挡板处于左侧水平位置，松开锁母C调整方螺杆（图4-3），使定位器输出气压为铭牌气压的50%左右；

13）重复上述10-12步骤，直到活瓣组件分别在三个位置，使定位器输出气压为铭牌气压的50%左右。

2.量程零位调整

1）经电/气转换器、定位器给阀门执行机构供气；

2）由电/气转换器（已校好）加信号，使定位器输入气压介于0.2-1bar之间；

3）定位器输入为0.2bar时，调整喷嘴D，使定位器输出气压为阀门铭牌气压的下限值；

4）定位器输出为1bar时，调整喷嘴挡板在右侧的位置（正作用），使定位器输出气压为阀门铭牌压力的上限值；

5）重复4、5两步使定位器输出气压对应于输入信号0.2-1bar；

6）对应0%、25%、50%、75%和100%定位器输出检查阀门行程。

注意：

执行机构在全行程范围内动作时，定位器反馈旋转臂应在60度范围内旋转（图4-5）。

（图4-5）

4.2Fisher3570定位器

4.2.1原理（以正作用为例）

增大电器转换器的输入电流信号，使其输出气压增高，定位器的波纹管膨胀而移动平衡梁，使横梁离开继动气B的喷嘴，竖梁靠近继动器A的喷嘴，输出到执行机构上部的压力升高下部的压力降低，阀门关闭；阀杆带动量程弹簧向下拉，作用在平衡梁上，使阀位停留在电信号所要求的位置上。

反作用需将波纹管到向180度安装（图4-6）。

（图4-6）（图4-7）

4.2.2Fisher3570定位器校验

1检查

执行机构必需处于自由行程、定位器量程弹簧与执行机构连接固定螺丝必须牢固可靠、并锁紧量程弹簧固定螺丝和零位弹簧及穿过零位弹簧丝杆的固定锁母（图4-7/8）。

慢慢地降低E/P的输入电流，使之略低于量程范围的最小值，注意阀门的开度变化，阀门应在电流信号达到最小值时关闭（反作用为全开）。

逐渐增加电流信号，同时注意阀门开度变化，阀门应在电流信号略大于其量程范围内的最小值时开始开启；对应校验单中所提供的参数逐步检查所对应的阀位开度（应一致）；并在电流信号达到其量程范围的最大值时全开（反作用为关闭，当电流信号略小于其量程范围的最大值时开始开启）。

若满足以上要求则完工，否则执行以下步骤。

注意：

有一些阀门需要一定的滞后开启和超前关闭，这样才能确保该阀在“零位”电流下完全关闭，这是非常重要的。

如：

RCV310VP等。

2校验

（1）量程调整

给E/P输入一个使阀门全开的电流信号，松开量程弹簧锁定螺丝，调节量程弹簧使阀位开度到100%（图4-7）。

（图4-8）（图4-9）

（2）零位调整

给E/P输入一个使阀位关闭的电流信号，松开零位弹簧固定锁母，调节零位调节螺母，使阀位开度为0%。

拧紧量程弹簧锁定螺丝和零位弹簧锁母。

反复进行1和2步骤，直到满足量程和零位的要求（图4-7）。

（3）线性检查及调整

分别输入0%、25%，50%、75%和100%的电信号，阀位应满足其所对应的位置要求。

否则将反复进行步骤1和2，并配合调整继动气A和B（图4-7）。

并且满足略大于零位电流时阀位开始开启（反作用为开始关阀）、略小于满量程电流时阀位开始关闭的要求（反作用为开始开启）。

4.3Masoneilan7800/4600定位器

7800/4600工作原理相似，下面以7800为例做讲解。

4.3.1原理

由电/气转换器来的气压信号作用在膜片⑦，产生力F2，弹簧⑥产生的反作用力为F1，F1与F2的差值，使滑阀产生位移。

可以调整4B使弹簧松弛到F1与输入信号压力F2最小值（0.2bar产生的力）相等，达到平衡；信号压力增大，F2大于F1，使滑阀产生位移D，导向杆/错位阀向左移动，供气由输出口进入阀门执行器，阀门移动，反馈杆使凸轮转动，凸轮的渐开线曲面使弹簧产生位移，即使F1增大，当F1和F2达到新的平衡时阀门处于稳定状态。

对于来自电/气转换器的不同气压信号，阀门处于稳定时位置不同（图4-10/11）。

（图4-10）

（图4-11）

4.3.2，7800定位器校验

1.检查

1），定位器反馈杆固定必须牢固可靠（图4-13）。

2），量程调节标尺值与阀门行程必须相符（图4-

3），慢慢地降低E/P的输入电流，使之略低于其量程范围的最小值，注意阀门的开度变化，阀门应在电流信号达到最小值时关闭。

信号，同时注意阀门开度变化，阀门应在电流信号略大于其量程范围内的最小值时开始开启；对应校验单中所提供的参数逐步检查所对应的阀位开度（应一致），并在气电流信号达到其量程范围的最大值时全开。

若满足以上要求则完工，否则执行以下步骤.

注意：

有一些阀门需要一定的滞后开启和超前关闭，这样才能确保该阀在“零位”电流下完全关闭，这是非常重要的。

如：

GCT113~124VV等。

2.调整零点

粗调

1），检查定位器，应与驱动机构连在一起。

2），关闭气源和气压信号，此时阀门处于关闭状态。

3），调整螺纹管连接装置使指针对准箱体底部的胁条。

或者在阀门开度为50%时调整反馈杆将连杆调水平（反馈杆应垂直地面并和连接杆应相互垂直），条件：

使用的凸轮为线性凸轮。

细调

1），接通气源和气压信号。

2），输入最小压力信号（信号范围内的最小值）。

3），松开锁定螺帽。

4），调调零螺帽使阀门处于关闭位置。

5），减小输入信号，使其低于最小压力信号，再逐渐加大压力信号，验证阀杆在给定预定最小压力信号时动作，否则重复细调（图4-11）。

注意：

不要在压力信号高于最小压力信号时调调零螺帽。

3.行程调整

1），增加气压信号，同时注意阀门开度。

2），如果输入气压达到其范围内的最大值时阀门未全打开则松开螺丝转动弹簧使弹簧伸缩部分的圈数增加（图4-11）。

3），如果输入气压未达到其范围内的最大值阀门就全部打开，则要调整弹簧使其伸缩部分的圈数减少（图4-11）。

4），反复执行步骤1和2，直至给定最小信号时阀门关闭，最大信号时阀门打开。

上紧螺钉、螺帽

4.线性检查

按校验单所提供的参数逐步检查0%、25%、50%、75%100%时的输出气压（或E/P的输入电流）与阀位均应在合格的范围内（包括正反行程）。

否则将反复进行步骤1和2，使之满足要求。

（1）,线性调整

转动反馈杆（行程栓）在阀门关闭时，使凸轮指示器对正标志，尽可能使反馈杆（57），连接杆（60）和阀杆相互垂直并处于一个平面上（图4-13）。

（2）,零点调整

如果输入信号压力小于0.2bar时，定位器输出气压已达到阀门开启压力，表示零点偏低，需转动4B，压缩弹簧，增大弹簧对滑阀的作用力F1，也就使得信号压力增大才能达到新的平衡，使定位器产生输出（图4-11）。

如果输入信号，压力已超过0.2bar时，定位器输出气压仍达不到最小输出值，表示零点偏高，需转动4B，拉伸弹簧，减小弹簧对滑阀的使用力F1，使小信号压力就可使定位器产生输出（图4-11）。

（图4-12）

（3）,量程调整

轻轻松松内六角锁紧螺丝转动弹簧丝。

转动弹簧⑥，减少或增加弹簧圈数，从而改变弹簧的弹性系数，即可改变定位器输出量程，量程的调整会影响零位（图4-11）。

如果反复调整零点和量程，仍无法达到要求，则需检查反馈杆（57）和定位器支架相连的位置，位置上标明的行程应与阀门铭牌上的行程一致（图4-13/14）。

若不一致，调整反馈杆与支架连接的位置，与铭牌行程一致。

然后重新调整线性、零点和量程。

注意,检查轻敲表壳后定位器的输出变化。

（图4-13）

（图4-14）

4.4，TZID智能定位器

TZID型智能定位器包括E/P、定位器和位置反馈器功能，它接受4-20mA电流直接控制阀门，并能同时输出阀门位置反馈4-20mA信号。

TZID主要用于D2GSS105/205VL和二核常规岛除ARE、ASG、VVP和GCT外的几乎所有系统的气动调节阀门。

TZID智能定位器调整方便快捷，但同时也对供气品质提出更高的要求。

4.4.1，工作原理

TZID型阀门定位器用来作为气动调节阀的执行机构，可用于直行程或角行程，也可单方向驱动作用（用弹簧复位），也可双方向气动驱动。

TZID参数通过电子设定，修改运行参数是在自动和手动结合情况下完成，修改参数既可以通过操作面板也可以通过通讯口HART通讯器来完成。

TZID的心脏是CPU，机械和气动辅件起次要功能，其原理如下：

4-20mA输入信号任A/B转换与传感器输出信号任D/A去processor进行PD运算，输出给I/P模块进行电气转换，首先气动输出驱动阀门，同时，也可有4-20mA阀位反馈。

4.4.2，功能简介

TZID可分基本型（只调节）、基本型+模拟反馈模块、基本型+数字反馈模块、基本型+模拟反馈模块+机械装置数字反馈四种。

TZID显示与操作面板如图：

TZID状态分两级：

Level1运行时监视和特殊调整和Level2组态和设置。

1），Level1有四种状态：

1.0运行状态、1.1固定控制、1.2手动控制、1.3报警开关设定

2），Level2有四种状态：

2.0自动校验、2.1死区调整、2.2定位器传感器量程、2.3零点调整

其具体含义为：

1，Controllingadaptive（1.0）

正常运行时选择此模式，在该模式下，定位器的控制器根据现场条件以最优化的方式运行，即控制器实现自适应控制。

此时显示器显示阀门开度。

2，Controllingfixed（1.1）

该模式意味着通过“Auto-stroke”自校验的参数将在运行时不能自动调整。

如果1.0模式不能稳定控制阀门，可以选择该模式进行控制。

3，Manualcontrol（1.2）

该模式下，可以手动开关阀门（通过UP和DOWN键进行操作），如果同时按下“UP”和“DOWN”，则阀门快速打开或关闭。

按键的顺序取决于阀门当前的状态（开/关）。

如果有空气泄露，则阀门的阀位将不会变化。

4，Settingofswitches（1.3）

该模式需要阀位的数字反馈模块配合，如没有该模块，则该功能不可用。

该模式下，若显示报警值，通过按“UP”（高报警）和“DOWN”（低报警），则显示相应的高/低报警。

如果修改高/低报警，首先将定位器置于1.2状态，手动将阀位调整到报警值，然后将状态转至1.3，按“UP”（高报警）或“DOWN”（低报警）按扭不放直到计数变为零，则报警设置存入。

5，Autostroke（2.0）

该模式为自动校验模式，阀门自动进行校验。

校验过程中，定位器自动适应以下参数：

-阀门动作方向

-阀门/执行器行程

-定位时间

-为实现稳定定位的控制器参数

-I/P模块的偏置

在2.0状态下，同时按下“UP”和“DOWN”并等到计数变为0（从3到0）松开，阀门开始自动校验。

校验时将终止阀门的正常运行，在校验过程中任何时候按“RESET”键将终止校验。

如果有参数设置错误，阀门也将自动停止校验，并给出错误代码。

6，Man.Deadbandadjustment（2.1）

死区调整主要是为了是避免阀门频繁开关，使阀门稳定。

死区正常范围为：

0.30~10.00%，通过“UP”和“DOWN”进行修改，这种修改是在线的，修改值将马上起作用。

阀门通过“Autostroke”自动校验后，将自动设置一个死区，如果用户重新设置死区，则必须设置成比给定的值大。

7，Positionsensorspan（2.2）

该模式下，主要进行有效使用行程（角行程）扫描并显示

8，Zeroadjustment（2.3）

该模式下，在显示器显示“2.3”1秒后，将显示在当前输入信号下（4~20mA）阀门开度（此时阀门开度可能并不等于电流信号对应的理论开度值