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淺析自動裝車係統中氣動二段式（三（sān）位式）裝車球閥（fá）的應用原理及改進方案
淺析自動裝車係統中氣動二段（duàn）式（shì）（三位式）裝車球閥（fá）的應用原理及改進方案
一、引言
定量裝車係統用（yòng）於（yú）煉油廠、化工廠及一些中小型油庫，可滿足各種汽車和火車鶴管定量裝車的自動化控製和管（guǎn）理需求。從（cóng）開單銷售、提貨、裝車到出庫、核算、報（bào）表，每一個環節都可以有相（xiàng）應的軟硬件功能支持。係（xì）統出（chū）錯自動（dòng）報警，操（cāo）作自動記錄（lù），既可有效防止事故發生，又能防止操作上的人為錯誤，使操作和管理更完善。
1、 應用背（bèi）景
在化工廠，采用批量控製器對裝車的批次量進行精確控製，利用變頻技術實現了自（zì）動定量裝（zhuāng）車（chē），提高了生產的效率。在原料卸車係統，積極推進（jìn）自動卸車係統攻關，以潛油泵綜合保護器、可編程控（kòng）製器、變頻器等硬件為（wéi）基礎，利用卸車中間罐液（yè）位為控（kòng）製條件，實現了卸車自動開停泵，中間罐液位自動控製，有效防止了卸車液壓（yā）泵空轉帶來的安全隱患，提高了卸車效率。大力（lì）推（tuī）進（jìn）儲罐內浮盤舌型密封帶、化工磁力泵（bèng）等新技術（shù）的應用（yòng），有效（xiào）減少了產品揮發，降低了產品損耗率，改善了作（zuò）業環境。在鐵路（lù）係統，進一步完善微機連鎖、調（diào）度集中控製和調車無線（xiàn）監控項目，實現了儲運廠鐵路係統自動化集中控製作（zuò）業。通過以（yǐ）上項目的實施，儲運廠形成了具有自主創新水平（píng）的化工自動化裝卸車係統、鐵路自動（dòng）化集中控製係統（tǒng）。
在化工與油品裝車係統應用中，由於控製閥的突然開關，容易造成管道中的壓（yā）力（lì）在一瞬間會突然升高，產生很高的壓力峰值，這種現（xiàn）象稱為“水擊”或（huò）“水錘”現象。“水（shuǐ）擊”產生的壓力峰值往往比正常工作壓力（lì）高好幾（jǐ）倍，且常伴有巨大的振動和噪（zào）聲，使液壓係統產生溫升，有時會使一（yī）些液壓元件或（huò）管件損壞，並使某些液壓元件（控製閥、流量計等（děng））產生誤動作（zuò），導致設（shè）備（bèi）損壞。因此，在本係統設計主要目標之一，就是盡可能的（de）消除控製（zhì）閥的突然開關（guān）而產生的“水擊”現象（xiàng）。除此（cǐ）之外還要求控製閥能達到以下（xià）要求：
•防止噴濺式進液
•低電壓，低功耗，控製較（jiào）簡單
•啟閉工作可靠、無泄漏，便於維護
•能較好（hǎo）地解決過衝問題，重複性誤差小（xiǎo）
•能適應各種工藝，包括流速不穩定的單支和多支管路
•為了保證係統的可靠性，提高裝車精度單套裝（zhuāng）車係統結構如圖1所（suǒ）示。
圖1 單套（tào）裝車係（xì）統結構示意圖
2、杭州51吃瓜氣動二段（duàn）式切斷球閥 概述
2.1、 氣動二段式切斷球（qiú）閥（fá）的作用
杭州51吃瓜氣動二段式切斷球閥可以在打開或關閉過程中停頓一次，能夠根據（jù）係統（tǒng）要求精確控製流量，尤其適（shì）用於化工或油品裝車係統中，例如閥門一次全部打開（kāi），開始裝車，當流量（liàng）接近設定值時，閥門關閉到小流量狀態，當（dāng）達到（dào）設定值時閥門全部關閉。小流量可以在（zài）0~45%之間現場設定，比如5%，8%，10%，15%等（děng），最終達到精確控（kòng）製。
2.2、 氣（qì）動二段式切斷（duàn）球閥的組成
氣動二段（duàn）式切斷球閥一般由單（dān）作用或雙（shuāng）作用二段式氣動執行（háng）器、閥體、減壓閥、隔爆型限位開（kāi）關和隔爆電磁閥五部分組（zǔ）成（如圖2所（suǒ）示）。閥體（tǐ）材質，法蘭標準，故（gù）障位置，電磁閥電壓，防爆等級，電氣接口，防護等級，環境溫度等技術參數完全滿足客戶需求。
圖2 杭州51吃瓜二段式氣動切斷球閥
2.3 、杭州51吃瓜球閥特點
由於該球閥（fá）應用於比較苛刻（kè）的工況場合（化工廠、石油石化等行業的（de）罐區或（huò）者儲運廠），現場環境（jìng）可能有揮發性排放物、有毒氣體（tǐ）等危險化學品，使用要求比較高（gāo），一般（bān）采（cǎi）用防火球閥較多。防火球閥有以（yǐ）下（xià）特點：
采用固定球設計，相對運動（dòng）部位均采用磨擦係數極小自潤滑材（cái）料，因而操作扭矩小，此外密封潤滑脂（zhī）的長期密封，從而可以使我（wǒ）們的操（cāo）作更（gèng）加靈活（huó）。
采用全（quán）通（tōng）徑或縮徑設計，流通阻力小。增加了預緊力彈簧，使得球閥具有自動泄壓功能。
每個球閥都有兩（liǎng）個可動密（mì）封座，兩個方向都能密封（fēng），因而安裝時不須考慮介質的（de）流向。
具有防火防靜電結構，在閥杆與閥體及閥杆與球體之間設置（zhì）導（dǎo）電彈簧，避免靜電打火點燃易（yì）燃介質。達到（dào）API 607/API 6FA要求，確保係（xì）統安全。
雙層閥杆填料符合德國TUV TA-LUFT的閥杆泄露測試要求。
耐火（huǒ）結構（gòu）雙重保護，當萬一發生火災而使密（mì）封圈燒損時，球閥的各個密封部位均（jun1）能形成金屬對金屬的硬密封結構。
自動（dòng）泄壓結構，當滯留在（zài）閥門中腔的液體介質由於溫度升高（gāo）而氣化，從而（ér）中腔壓力異常升高時，中腔介質能依靠本身的推（tuī）力推動閥座而（ér）自動泄壓，從而確保閥門安全。
2.4 、二段式氣動執行器工作原（yuán）理（lǐ）
2.4.1 、二段式氣動執行器概述
二段式氣動執行器是一種特殊（shū）規格的氣動執行機構，提供了0°、X（5°~85°）和90°的三位式操作方式，中間位（wèi）置是依靠二個輔助活塞的移動產生的機械製（zhì）動來實（shí）現的（de），中間位（wèi）置是可調的，如90°行程的執行器能提供任意（yì）中間位置可調。出（chū）廠（chǎng）時中間位置已經設（shè）定完畢，如果現場需要調節，步驟（zhòu）如下：
（1）鬆開二端保護套管；
（2）用內六角（jiǎo）扳手鬆開銅軸上的定位銷；
（3）用（yòng）手旋轉一段銅軸，設定更小（xiǎo）流量，順時針旋轉銅軸，設定更大流量，逆時針旋轉（zhuǎn）銅軸，調節後（hòu）固（gù）定緊定位銷，通氣試驗，看是否滿足（zú）要求，如果不能，則需反複調整幾（jǐ）次，直至滿足要求；
（4）在第四項控製步驟，第2步時，用手旋轉另一段銅軸，保證二端在第四項控製步驟，第3步都同時緊密頂緊氣缸端蓋，同時受力（lì），旋緊定位銷；
（5）蓋好二端保護端蓋。
2.4.2 、雙作用（yòng）二段式氣（qì）動執行器工作（zuò）原（yuán）理（以氣開為例，氣關隻需把執行器調轉180°）
對於雙作用二段式氣動執行器，主（zhǔ）要是考（kǎo）慮（lǜ）氣源發生故障時要求閥門保持原位，就選用其作為驅動部件。
a.、雙作用二段式氣動執行器（配2個電磁閥）
圖3 雙作用（yòng）二段式氣動執行器（配1個二位五通電磁閥+1個二位三通電磁閥）
控製原理見圖3，以裝車為例，具體過（guò）程為電磁閥1帶電，閥門全部打（dǎ）開，進行裝車；當（dāng）接近設定值時，電磁閥（fá）2帶（dài）電，電磁（cí）閥1失電（diàn）（注意（yì）電磁閥2帶電3秒後電磁閥1失（shī）電），閥門進入小流量狀態；當流量達到設定值時，電磁閥2失（shī）電，閥門全部關閉。
b、雙作用二段式氣動執行器（配3個電（diàn）磁閥）
圖4 雙作用二段式氣（qì）動執行器（配3個二（èr）位三通電磁閥）
控製原（yuán）理見圖4，以裝車為例，如一開始（shǐ）需要進入小流（liú）量狀態，邏輯順序就會比隻配二個電（diàn）磁（cí）閥（圖1所示）更為直（zhí）接，具（jù）體過程為電（diàn）磁閥1和（hé）電（diàn）磁（cí）閥（fá）2失電，電磁閥3帶電，閥門在小開度運行，進行裝車（chē）；當需要全部打開時，電（diàn）磁閥1和電磁閥3帶電，電磁閥2失電；當裝車差（chà）不多時，閥門進入小流量（liàng）狀態，電磁閥1失電，電（diàn）磁閥2帶電（注意（yì）電磁閥1失電3秒後（hòu）電磁閥2帶電），當流量達到設定值（zhí）時，電磁（cí）閥（fá）3失電（diàn），閥門（mén）全部關（guān）閉。
2.4.3 、單作用二段式氣動執行器工作（zuò）原理（以氣開（kāi）為例，氣關隻需（xū）把執行（háng）器（qì）調轉180°）
對於單作（zuò）用二段式氣動（dòng）執行器（qì），主要是考慮氣源發生故障時要求閥門關閉（或者打開），就選用其（qí）作為驅（qū）動部件。
圖5 單（dān）作（zuò）用二段式氣動執行器（配2個二位三通電磁閥）
控製原理見（jiàn）圖5，以裝車為例，如一開始需要進入小（xiǎo）流量狀（zhuàng）態，具（jù）體過程為（wéi）電磁閥1和電磁閥2同時帶電，閥門在小開度運（yùn）行，進行裝車；當需要全部打開時，電磁閥1失電，；當裝車差不多時，閥門進入（rù）小流（liú）量狀態，電磁閥1帶電；當流量達（dá）到設定值時，電磁閥1和電磁（cí）閥2同時失電，閥門全部關閉。
3、 改進方案
3.1、氣動調節球閥組成（chéng）部分
用（yòng）二段式氣動執（zhí）行器目（mù）的其實就是實現（xiàn）小流（liú）量（liàng）調節，要實現閥門在小（xiǎo）開度的（de）自動（dòng）調節，隻需一個定位器便能實現此功能，該方案就變成由單作用或雙作用氣動執行器、閥（fá）體、定（dìng）位器和減壓閥四個（gè）部分組成。首先從配置上大大的減少組成部件，減少邏輯順序，避免誤（wù）操作，大大提高工作效率。
3.2 氣動調（diào）節（jiē）球閥工作原理
a、雙作用氣動執行器（配（pèi）雙作用定位器）
主要考慮氣源故障狀態時要求閥（fá）門保持原位，選用雙作用氣動（dòng）執行（háng）器，接受4-20mA輸入信號（hào），即可實現（xiàn）0-100%任意開度的調節。
b、單作用氣動執行器（配單作用定位器）
主要考慮氣源故障狀態時要求閥門關閉（或者打開（kāi）），選用單（dān）作用氣動執行器，接受4-20mA輸入信號，即可實現0-100%任意開度（dù）的調（diào）節。
3.3 、調節曲（qǔ）線（如圖6所示）
通常（cháng）O型（xíng）球閥作為二位式開關作用，該方案主要考慮實際使用過程中隻是起調節流量大小的作用，不要求調節特性，所以采用配置定位器模式能完全實現小流量調節的作用。
圖6 “O”型球閥流量特性曲線（以DN100為例）
4、二段（duàn）式球閥方案和改進方案（配定位器球閥）對比
隨（suí）著自動（dòng）化程度越來越高，降低人（rén）的勞動強（qiáng）度，實現精（jīng）確控製，提高生產效率（lǜ）是大勢所趨，改進方案將（jiāng）會被越來越的（de）工（gōng）廠所采用，其（qí）相比較（jiào）常規二段式球閥方案比較（jiào）有如下特點（diǎn）：
組成部件少，從而故障率大大減少，成本也隨（suí）之降低，性價比高；
改（gǎi）進方案操作方（fāng）便（biàn），可以自動給定任意開度；而二段式球閥（fá）的邏輯（jí）順序比較複雜，容易出現誤操作；
小開度的設定（dìng），二段式（shì）球閥非常麻（má）煩，需要人工對機械部件進行調整，尤其對於大的（de）執行機構（gòu），比較費時費力（lì）；
改進方案維護簡單方便（biàn），二段式球閥維護比較複雜。
5 、結束語
改進方案（配定位器球閥）經過近一年半的運行，在裝車時運行（háng）穩定、控製精確、操作簡單（dān）、維護方便和易於擴展，由此（cǐ）可見改進方案可以有效的替代傳統（tǒng）的二段式（shì）球閥方案。其應用前景也是非（fēi）常可（kě）觀的。
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杭州51吃瓜氣動切斷球閥產品（pǐn）係列
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高性（xìng）能氣動切斷球閥（開關閥）係（xì）列 |
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氣動O型切斷球閥 |
側裝執行器氣動O型切斷球閥 |
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氣動（dòng）V型調節球（qiú）閥 |
氣動V型開關球閥 |
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氣動薄型切斷球閥 |
氣動三片式絲扣球閥 |
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氣動三通（tōng）T/L型球閥 |
氣動三通內螺紋球（qiú）閥 |
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氣動固（gù）定（dìng）式球閥 |
防爆氣動切斷（duàn）球閥 |
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氣動高壓鍛鋼球閥 |
氣動兩段式裝車切斷球閥 |
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氣動塑料球（qiú）閥/UPVC氣動球閥 |
氣動三位式切斷/開關（guān）球閥（fá） |
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氣動衛生級開關球閥 |
防火/防靜電結構氣動開關球閥 |
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高（gāo）性能電動切斷球閥（開關閥）係列 |
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電動O型切斷球閥 |
電動V型切斷球閥-紙漿及含纖維介質（zhì） |
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電動V型調節球（qiú）閥 |
電動V型（xíng）開關球閥 |
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電（diàn）動薄型切斷（duàn）球閥 |
電動三片式絲扣球閥 |
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電動三通T/L型球閥 |
電動（dòng）三通內螺紋球（qiú）閥 |
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電動固定式球閥 |
防爆（bào）電動切斷球閥 |
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電動（dòng）高壓鍛鋼球閥 |
隔爆（bào）智能型電動切斷球閥 |
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電動塑料球閥 |
電動UPVC氣動球閥 |
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電動衛生級開關球（qiú）閥 |
防火/防靜電結（jié）構（gòu）電動開關球閥（fá） |
