用手轮对调节阀进行操作的原理和方法

        在浓硝生产现场, 有不少调节阀配备有手动操作手轮, 以备在调节阀因某种非工艺原因(可能原因有仪表气源故障、调节阀膜片破裂泄漏、定位器故障、4~ 20mA信号线路故障或DCS 输出故障等), 致使调节阀不能主控室遥控操作, 但工艺过程又不希望因此而中断运行, 或在某些特殊工况或特定条件下, 可以用手轮现场操作调节阀, 手动进行工艺流程调试或确保设备长周期运行; 以及在一些紧急情况下, 可通过手轮操作调节阀来避免发生设备事故或在异常工况下防止设备事故扩大时, 则可以用手轮对调节阀进行现场手动操作。
        手轮的种类繁多, 不同类别和型号的调节阀,配备的手轮在工作原理和操作使用方法上不尽相同。长久以来, 工艺人员极少使用手轮, 对其也知之甚少。随着调节阀因使用年限而逐渐增加故障因素, 以及为努力实现舵盘手轮长周期安全运行目标的要求, 对调节阀进行手动操作的可能性日趋增大。
        为了让工艺人员能正确熟练地使用调节手轮对调节阀进行手动操作, 特对调节阀手轮机构的原理及使用方法作一介绍。
        1 调节阀轮的类型
        在浓硝车间, 配备有手轮机构的且较为重要的调节阀, 有以下类型:.11 薄膜直行程执行机构调节阀FV - 206 氨氧化还原加氨调节阀FV - 205 I硝二次空气调节阀FV - 202 I硝入氧化炉空气调节阀SV - 101 II硝转速调节阀..2 齿轮、齿条角行程执行机构调节阀782的M2 原氧化炉远方控制器HV- 207 氨氧化还原旁路阀781喷淋水调节阀(共4台)661 PV - 102 入分馏塔空气调节阀需说明的是, FV - 205、FV - 202、SV - 101虽然其薄膜执行机构为直行程, 但阀的动作形式是角行程, 其行程方式的转换是利用曲柄完成的。
        2 手轮机构的类型及工作原理
        2.1 用于薄膜直行程执行机构的手轮
        2.1.1 顶装式手轮
        手轮在执行机构的顶部( 即膜头的上方)。PV - 206属这一类型, 其工作原理如图1所示。。当顺时针旋动手轮时, 手轮轴带动膜片硬芯及阀杆向上移动, 使阀芯离开阀座从而打开调节阀(若是正作用气闭式调节阀, 则逆时针旋动手轮, 使阀芯向下# 178# 泸 天 化 科 技 2008年第2期关闭调节阀)。手轮与硬芯的连接处有一个大于阀杆行程的空挡, 当手轮轴下移到最下端时, 手轮不对阀杆产生力的作用, 阀杆的位置仅对应于输入信号的大小, 这时调节阀处于遥控状态。
        2.1.2 侧装式手轮
        手轮装在执行机构的侧面。SV - 101、FV -202、FV- 205 属这一类型。侧装式手轮又有两种。这一类型手轮的工作原理是基于杠杆原理,有两种。
        2.1.2.1 L型杠杆轮
        SV - 101 属这一类型(空分另有3台), 其工作原理如图2所示。手轮轴与滑块a均为梯形螺纹, 当旋动手轮时, 滑块a沿手轮柄作水平左右移动, 使L形杠杆c的b 端绕支点d作垂直的上下移动, 从而带动阀杆上下移动。L型杠杆c的a处为一长条孔, 其长度大于阀杆的行程。当滑块a在长条孔的中心(即位置指针指示在/ 00刻度)时, 在阀杆的全行程范围内, 手轮均不对阀杆产生力的作用, 这时调节阀为遥控状态。这种手轮机构的位置指示窗垂直于阀杆。
        2.1.2.2 直板型杠杆轮
        FV - 202、FV- 205属这一类型。其工作原理如图3所示。手轮与带动滑块a动作的螺杆通过扇型齿轮啮合, 转动手轮时, 螺杆驱动滑块a垂直上下移动, 使杠杆c的b端绕支点d作垂直的上下移动,从而带动阀杆上下移动。同样的, 杠杆c的a处为一长条孔, 其长度大于阀杆的行程。当滑块a在长条孔的中心(即位置指针指示在/ 00刻度)时, 在阀杆的全行程范围内, 手轮均不对阀杆产生力的作用, 这时调节阀为遥控状态。这种手轮机构的位置指示窗平行于阀杆。以上两种手轮机构的锁紧件是一个/ U 0型叉。/ U 0型叉往下卡住手轮时, 手轮不能转动。当要用手轮进行操作时, 先抬起/ U 0型叉, 然后按照手轮上指示的方向旋动手轮, 舵机手轮即可对调节阀进行手动控制。
        2.2 用于齿轮- 齿条角行程执行机构的手轮
        齿轮- 齿条角行程执行机构是活塞式执行机构的改进型产品, 多用于角行程调节阀, 使阀杆旋转的动能仍然是活塞机构。这类执行机构的工作原理是: 执行机构内由活塞推动的齿条作水平移动时, 通过阀杆上与齿条啮合的齿轮使阀杆作角位移。属这一类型的调节阀共有7台: HV- 207、M 2、781喷淋水( 4台)、空分PV- 102。这类调节阀的手轮机构的工作原理是一样的。手轮装在执行机构的下方、阀杆的右面。手轮轴与阀杆为/蜗轮- 蜗杆0驱动形式, 手轮轴与阀杆通过离合器控制其啮合或分离。
        当手轮轴与阀杆啮合并旋动手轮时, 手轮在X - Y 向旋转, 则驱动阀杆沿Z - X 向作角向位移, 从而打开或关闭调节阀。当手轮与阀杆分离时, 手轮对阀杆失去力的作用, 调节阀处于遥控状态。这类调节阀的离合器在安装位置与使用方法上因型号、规格不同而存在较大差异, 目前有以下3种。
        (1)离合器带锁定装置, 离合器手柄在手轮轴左边。781喷淋水4台调节阀属这一类型, 如图4所示。当要使用手轮对调节阀进行手动操作时, 先用右手向外拉出锁定装置手柄的同时, 左手顺时针向上旋转离合器手柄至约90b处时, 右手来回转动手轮的同时左手来回转动离合器手柄, 当明显感觉到手轮受力时, 则表明手轮带动的蜗杆已经与阀杆上的蜗轮啮合, 锁定装置手柄会自动回位, 这时即可用手轮操作调节阀。退出手轮操作方式的方法是, 先右手向外拉出锁定装置手柄, 同时左手逆时针向下旋转离合器手柄约90b, 当锁定装置手柄自动回位时, 即表明手轮已经与阀杆分离, 这时可以感觉到手轮明显不受力, 并可以任意转动手轮而对阀杆不产生作用。
        (2)离合器带锁定装置, 离合器手柄在手轮轴下边。782M2、空分PV - 102调节阀属这一类型,如图5所示。使用手轮对调节阀进行手动操作的方法, 除了离合器手柄是逆时针向上旋转约90b外, 其余同(1)完全一样。
        (3)离合器不带锁定装置。HV- 207调节阀的手轮不带锁定装置, 如图6所示。图6 离合器不带锁定装置结构图这一类型的调节阀没有离合器锁定装置, 并且离合器的手柄不是旋转, 而是往外拉即可使蜗轮与蜗杆啮合。
        3 手轮的附加功能
        用于薄膜直行程执行机构的手轮除了能手动操作调节阀外, 还具有阀位限位功能, 而用于齿轮- 齿条角行程执行机构的手轮则不具有阀位限位功能。
        3.1 顶装式手轮限位的原理与方法
        由2.1.1可知, 顶装式手轮操作调节阀的原理, 是利用转动手轮时手轮轴所产生的推力, 舵机方向盘替代膜头在气信号作用下所产生的推力来克服弹簧的反作用力, 从而推动阀杆动作。当手轮一旦对阀杆产生了力的作用并使阀杆处于某一位置(非原始位置)时, 则膜头在气信号作用下所产生的推力只能与手轮的推力形成合力, 使阀杆继续向同一方向移动, 而不能向反方向超越某一位置。因此, 顶装式手轮具有单向限位的作用。需要对顶装式手轮的调节阀进行限位时, 先卸去膜头内的气信号, 或将电流信号调到4mA,然后转动手轮使阀杆移动到所需限位的位置即可。
        3.2 侧装式手轮限位的原理与方法
        由2.1.2可知, 侧装式手轮操作调节阀的原理, 是利用转动手轮时手轮轴上的滑块推动杠杆c的a端作水平( L型杠杆)或垂直(直板型杠杆)移动, 通过支点d将推力变相使杠杆的另一端b端作垂直移动, 从而使阀杆上下移动。而滑块在条形孔内的两面均可以对杠杆产生力的作用, 亦即调节阀不论有无信号, 均可对阀杆进行双向强制操作。因此, 侧装式手轮具有对调节阀进行双向限位的功能。但是, 不能对调节阀同时进行双向限位, 只能选择一个方向对调节阀进行限位。需要对调节阀进行限位时, 需先确定限位的方向, 然后进行操作。若是对调节阀进行与膜头作用力相同方向的限位, 则先将电流信号调到20mA, 然后操作手轮使阀杆到所需位置; 若是对调节阀进行与膜头作用力相反方向的限位, 则先将电流信号调到4mA, 然后反方向操作手轮使阀杆到所需位置。
        4 特别注意事项
        用于齿轮、齿条角行程执行机构的手轮, 在手动操作手轮完毕后, 要退出手动操作手轮状态, 进行主控室遥控时, 必须先转动手轮, 使阀杆的位置与主控室输出的信号一致, 或者调节主控室输出的信号使之与阀杆的位置一致, 才能操作离合器使手轮与阀杆分离, 否则, 会因为阀杆的位置与主控室输出的信号不一致, 舵机手轮其合力导致离合器操作很困难。其次, 由于手动时是手轮决定阀杆的位置, 一旦手轮分离后, 阀杆会立即变化到主控室输出的信号所对应的位置, 因此, 会因为阀杆位置的突变而损坏离合器甚至调节阀。