CN112443700B - 高压辅助阀门关断自动控制装置 - Google Patents

高压辅助阀门关断自动控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开一种高压辅助阀门关断自动控制装置，包括：增压单元、高压功能单元、高压隔离单元、常压元件、气缸、常压气源、系统控制器以及控制器辅助传感器，该装置利用原有的常压压缩空气进行升压，并通过控制器与气路完成阀门的高压关闭，并且可以根据不同现场需求进行高压压力设定以调整气缸推力的大小，有效解决了气动调节阀在开度很小时关断的情况下，容易导致气缸无法将阀门可靠关断的问题，且与增加气缸直径以增加气缸的受力面积的方式相比更易于实现，且可减少资源的浪费。

Description

高压辅助阀门关断自动控制装置
技术领域
本发明涉及自动化技术领域，尤其涉及一种高压辅助阀门关断自动控制装置。
背景技术
目前大口径长行程气动调节阀在过程控制中有着特殊的应用。由于这类调节阀口径普遍较大，被控介质一般为高温高压，工艺要求调节阀具有连续调节和可靠的关断功能，而大口径的气动调节阀在开度很小时关断的情况下，由于阀杆静摩擦及气动调执行机构的工作特性，会导致气缸无法将阀门可靠关断。关断不严的阀门在高温高压介质的作用下易造成阀门的汽蚀，严重得影响到设备运行安全。
要想保证气动调节阀在小开度时能可靠的关断，就要增加气动驱动部在阀门关断时的推力。目前常用的一种方法是通过增加气缸直径以增加气缸的受力面积，从而增加气动驱动部在阀门关断时的推力。然而，增大气缸直径更换更大缸径的气缸导致成本增加过大，且阀门在正常调节过程中，气缸推力过盈会造成资源浪费，且对于一些老旧的阀门，往往床存在资料缺失和材料腐蚀生锈等问题，更换气缸的难度较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压辅助阀门关断自动控制装置，以解决气动调节阀在开度很小时关断的情况下，容易导致气缸无法将阀门可靠关断的问题。
本发明提供一种高压辅助阀门关断自动控制装置，包括：增压单元、高压功能单元、高压隔离单元、常压元件、气缸、常压气源、系统控制器以及控制器辅助传感器；
所述常压气源分别与所述增压单元以及所述常压元件连接，所述增压单元和所述常压元件分别与所述高压隔离单元连接，所述高压隔离单元与所述高压功能单元连接，所述高压功能单元分别通过常压气路和高压气路与所述气缸的有杆侧腔室以及无杆侧腔室连接，所述控制器辅助传感器分别设置于所述高压辅助阀门关断自动控制装置中的各预设检测点上并与分别与所述系统控制器连接；
所述增压单元，用于将所述常压气源的压缩空气进行增压，以将高压气源传输至所述高压隔离单元；
所述高压功能单元，用于对通入所述气缸的常压气路和高压气路进行切换，对所述高压气源需要加压的所述气缸的有杆侧腔室和无杆侧腔室进行选择，以及控制所述有杆侧腔室和无杆侧腔室的加压和排气功能；
所述高压隔离单元，用于隔断所述常压元件与高压气路之间存在的导通性以确保高压不会损坏所述常压元件，以及在高压辅助阀门关断自动控制装置处于失电或失气故障状态时，将所述气缸中的高压气体泄压至压力设定值后切换回常压气路，将所述气缸气缸与所述常压元件连通；
所述系统控制器，用于接收所述控制器辅助传感器检测到的数据，并根据所述数据进行逻辑控制及故障诊断，确保所述高压辅助阀门关断自动控制装置的安全运行。
可选的，所述控制器辅助传感器包括常压压力传感器、高压压力传感器、气缸有杆侧腔室压力传感器、气缸无杆侧腔室压力传感器以及气缸位移传感器；
所述常压压力传感器设置于所述常压气源与所述增压单元以及所述常压元件之间的常压气路上，所述高压压力传感器设置于所述增压单元和所述高压功能单元之间的高压气路上，所述气缸有杆侧腔室压力传感器设置于所述气缸的有杆侧腔室，所述气缸无杆侧腔室压力传感器设置于所述气缸的无杆侧腔室，所述气缸位移传感器设置于所述气缸活塞杆。
可选的，所述增压单元包括与所述常压气源连接的增压阀，以及与所述增压阀连接的高压储气罐。
可选的，所述高压功能单元包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀以及第四换向阀；
所述第一电磁阀、所述第二电磁阀以及所述第三电磁阀的一端分别与所述常压气源连接，所述第二电磁阀的另一端分别与所述第三换向阀以及所述第四换向阀连接，所述第三换向阀以及所述第四换向阀的一端与所述高压隔离单元连接，所述第三换向阀以及所述第四换向阀的另一端与所述气缸连接；
所述第一电磁阀的另一端与所述第二换向阀的一端连接，所述第二换向阀的另一端与所述第三换向阀连接，所述第三电磁阀的另一端与所述第一换向阀的一端连接，所述第一换向阀的另一端与所述第四换向阀连接。
可选的，所述高压隔离单元包括第一压力设定装置、第二压力设定装置、第四电磁阀、第五电磁阀、第五换向阀以及第六换向阀；
所述第五换向阀以及所述第六换向阀的一端与所述常压元件连接，所述第五换向阀以及所述第六换向阀的另一端与所述高压功能单元连接；所述常压气源与所述第四电磁阀的一端连接，所述第四电磁阀的另一端与所述第五换向阀以及所述第六换向阀连接，所述第五换向阀的一端分别与所述第一压力设定装置以及所述第二压力设定装置连接，所述第五换向阀的另一端与所述第五换向阀以及所述第六换向阀连接，所述第一压力设定装置与所述气缸的有杆侧腔室连接，所述第二压力设定装置与所述气缸的无杆侧腔室连接。
可选的，所述高压功能单元和所述气缸之间连接有原系统故障动作附件，所述原系统故障动作附件用于当高压辅助阀门关断自动控制装置处于失电或失气故障状态时，对高压辅助阀门关断自动控制装置进行控制。
可选的，所述增压单元用于将所述常压气源的压缩空气增压至0.95MPa，所述常压气源通过的气压为0.45～0.65MPa
本发明的有益效果如下：本发明的高压辅助阀门关断自动控制装置，可通过增压单元将常压气源的压缩空气进行增压，以将高压气源传输至高压隔离单元，通过高压功能单元对通入气缸的常压气路和高压气路进行切换，对高压气源需要加压的气缸的有杆侧腔室和无杆侧腔室进行选择，以及控制有杆侧腔室和无杆侧腔室的加压和排气功能，通过高压隔离单元隔断常压元件与高压气路之间存在的导通性以确保高压不会损坏常压元件，以及在高压辅助阀门关断自动控制装置处于失电或失气故障状态时，将气缸中的高压气体泄压至压力设定值后切换回常压气路，将气缸气缸与常压元件连通，通过系统控制器接收控制器辅助传感器检测到的数据，并根据数据进行逻辑控制及故障诊断，确保高压辅助阀门关断自动控制装置的安全运行，该装置利用原有的常压压缩空气进行升压，并通过控制器与气路完成阀门的高压关闭，并且可以根据不同现场需求进行高压压力设定以调整气缸推力的大小，有效解决了气动调节阀在开度很小时关断的情况下，容易导致气缸无法将阀门可靠关断的问题，且与增加气缸直径以增加气缸的受力面积的方式相比更易于实现，且可减少资源的浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的高压辅助阀门关断自动控制装置的示意图。
图2为本发明实施例提供的高压辅助阀门关断自动控制装置的增压单元的示意图。
图3为本发明实施例提供的高压辅助阀门关断自动控制装置的高压功能单元的示意图。
图4为本发明实施例提供的高压辅助阀门关断自动控制装置的高压隔离单元的示意图。
图示说明：1-增压单元；2-高压功能单元；3-高压隔离单元；4-原系统故障动作附件；5-常压元件；6-气缸；7-常压气源；8-系统控制器；81-常压压力传感器；82-高压压力传感器；83-气缸有杆侧腔室压力传感器；84-气缸无杆侧腔室压力传感器；85-气缸位移传感器；11-增压阀；12-高压储气罐；EV1-第一电磁阀；EV2-第二电磁阀；EV3-第三电磁阀；D1-第一换向阀；D2-第二换向阀；D3-第三换向阀；D4-第四换向阀；31-第一压力设定装置；32-第二压力设定装置；EV4-第四电磁阀；EV5-第五电磁阀；D5-第五换向阀；D6-第六换向阀。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
请参阅图1～图4，图1为本发明实施例提供的一种高压辅助阀门关断自动控制装置，包括：增压单元1、高压功能单元2、高压隔离单元3、常压元件5、气缸6、常压气源7、系统控制器8以及控制器辅助传感器。
其中，常压气源7分别与增压单元1以及常压元件5连接，增压单元1和常压元件5分别与高压隔离单元3连接，高压隔离单元3与高压功能单元2连接，高压功能单元2分别通过常压气路和高压气路与气缸6的有杆侧腔室以及无杆侧腔室连接，控制器辅助传感器分别设置于高压辅助阀门关断自动控制装置中的各预设检测点上并与分别与系统控制器8连接。
如图2所示，增压单元1用于将常压气源7的压缩空气进行增压，以将高压气源传输至高压隔离单元3。增压单元1可以包括与常压气源7连接的增压阀11，以及与增压阀11连接的高压储气罐12，增压阀11可将设备原常压压缩空气增压至最高0.95MPa(该压力可进行设定)，并将高压气体储存至高压储气罐12以确保高压动作时气压的稳定。对于高压的压力设定则需要根据阀门不同的需求进行设定，以常压0.55MPa计算，则最高可将气缸的推力提高72％左右，此推力提升幅度足以应对绝大部分阀门所需。常压气源7通过的气压为0.45～0.65MPa。
如图3所示，高压功能单元2用于对通入气缸6的常压气路和高压气路进行切换，对高压气源需要加压的气缸6的有杆侧腔室和无杆侧腔室进行选择，以及控制有杆侧腔室和无杆侧腔室的加压和排气功能。
在本实施例中，高压功能单元2可以包括第一电磁阀EV1、第二电磁阀EV2、第三电磁阀EV3、第一换向阀D1、第二换向阀D2、第三换向阀D3以及第四换向阀D4。第一电磁阀EV1、第二电磁阀EV2以及第三电磁阀EV3的一端分别与常压气源7连接，第二电磁阀EV2的另一端分别与第三换向阀D3以及第四换向阀D4连接，第三换向阀D3以及第四换向阀D4的一端与高压隔离单元3连接，第三换向阀D3以及第四换向阀D4的另一端与气缸6连接。
第一电磁阀EV1的另一端与第二换向阀D2的一端连接，第二换向阀D2的另一端与第三换向阀D3连接，第三电磁阀EV3的另一端与第一换向阀D1的一端连接，第一换向阀D1的另一端与第四换向阀D4连接。
高压功能单元2主要通过三个电磁阀控制四个换向阀，实现高压加压至气缸有杆侧和无杆侧两个腔室的选择，以实现气缸活塞杆伸出或缩回的动作。其中第二电磁阀EV2通过控制第三换向阀D3(常压)、第四换向阀D4(高压)实现气缸与常压和高压气路的切换。
第一电磁阀EV1与第三电磁阀EV3通过分别控制第一换向阀D1(有杆侧)、第二换向阀D2(无杆侧)的换向实现气缸有杆侧和无杆侧腔室的加压和排气功能，当气缸与高压气路联通时，通过电磁阀第一电磁阀EV1与第三电磁阀EV3的状态组合实现气缸的高压开启和高压关闭动作。而当气缸与常压气路联通时，则无论第一电磁阀EV1与第三电磁阀EV3如何动作均无法进行高压动作。
如图4所示，高压隔离单元3用于隔断常压元件5与高压气路之间存在的导通性以确保高压不会损坏常压元件5，以及在高压辅助阀门关断自动控制装置处于失电或失气故障状态时，将气缸6中的高压气体泄压至压力设定值后切换回常压气路，将气缸气缸6与常压元件5连通。
在本实施例中，高压隔离单元3包括第一压力设定装置31、第二压力设定装置32、第四电磁阀EV4、第五电磁阀EV5、第五换向阀D5以及第六换向阀D6。第五换向阀D5以及第六换向阀D6的一端与常压元件5连接，第五换向阀D5以及第六换向阀D6的另一端与高压功能单元2连接；常压气源7与第四电磁阀EV4的一端连接，第四电磁阀EV4的另一端与第五换向阀D5以及第六换向阀D6连接，第五换向阀D5的一端分别与第一压力设定装置31以及第二压力设定装置32连接，第五换向阀D5的另一端与第五换向阀D5以及第六换向阀D6连接，第一压力设定装置31与气缸6的有杆侧腔室连接，第二压力设定装置32与气缸6的无杆侧腔室连接。
高压隔离单元3主要由两个压力设定装置、两个电磁阀和两个换向阀组成，当系统进行高压动作时，由第四电磁阀EV4、第五电磁阀EV5组合控制使第五换向阀D5以及第六换向阀D6换向，隔断定位器、放大器等常压元件与高压气路之间可能存在的导通性，以确保高压不会损坏常压元件。
进一步地，如图1所示，高压功能单元2和气缸6之间连接有原系统故障动作附件4，原系统故障动作附件4用于当高压辅助阀门关断自动控制装置处于失电或失气故障状态时，对高压辅助阀门关断自动控制装置进行控制。当系统处于失电失气等故障状态时，高压隔离单元3则通过第一压力设定装置31、第二压力设定装置32与第四电磁阀EV4、第五电磁阀EV5的组合将气缸中的高压气体泄压至压力设定值后切换回常压气路，将气缸与常压元件联通，通过原系统故障动作附件4进行调节控制，即高压隔离单元3实现故障及正常高压的泄压工作，增加该装置的安全系数。
系统控制器8用于接收控制器辅助传感器检测到的数据，并根据数据进行逻辑控制及故障诊断，确保高压辅助阀门关断自动控制装置的安全运行。在本实施例中，控制器辅助传感器包括常压压力传感器81、高压压力传感器82、气缸有杆侧腔室压力传感器83、气缸无杆侧腔室压力传感器84以及气缸位移传感器85。
其中，常压压力传感器81设置于常压气源7与增压单元1以及常压元件5之间的常压气路上，高压压力传感器82设置于增压单元1和高压功能单元2之间的高压气路上，气缸有杆侧腔室压力传感器83设置于气缸6的有杆侧腔室，气缸无杆侧腔室压力传感器84设置于气缸6的无杆侧腔室，气缸位移传感器85设置于气缸6活塞杆。
本发明的高压辅助阀门关断自动控制装置的工作原理如下：将系统分为高压和常压两个气路，正常调节过程中与常压调节完全一致，即通过定位器、放大器等常压单元5对气缸6进行调节动作。而当指令和反馈满足高压介入范围时，通过第二电磁阀EV2使第三换向阀D3、第四换向阀D4切换至高压气路，同时通过第四电磁阀EV4、第五电磁阀EV5使第五换向阀D5、第六换向阀D6换向将高压与定位器等常压单元5彻底隔离开，同时通过第一电磁阀EV1、第三电磁阀EV3操作第一换向阀D1、第二换向阀D2完成高压关闭和高压开启动作。此时无法通过定位器进行调节，只能通过第二换向阀D2、第三换向阀D3将高压气体输入气缸无杆侧，并通过第一换向阀D1、第四换向阀D4将气缸有杆侧腔排空完成气缸活塞杆伸出；反之则通过第一换向阀D1、第四换向阀D4将高压气体输入气缸有杆侧，并通过第二换向阀D2、第三换向阀D3将气缸无杆侧腔排空完成气缸活塞杆缩回。
系统失电时，第三换向阀D3、第四换向阀D4切换至常压气路，此时如果气缸6内存在高压气体，则第五换向阀D5、第六换向阀D6在压力设定装置气路保持第五换向阀D5、第六换向阀D6将气缸侧6气路与大气导通，将气缸6内压力排至压力设定装置设定压力后，第五换向阀D5、第六换向阀D6切换至常压气路，此时可以通过定位器对气缸6进行调节操作。
系统失气时，由于原系统故障动作附件4优先于该装置，此时原系统故障动作附件4完成故障工作，保持与原系统一致。
综上所述，本发明的高压辅助阀门关断自动控制装置，利用原有的常压压缩空气进行升压，并通过控制器与气路完成阀门的高压关闭，并且可以根据不同现场需求进行高压压力设定以调整气缸推力的大小，有效解决了气动调节阀在开度很小时关断的情况下，容易导致气缸无法将阀门可靠关断的问题，且与增加气缸直径以增加气缸的受力面积的方式相比更易于实现，且可减少资源的浪费，当系统出现失电等故障时，可以自动切换至阀门原控制系统，不会因为装置故障造成设备无法操作，大大增加了整体系统的安全性。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高压辅助阀门关断自动控制装置，其特征在于，包括：增压单元(1)、高压功能单元(2)、高压隔离单元(3)、常压元件(5)、气缸(6)、常压气源(7)、系统控制器(8)以及控制器辅助传感器；
所述常压气源(7)分别与所述增压单元(1)以及所述常压元件(5)连接，所述增压单元(1)和所述常压元件(5)分别与所述高压隔离单元(3)连接，所述高压隔离单元(3)与所述高压功能单元(2)连接，所述高压功能单元(2)分别通过常压气路和高压气路与所述气缸(6)的有杆侧腔室以及无杆侧腔室连接，所述控制器辅助传感器分别设置于所述高压辅助阀门关断自动控制装置中的各预设检测点上并分别与所述系统控制器(8)连接；
所述增压单元(1)，用于将所述常压气源(7)的压缩空气进行增压，以将高压气源传输至所述高压隔离单元(3)；
所述高压功能单元(2)，用于对通入所述气缸(6)的常压气路和高压气路进行切换，对所述高压气源需要加压的所述气缸(6)的有杆侧腔室和无杆侧腔室进行选择，以及控制所述有杆侧腔室和无杆侧腔室的加压和排气功能；
所述高压隔离单元(3)，用于隔断所述常压元件(5)与高压气路之间存在的导通性以确保高压不会损坏所述常压元件(5)，以及在高压辅助阀门关断自动控制装置处于失电或失气故障状态时，将所述气缸(6)中的高压气体泄压至压力设定值后切换回常压气路，将所述气缸(6)与所述常压元件(5)连通；
所述系统控制器(8)，用于接收所述控制器辅助传感器检测到的数据，并根据所述数据进行逻辑控制及故障诊断，确保所述高压辅助阀门关断自动控制装置的安全运行；
所述控制器辅助传感器包括常压压力传感器(81)、高压压力传感器(82)、气缸有杆侧腔室压力传感器(83)、气缸无杆侧腔室压力传感器(84)以及气缸位移传感器(85)；
所述常压压力传感器(81)设置于所述常压气源(7)与所述增压单元(1)之间的常压气路上，所述常压压力传感器(81)也设置于所述常压气源(7)与所述常压元件(5)之间的常压气路上，所述高压压力传感器(82)设置于所述增压单元(1)和所述高压功能单元(2)之间的高压气路上，所述气缸有杆侧腔室压力传感器(83)设置于所述气缸(6)的有杆侧腔室，所述气缸无杆侧腔室压力传感器(84)设置于所述气缸(6)的无杆侧腔室，所述气缸位移传感器(85)设置于所述气缸(6)活塞杆；
所述高压功能单元(2)包括第一电磁阀(EV1)、第二电磁阀(EV2)、第三电磁阀(EV3)、第一换向阀(D1)、第二换向阀(D2)、第三换向阀(D3)以及第四换向阀(D4)；
所述第一电磁阀(EV1)、所述第二电磁阀(EV2)以及所述第三电磁阀(EV3)的一端分别与所述常压气源(7)连接，所述第二电磁阀(EV2)的另一端分别与所述第三换向阀(D3)以及所述第四换向阀(D4)连接，所述第三换向阀(D3)以及所述第四换向阀(D4)的一端与所述高压隔离单元(3)连接，所述第三换向阀(D3)以及所述第四换向阀(D4)的另一端与所述气缸(6)连接；
所述第一电磁阀(EV1)的另一端与所述第二换向阀(D2)的一端连接，所述第二换向阀(D2)的另一端与所述第三换向阀(D3)连接，所述第三电磁阀(EV3)的另一端与所述第一换向阀(D1)的一端连接，所述第一换向阀(D1)的另一端与所述第四换向阀(D4)连接；所述高压隔离单元(3)包括第一压力设定装置(31)、第二压力设定装置(32)、第四电磁阀(EV4)、第五电磁阀(EV5)、第五换向阀(D5)以及第六换向阀(D6)；
所述第五换向阀(D5)以及所述第六换向阀(D6)的一端与所述常压元件(5)连接，所述第五换向阀(D5)以及所述第六换向阀(D6)的另一端与所述高压功能单元(2)连接；所述常压气源(7)与所述第四电磁阀(EV4)的一端连接，所述第四电磁阀(EV4)的另一端分别与所述第五换向阀(D5)以及所述第六换向阀(D6)连接，所述第五电磁阀(EV5)的一端分别与所述第一压力设定装置(31)以及所述第二压力设定装置(32)连接，所述第五电磁阀(EV5)的另一端分别与所述第五换向阀(D5)以及所述第六换向阀(D6)连接，所述第一压力设定装置(31)与所述气缸(6)的有杆侧腔室连接，所述第二压力设定装置(32)与所述气缸(6)的无杆侧腔室连接；所述高压功能单元(2)和所述气缸(6)之间连接有原系统故障动作附件(4)，所述原系统故障动作附件(4)用于当高压辅助阀门关断自动控制装置处于失电或失气故障状态时，对高压辅助阀门关断自动控制装置进行控制。
2.如权利要求1所述的高压辅助阀门关断自动控制装置，其特征在于，所述增压单元(1)包括与所述常压气源(7)连接的增压阀(11)，以及与所述增压阀(11)连接的高压储气罐(12)。
3.如权利要求1所述的高压辅助阀门关断自动控制装置，其特征在于，所述增压单元(1)用于将所述常压气源(7)的压缩空气增压至0.95MPa，所述常压气源(7)通过的气压为0.45～0.65MPa。
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