DDYZ-55电子式电液执行机构的特点与应用

发布时间:2010-10-06  点击数:2509
一、密闭输油的水力工况
    目前,在我国的长输管道运行管理与改造建设中,密闭输油流程已经被广泛的应用。它可以减少油品和电能的损耗、简化工艺流程、方便输油站或全线管道输油的自动化操作。 
    在密闭输油流程中,能够引起管道水力工况变化主要有以下几种情况: 
   (1)其它站调节阀误关引起的水击现象;
   (2)事故性干线调节阀紧急关闭引起的水击现象。 
   (3)计划性提量或减量(通过启停泵或者改变出站压力调节阀的给定值实现);
   (4)设备故障因保护装置动作引起的停机;
   (5)计划性压力越站、热力越站或全越站引起的水力工况变化;
   (6)事故性一站突然停电引起的水击现象;
    为了使长输管道密闭输油工艺控制系统能适应上述水力工况的变化,保证密闭输油运行的平稳性,保护管道和所属设备,并以最少的能量消耗换取最多的输油经济效益,就必须实现管道压力调节自动化。因此,需要在管道上安装能够实现压力比例调节的调节球阀。 
二、调节阀的调节作用 
    原油进出站压力调节阀位于输油泵机组的下游侧,是实现密闭输油的重要自动化调节和保护设备,在密闭输油流程中主要具有两种调节作用。 
    1、出站原油压力保护性调节 
    当进站的压力低于给定值时,调节信号增加,调节阀关小,使进站压力回到给定值;当进站压力高于给定值时,调节信号减少,调节阀开大,但由于进站压力给定值很低,调节阀再开也不能使进站压力回到给定值,最后输出信号减少到极限4mA,调节阀便开到了全开位置。 
    当出站压力高于给定值时,加法功能块输出信号增加,调节阀关小,使出站压力回到给定值;当出站压力低于给定值时,输出信号减少,调节阀开大,但由于出站压力给定值很高,调节阀再开也不能使出站压力回到给定值,最后输出信号减少到极限4mA,调节阀便开到了全开位置。 
    2、出站原油压力定值调节 
    这种调节功能用于两种情况,其一是通过出站压力给定值的改变,在小范围内改变输量;其二是通过压力给定值的降低使调节阀关小,流量下降,其结果是产生一个反向水击波来抵消上游站或下游站产生的正向水击波,防止水击对管线的破坏。 
    由上述两种功能不难看出,用调节阀实现的压力自动保护与调节系统是密闭输油流程中保护管线安全和实现输量调节的重要设备。而与调节球阀配套使用的电液执行机构是调节阀实现调节功能的关键设备。 
三、DDYZ-55型电子式电液执行机构 
    东北管道在庆铁线、铁秦线各站使用的是东北输油管理局与上海三信公司共同研制生产的DDYZ-55型电子式电液执行机构。DDYZ-55型电子式电液执行机构,采用德国Bosch公司的NG6型伺服比例阀,作为执行机构的电液转换器。该转换器可靠性高,抗污染能力强,自身内部是用电闭环控制,其精度与动态响应等性能均比较理想。 
    1、主要技术指标
     输入控制信号:DC4~20mA;
     输出阀位信号最大负载电阻:600Ω;
     输出轴位信号:DC4~20mA;
     最大功率:85W(静态功率24W);
     电源:DC24V±10% ;
     液压缸活塞有效面积:0.79dm2
     最大推拉力:55kN;
     油液清洁度:不低于(NAS1638)Ⅱ级;
     全行程:210mm;
     基本误差漂移小于2% ;
     基本误差:±0.5%(全行程);
     工作环境温度:-40℃ ~ +45℃ ;
     死区:<0.5%(全行程);
     全行程响应时间:<8s;
     回差:<0.5%(全行程);
     滞后时间:<28ms;
     防爆等级:dⅡBT4;
     最高工作油压:7MPa。
     工作介质:N46~N68液压油,当环境温度低于-20℃时,应使用10#航空液压油;
     自保护功能:断输入控制信号、断动力电源、断油压或低油压,执行机构输出轴锁定原位,并具有远传报警接口。 
     2、工作原理 
    伺服比例阀在控制信号的驱动下,驱动油缸活塞的移动。差动变压器检测出活塞位置,经过调制解调器,一路作为轴位置检测信号,另一路作为反馈信号与控制输入信号比较,比较后的偏差信号,经放大器放大后,控制伺服比例阀,及时对油缸活塞位置进行修正,直至阀位与输入控制信号完全一致为止。这种闭环负反馈控制,使活塞位置始终跟随输入信号变化,实现了执行机构随控制信号大小按比例驱动调节阀的要求。此外,活塞杆位置信号,经放大器放大后,变成4~20mA的输出信号,供给外部显示设备,以显示调节球阀的关度。 
    在伺服比例阀到油缸的回路中间,接有液控单向阀。当液控单向阀关闭时,油缸管路被锁闭,这时,执行机构输出轴将被可靠地锁定在液控单向阀关闭前的位置状态。当输入控制信号小于3.6mA或电源电压小于6V时,均能通过电磁阀的失电使液控单向阀关闭,从而保证了停电、输入断线或断油压等故障出现时的调节阀关度保持原位置不动。 
    在油缸上下腔间接有手动旁通阀。打开手动旁通阀,上下油腔便能连通,这时可以用调节阀上的手轮机构手动启闭调节阀。 
    在活塞杆的中间,装有位移传感器,用来检测活塞杆的位移。该传感器可以工作在32MPa的高压状态下。在缸套旁安装有一个全密封的铝制控制箱,其内的伺服比例阀、电磁阀和液控单向阀集成在同一阀块上。在控制箱里还装有电子控制电路,与液压回路一起,实现执行机构的随动控制功能。 
    控制电路是执行机构的重要组成部分,包括输入放大器、调制解调器、比例阀驱动放大器、锁定电路和电源电路。
     输入放大器接收到输入电流信号,转换成电压信号后与轴位电压信号进行比较,形成的偏差信号控制伺服比例阀启闭。当轴位电压信号与输入电压信号大小一致时,偏差信号为零。伺服比例阀复中,即处于静态位置,这时执行机构输出轴(活塞杆)的位置保持不变。为了提高抗干扰能力,输入放大器与驱动电路采用了光电隔离连接方式。
     调制解调器与活塞杆内部的差动变压器构成执行机构输出轴位置的检测回路,并采用石英晶体作为稳定调制的频率源。 
     3、液压系统
     DDYZ-55型电子式电液执行机构的液压系统采用变量泵液压系统。恒压变量泵输出的油,经过单向阀进入执行机构。当输出压力达到变量泵的调定压力时,变量泵的流量自动减小,使系统稳定在变量泵的调定压力上,由于没有多余流量的溢流损耗,因此达到了节能和降低油温的目的。 
四、DDYZ-55型电子式电液执行机构的特点 
    DDYZ-55型电子式电液执行机构是一种技术先进、功能齐全和运行十分可靠的电液执行机构。其特点是: 
    (1)电子放大器板与所有液压检测控制部件一体化,结构紧凑,体积小和电信号制标准化,对于大功率(推力大于50kN)型电液执行机构,这种外部结构属国际首创。 
    (2)位移传感器是按高压隐形差动变压器结构设计加工的,其耐高压32MPa和差动变压器轴装隐形结构属世界首创。正由于能耐32MPa的高压,为位移传感器加工成轴装隐形结构创造了必要条件。隐形结构具有抗外部机械冲击、线圈有效工作段长、耐腐蚀、防松动和防电磁干扰等多种优点。另外,此种差动变压器线圈的独特制造方式和工作原理使该种位移传感器从根本上杜绝了电位器类传感器所存在着的触点松动、电阻磨损非线性和不耐振等弊端,耐振动、线性度[小于±(0.3-0.5)%]和分辨率(连续)相当高,因此该种传感器综合性能指标处于世界领先水平。 
    (3)核心部件电液转换器选用了德国Bosch公司生产的NG6型伺服比例阀。由于该种转换器材质好、硬度高、加工精度高、内部具有电闭环控制回路,因此稳定性好、抗污防卡耐振能力强、转换精度高、动态响应频率宽、体积小易安装,综合技术状态处于世界领先水平。 
    (4)该种执行机构具有很强恶劣环境的适应性: 
    ①具有断控制信号、断动力电、断或低油压后,执行机构输出轴锁定原位的自身保护功能,并具有远传报警接口; 
    ②所有液压控制器件集成一体与油缸一起安装在油缸套或控制箱内,这样既对这些关键器件起到了良好保护作用,又可以有效地杜绝渗漏; 
    ③低温度系数电子元件选取、深度负反馈电路设计以及美国霞板公司特种油缸密封的采用,有效地保证了执行机构在-40℃~45℃温度环境下的适应性和稳定性; 
    ④伺服阀和电磁阀电子控制回路专门设计,采用脉宽调制工作方式,使其具有高效低耗性能,即动态时可以给出足够的功率和良好的频率响应,静态时能量损失仅为动态时的三分之一以下(约24W);
      ⑤具有dⅡBT4防爆等级,适应绝大多数防爆工作场合。
五、使用注意事项 
   (1)该执行机构为全密闭结构,除防爆接线盒外,其他部分不要轻易打开。 
   (2)油源上的主滤油器(一般为回油滤油器),初次运行半年后,应更换滤芯,以后每年应更换一次滤芯,高压滤油器的滤芯,可在换油时更换一次,本执行机构上的高压滤油器,滤芯型号为HX-25×10μ。 
   (3)液压油使用日久,会产生胶状污垢,阻塞滤油器。在潮湿地区,二年应彻底更换一次液压油。干燥地区,也应三年彻底更换一次液压油。 
   (4)进出油管的通径,视油源距离执行机构的远近而定。当距离小于4m时,油管可选用Ф14的口径,当距离大于4m时,可采用Ф20的口径。但是从提高油管刚度考虑,油管通径最好选大一些。 
   (5)虽然在执行机构油缸入口处,接有滤油器,但管路仍须进行磷化除垢。若有焊接操作时,焊后必须拆卸清理,然后重新组装。 
    DDYZ-55型电子式电液执行机构目前已经在输油管道上推广使用了多年,各项技术指标均达到或超过了国外同类产品完全可以取代进口,该产品还获得了辽宁省2001年科技进步三等奖。