介紹氣動三通球閥的組成、工作原理及其在連續(xù)化結(jié)晶工藝液位控制系統(tǒng)上的應(yīng)用,可供同行在設(shè)計、選型和維護時參考。

　　某連續(xù)化結(jié)晶裝置，原設(shè)計是每臺結(jié)晶器采用兩臺氣動開關(guān)球閥控制其內(nèi)部物料的采出和回流。裝置在自動狀態(tài)下運行時，兩臺閥會根據(jù)結(jié)晶器內(nèi)液位變化交替開關(guān)。但是該流程有兩個不足之處：一是當某個閥關(guān)閉時間過長時，低溫物料會在該閥前管道內(nèi)結(jié)晶，引起局部堵塞;二是任意一臺結(jié)晶器因故障需檢修時，必須將整個裝置停車，造成設(shè)備利用率降低。為此，筆者對其進行了技術(shù)改造，用一臺三通閥代替原來的兩臺球閥，并重新設(shè)計了控制方案，實際運行后取得了預(yù)期的效果。

1、流程簡介

　　改造后的連續(xù)化結(jié)晶工藝流程如圖1所示。從圖中可以看出，物料首先通過進料泵(輸送泵)從原料槽打入結(jié)晶器A內(nèi)進行冷卻降溫;降溫后的物料，通過翻料泵再從結(jié)晶器A翻到結(jié)晶器B內(nèi)，進一步冷卻降溫;依此類推，物料一直翻到結(jié)晶器F內(nèi)繼續(xù)冷卻降溫;最后結(jié)晶器F內(nèi)含有晶體的物料，再用翻料泵送到離心分離工序進行離心、烘干和包裝，得到合格產(chǎn)品。

圖1 改造后的連續(xù)化結(jié)晶工藝控制流程

　　每一臺結(jié)晶器用三通閥控制液位：當結(jié)晶器內(nèi)液位高于高設(shè)定值時，通過DCS控制閥門自動將物料翻到下一級結(jié)晶器;當結(jié)晶器內(nèi)液位低于低設(shè)定值時，通過DCS控制閥門自動回流循環(huán)。每一臺結(jié)晶器都通過調(diào)節(jié)閥控制冷卻水量保證冷卻溫度。

　　當任意一臺結(jié)晶器需要檢修時，操作員只需在手動狀態(tài)下按如圖2所示的檢修按鈕，同時將現(xiàn)場的手動旁路閥打開，將手動進料閥和手動回流閥關(guān)閉即可。此時物料將經(jīng)閥門直接從上一級結(jié)晶器進到下一級結(jié)晶器，將其從系統(tǒng)中解列出來以便檢修。

圖2 操作員操作界面

2、氣動三通球閥組成和工作原理

　　氣動三通球閥由電磁閥、三位式氣動執(zhí)行器和三通閥閥體組成，各部分的原理和功能分別敘述如下。

2.1、電磁閥結(jié)構(gòu)原理

　　無論是兩位式還是三位式氣動執(zhí)行器，都需要用電磁閥來控制氣路切換，實現(xiàn)閥門開關(guān)動作。

　　對于單電控線圈得電后電磁閥換向，失電后在閥內(nèi)彈簧的作用下電磁閥復(fù)位。電磁閥和執(zhí)行器氣缸之間可采用8～12mm銅管(塑料管)連接或NAMUR方式連接。

　　電磁閥按內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同可分為兩位三通和兩位五通兩種。兩位三通工作方式下的電磁閥包括一個進氣孔(接進氣氣源)、一個出氣孔(提供給氣缸氣源)和一個排氣孔(安裝消聲器)，它通常和單作用氣缸配套使用，實現(xiàn)對閥門啟閉的兩位式控制;兩位五通工作方式下的電磁閥具有一個進氣孔(接進氣氣源)、一個正動作出氣孔和一個反動作出氣孔(分別為氣缸提供一正一反動作的氣源)、一個正動作排氣孔和一個反動作排氣孔(均安裝消聲器)，它通常和雙作用氣缸配合使用，實現(xiàn)對閥門啟閉的兩位式控制。電磁閥線圈電壓等級一般采用24V(DC)、220V(AC)等，并有防爆與非防爆之分。

2.2、三位式氣動執(zhí)行器結(jié)構(gòu)原理

　　三位式氣動執(zhí)行機構(gòu)提供了一種0°-45°-90°或0°-90°-180°的操作方式。中間位置是由兩個輔助活塞移動產(chǎn)生機械制動來實現(xiàn)的，這個中間位置可根據(jù)需要進行調(diào)整。因三位式氣動執(zhí)行機構(gòu)有全關(guān)、中間和全開3個位置，故需要兩個兩位五通電磁閥或3個兩位三通電磁閥來控制氣源切換，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動作。具體操作過程、三位式氣缸的位置示意和電磁閥的動作次序見表1。

表1 三位式氣動執(zhí)行器結(jié)構(gòu)原理

3、三通球閥結(jié)構(gòu)原理

　　三通球閥是指有三通口的球閥，它用于控制介質(zhì)的流向以實現(xiàn)一進一出、一進二出(分流)及二進一出(合流)等，其中任一通口都可用作介質(zhì)的入口而無泄漏。根據(jù)應(yīng)用場合不同，其內(nèi)部球體可制成L形和T形兩種通口。因三通閥內(nèi)部球體形式的差異，使得閥門3個口之間的連通有多種組合，可以滿足各種工況對介質(zhì)不同流向的控制要求。

　　由于本裝置中使用的三通閥需要3個兩兩相通的流路，因此選用T形通口的閥(各通口間的流通通路如圖3所示)配三位式氣動執(zhí)行機構(gòu)。

圖3 三通閥流通通路示意圖

　　對于電磁閥形式和數(shù)量各生產(chǎn)廠家會根據(jù)自己生產(chǎn)的三位式氣動執(zhí)行機構(gòu)的特點進行選擇。

　　當選兩個24V直流防爆型兩位五通電磁閥來控制時，電磁閥A負責開關(guān)，其輸出口2、4分別接主氣缸的口2、4;電磁閥B負責限位，其輸出口2、4分別接輔助氣缸的口C、D。選3個24V直流防爆型兩位三通電磁閥來控制時，電磁閥A負責開，其輸出口2接主氣缸的口2;電磁閥B負責關(guān)，其輸出口2接主氣缸的口4;電磁閥C負責限位，其輸出口2接輔助氣缸的口D。