机电一体化论文三通换向阀设计.docx
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机电一体化论文三通换向阀设计.docx
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机电一体化论文三通换向阀设计
准考证号:
本科生毕业论文(设计)
三通换向阀的设计、应用与控制
学院:
江西科技学院
专业:
机电一体化技术
班级:
学生姓名:
xxx
指导老师:
黄雁彬
完成日期:
2014年4月10日
本科论文原创性申明
本人郑重申明:
所呈交的论文(设计)是本人在指导老师的指导下独立进行研究,所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文(设计)不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式表明。
本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。
学位论文作者签名(手写):
签字日期:
年月日
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学位论文作者签名(手写):
指导老师签名(手写):
签字日期:
年月日签字日期:
年月日
摘要
以双气缸三通换向阀为例,介绍了如何以最少的钢铁材料和最小的阀门体积,以及如何选用合适的材料和结构形式来进行三通阀设计。
对三通换向阀在蓄热式加热炉上应用中存在的问题进行分析,并就存在的问题采取了相应对策,确保了加热炉能力的正常发挥和安全运行。
三通换向阀作为蓄热式加热炉稳定运行的关键设备之一,控制烧嘴的切除与投入,对其加热工艺的执行、设备的稳定和加热炉安全生产起到至关重要的作用。
本文从三通换向阀的工作原理、使用现状和常见故障等方面进行简单介绍,阐述了换向阀的控制系统。
关键词:
三通换向阀;设计;维护及应用;控制;电磁阀;蓄热式加热炉
Abstract
Takingthedoublecylinderthree-waydivervalvesasanexample,thewayofthree-wayvalvedesignwiththefeweststeelmaterials,thesmallestvalvesize,thepropermaterialandstructureformwasintroduced.
Thepaperanalyzedtheexistingproblemintheapplicationofthree-wayreversingvalveoftheregenerativereheatingfurnaceandthecorrespondencemeasureswereadaptedtoassurethecapacityofreheatingfurnaceandsafetyoperation.
Three-wayreversingvalveasoneofthecrucialinstrumentensuresregenerativereheatingfurnacesteadyworkingItcontrolsbumerˊsremovalandplungingwhichplaysimportantrolesinimplementingheatingtechnology,equipmentsteadyworkingandsafeproductionofreheatingfumace.Thisarticleexplainsthesignificanceofreversingvalvebyvirtueofthebriefintroductionofthree-wayreversingvalvefunctionprincipleandcommonmalfunctions.
KeyWords:
three-wayreversingvalve;design;maintenanceandapplication;control;electromagneticvalve;regenerativereheatingfurnace
第一章引言1
1.1 三通换向阀的概述1
1.1.1三通换向阀的概念1
1.1.2三通换向阀的使用目的1
1.2 三通换向阀的应用与控制1
1.2.1三通换向阀的应用1
1.2.2三通换向阀的控制1
第二章三通换向阀的工作原理及组成2
2.1 三通换向阀的工作原理及PLC控制系统2
2.1.1三通换向阀的工作原理2
2.1.2三通换向阀的PLC控制系统2
2.2 三通换向阀的结构组成与装配5
2.2.1三通换向阀的结构组成5
2.2.2三通换向阀的装配6
第三章三通换向阀的设计依据和动力气缸的设计方法10
3.1 三通换向阀的设计依据10
3.2 三通换向阀动力气缸的设计方法13
第四章三通换向阀的使用环境、抗腐和密封15
4.1 三通换向阀的使用环境15
4.2 三通换向阀的抗腐和密封15
第五章三通换向阀的常见故障及处理16
5.1 三通换向阀机械部分的损坏与电气自动化故障16
5.2三通换向阀的故障处理及维护16
第六章结论与展望17
参考文献18
致 谢19
第一章引言
1.1三通换向阀的概述
1.1.1三通换向阀的概念
三通换向阀是一种应用于蓄热式工业窑炉上的一种烟气与空气(或气体燃料)的换向装置。
1.1.2三通换向阀的使用目的
钢坯在以煤气为燃料的加热炉中加热时,三通换向阀是用以控制煤气、空气、送入炉内燃烧和排出炉内燃烧烟气的一种阀门,它共有三个导入和导出的接口,使用中每一个阀门的二个相通的接口是交替使用的,因为加热炉两侧面的烧嘴是交替使用的,于是三通阀就起了进排气交替使用的目的。
1.2三通换向阀的应用与控制
1.2.1三通换向阀的应用
三通换向阀作为保证蓄热式加热炉正常运行的关键设备之一,主要影响到燃料的供给量、废气的排出及温度、炉子的安全、加热坯料的能力及质量等,对加热工艺的执行、烧钢质量起至关重要的作用。
1.2.2三通换向阀的控制
换向系统是蓄热式加热炉上一个关键控制系统,具有定时换向、超温报警、顺序动作、自动保护、自动调节等一系列功能。
三通换向阀控制HMI可实现所有换向阀的阀位显示、换向操作和故障时的声、光报警、显示故障点等功能。
第二章三通换向阀的工作原理及组成
2.1三通换向阀的工作原理及PLC控制系统
蓄热式加热炉的特点就是频繁换向,通过换向阀实现空气、煤气、烟气3种介质的同时换向。
了解三通换向阀的结构及工作原理,掌握其性能,这样才能正确使用和维护换向阀,确保其正常工作。
2.1.1三通换向阀的工作原理
蓄热式加热炉两侧每个燃烧单元由烧嘴、蓄热体和切换系统组成,蓄热体在烧嘴之前给气体预热。
一侧气体经蓄热体加热在烧嘴后燃烧,给钢坯加热;另一侧烧嘴充当排烟角色,同时加热蓄热体。
结合加热炉的炉型特点和现场环境,为顺利实现换热功能,使用三通换向阀构成燃烧和排烟系统。
三通换向阀的结构如图2-1三通换向阀工作原理图所示。
图2-1三通换向阀工作原理图
三通换向阀为常闭式双阀结构,立式双列布置,即每组三通阀配有两个双缸控制阀形成三通道,故名三通换向阀。
其中一侧为空气(煤气)入口,通入燃烧气体;另一侧为废气出口,用于排烟及调节炉压,同时加热蓄热体;下侧与烧嘴蓄热室相连。
2.1.2三通换向阀的PLC控制系统
三通换向阀使用压缩空气作动力源,开关阀杆由气缸控制。
通过PLC的DO模块输出的24VDC电源控制单电控二位五通电磁阀的得电和失电,从而控制气源的通断,在阀瓣周围形成上低下高或上高下低的压差,推动关闭件移动,打开和关闭阀门。
为准确知道三通阀的开关到位情况,换向阀每个气缸支架上均配置有到位接近开关,通过DI模块将三通换向阀的到位情况反馈到PLC控制系统中,用于在HMI上显示三通换向阀的启闭位置,及时了解换向系统是否正常工作,及时判断故障。
交替使用的,于是三通阀就起了进排气交替使用的目的。
整个控制系统由上位机PC机(HMI)、下位机PLC、传感器(输入部分)、电磁换向阀(控制部分)和气动执行元件部分等组成,通过输出24VDC电源控制电磁换向阀的得电与失电,从而接通气路通道对气动执行元件进行控制,实现换向。
三通阀换向程序中设定自动状态下定时换向,分散控制则每段内换向阀换向完全错开,实行每一加热段内三通换向阀顺序打开和关闭的原则。
通过一个控
制字节来完成每段烧嘴的顺序换向,每隔一定时间打开或关闭一个烧嘴,而集中换向则只需要控制大三通的开/关即可。
分散控制程序如图2-2三通换向阀分散控制程序图所示:
图2-2三通换向阀分散控制程序图
上述程序中,bit1为每秒产生的脉冲信号,作为times每秒钟自累加触发信号,则times每秒钟累加一次,当times与设定的换向周期timeset相等时,三通阀开始换向并将times置0重新计数,bit2是产生周期1.5s的脉冲信号,每隔1.5s依次顺序打开一侧换向阀。
通过控制换向阀的动作,使进入炉内的煤气和空气经过蓄热室加热,成为热的燃气,提高燃烧效率。
从炉内排出的烟气的热量被蓄热室内陶瓷球吸收,排出的烟气温度低于150℃,从而减少能源流失,达到节能目的。
并且通过煤气侧及空气侧的循环燃烧,使炉内温度稳定,钢坯温度均匀,有利于安全稳定的生产。
三通换向阀的部分控制程序如图2-3三通换向阀的部分控制程序图所示:
图2-3三通换向阀的部分控制程序图
上述三通换向阀的程序中,输入信号有换向阀切除/投入和自动/手动转换。
三通阀的进气侧、排气侧关到位检测信号,手动打开换向阀(自动由程序内部根据换向周期及换向条件自动控制阀门的开关),手动关闭换向阀,温度连锁强制换向;输出信号为进气侧、排气侧的阀门控制,换向阀通过二位五通双控电磁换向阀的得电与失电控制气路的接通与断开来实现。
三通换向阀的控制程序同时设有换向连锁、数值检测、报警、故障显示、急停等安全保护功能。
换向连锁条件是:
开始时先通空气,后开煤气;换向时先关煤气,后排烟气。
系统运行过程中,如果出现煤气通断阀开不到位或空气换向阀开不到位时,系统自动关断煤气通断阀,同时,蜂鸣器报警,上位机画面上各加热段状态图中显示相应阀位/开不到位0或/关不到位0,并有开/关不到位故障指示,操作人员通过故障指示及时找到故障阀,并采取相应的处理措施,可避免在换向过程中因阀开关不到位引起的各类安全问题。
在控制上要求换向为进气时,排烟侧关闭到位或排烟侧关闭命令发出1s之后方可进行;同理排烟时进气侧关闭到位或进气侧关闭命令发出1s之后方可进行,避免进气与废气相混。
2.2三通换向阀的结构组成与装配
2.2.1三通换向阀的结构组成
三通换向阀主要由阀体、气缸、阀杆、阀瓣、阀盖、密封圈、电磁阀等构成。
通过电磁阀控制两台气缸交替工作,带动两个阀瓣交替开启和关闭。
换向阀工作过程中空气、煤气不能与烟气相串混,因此换向阀的密闭性要好。
2.2.2三通换向阀的装配
三通换向阀的总装配由以下零件图组成:
阀体、阀盖、气缸总成、销轴一、叉头、阀杆、阀杆导向、销轴二、阀杆头、阀瓣压板、阀瓣、密封圈压环、密封圈
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