氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的工作原理、控制機(jī)構(gòu)和閥門類別

更新時(shí)間：2024-01-16 點(diǎn)擊次數(shù)：2481

氣動(dòng)執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)（閥）兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動(dòng)裝置，它按控制信號(hào)壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動(dòng)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作，所以它是將信號(hào)壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置。

控制機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的控制部分，它直接與被控介質(zhì)接觸，控制流體的流量。所以它是將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流過閥的流量的裝置。下圖是一種常用氣動(dòng)執(zhí)行器的示意圖。氣壓信號(hào)由上部引入，作用在薄膜上，推動(dòng)閥桿產(chǎn)生位移，改變了閥芯與閥座之間的流通面積，從而達(dá)到了控制流量的目的。圖中上半部為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，下半部為控制機(jī)構(gòu)。

氣動(dòng)執(zhí)行器有時(shí)還配備一定的輔助裝置。常用的有閥門定位器和手輪機(jī)構(gòu)。閥門定位器的作用是利用反饋原理來改善執(zhí)行器的性能，使執(zhí)行器能按控制器的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位。手輪機(jī)構(gòu)的作用是當(dāng)控制系統(tǒng)因停電、停氣、控制器無輸出或執(zhí)行機(jī)構(gòu)失靈時(shí)，利用它可以直接操縱控制閥，以維持生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

氣動(dòng)執(zhí)行器主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)與控制機(jī)構(gòu)兩大部分組成。根據(jù)不同的使用要求，它們又可分為許多不同的形式，下面分別加以敘述。

1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)

氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要分為薄膜式和活塞式兩種。其中薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)最為常用，它可以用作一般控制閥的推動(dòng)裝置，組成氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行器，習(xí)慣上稱為氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥。它的結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、維修方便，應(yīng)用廣泛。

氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力較大，主要適用于大口徑、高壓降控制閥或蝶閥的推動(dòng)裝置。

除薄膜式和活塞式之外，還有長行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它的行程長、轉(zhuǎn)矩大，適于輸出轉(zhuǎn)角（0°～90°）和力矩，如用于蝶閥或風(fēng)門的推動(dòng)裝置。氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正作用和反作用兩種形式。當(dāng)來自控制器或閥門定位器的信號(hào)壓力增大時(shí)，閥桿向下動(dòng)作的叫正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)（ZMA型）；當(dāng)信號(hào)壓力增大時(shí)，閥桿向上動(dòng)作的叫反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)（ZMB型）。正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)壓力是通入波紋膜片上方的薄膜氣室；反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)壓力是通入波紋膜片下方的薄膜氣室。通過更換個(gè)別零件，兩者便能互相改裝。

根據(jù)有無彈簧執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為有彈簧的及無彈簧的，有彈簧的薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)最為常用，無彈簧的薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)常用于雙位式控制。

有彈簧的薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出位移與輸入氣壓信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)信號(hào)壓力（通常為0.02～0.1MPa）通入薄膜氣室時(shí)，在薄膜上產(chǎn)生一個(gè)推力，使閥桿移動(dòng)并壓縮彈簧，直至彈簧的反作用力與推力相平衡，推桿穩(wěn)定在一個(gè)新的位置。信號(hào)壓力越大，閥桿的位移量也越大。閥桿的位移即為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直線輸出位移，也稱行程。行程規(guī)格有10mm、16mm、25mm、40mm、60mm、100mm等。

2、控制機(jī)構(gòu)

控制機(jī)構(gòu)即控制閥，實(shí)際上是一個(gè)局部阻力可以改變的節(jié)流元件。通過閥桿上部與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連，下部與閥芯相連。由于閥芯在閥體內(nèi)移動(dòng)，改變了閥芯與閥座之間的流通面積，即改變了閥的阻力系數(shù)，被控介質(zhì)的流量也就相應(yīng)地改變，從而達(dá)到控制工藝參數(shù)的目的。

1）直通單座控制閥

這種閥的閥體內(nèi)只有一個(gè)閥芯與閥座，如下圖所示。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、泄漏量小，易于保證關(guān)閉，甚至切斷。但是在壓差大的時(shí)候，流體對閥芯上下作用的推力不平衡，這種不平衡力會(huì)影響閥芯的移動(dòng)。因此這種閥一般應(yīng)用在小口徑、低壓差的場合。

2）直通雙座控制閥

閥體內(nèi)有兩個(gè)閥芯和閥座，如下圖示。這是常用的一種類型。由于流體流過的時(shí)候，作用在上、下兩個(gè)閥芯上的推力方向相反而大小近于相等，可以互相抵消，所以不平衡力小。但是，由于加工的限制，上下兩個(gè)閥芯閥座不易保證同時(shí)密閉，因此泄漏量較大。

根據(jù)閥芯與閥座的相對位置，這種閥可分為正作用式與反作用式（或稱正裝與反裝）兩種形式。當(dāng)閥體直立，閥桿下移時(shí)，閥芯與閥座間的流通面積減小的稱為正作用式，圖所示的為正作用式時(shí)的情況。如果將閥芯倒裝，則當(dāng)閥桿下移時(shí)，閥芯與閥座間流通面積增大，稱為反作用式。

3）角形控制閥

角形閥的兩個(gè)接管呈直角形，一般為底進(jìn)側(cè)出，如下圖所示。這種閥的流路簡單、阻力較小，適用于現(xiàn)場管道要求直角連接，介質(zhì)為高黏度、高壓差和含有少量懸浮物和固體顆粒狀的場合。

4）三通控制閥

三通閥共有三個(gè)出入口與工藝管道連接。其流通方式有合流（兩種介質(zhì)混合成一路）型和分流（一種介質(zhì)分成兩路）型兩種，分別如圖（a）、（b）所示。這種閥可以用來代替兩個(gè)直通閥，適用于配比控制與旁路控制。與直通閥相比，組成同樣的系統(tǒng)時(shí)，可省掉一個(gè)二通閥和一個(gè)三通接管。

5）隔膜控制閥

它采用耐腐蝕襯里的閥體和隔膜，如下圖所示。隔膜閥結(jié)構(gòu)簡單、流阻小、流通能力比同口徑的其他種類的閥要大。由于介質(zhì)用隔膜與外界隔離，故無填料，介質(zhì)也不會(huì)泄漏。這種閥耐腐蝕性強(qiáng)，適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的控制，也能用于高黏度及懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。

選用隔膜閥時(shí)，應(yīng)注意執(zhí)行機(jī)構(gòu)須有足夠的推力。一般隔膜閥直徑大于Dg100mm時(shí)，均采用活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于受襯里材料性質(zhì)的限制，這種閥的使用溫度宜在150℃以下，壓力在1MPa以下。

6）蝶閥

又名翻板閥，如下圖。蝶閥具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、價(jià)格便宜、流阻極小的優(yōu)點(diǎn)，但泄漏量大，適用于大口徑、大流量、低壓差的場合，也可以用于含少量纖維或懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。

7）球閥

球閥的閥芯與閥體都呈球形體，轉(zhuǎn)動(dòng)閥芯使之與閥體處于不同的相對位置時(shí)，就具有不同的流通面積，以達(dá)到流量控制的目的，

球閥閥芯有“V"形和“O"形兩種開口形式，分別如圖（a）、（b）所示。O形球閥的節(jié)流元件是帶圓孔的球形體，轉(zhuǎn)動(dòng)球體可起控制和切斷的作用，常用于雙位式控制。V形球閥的節(jié)流元件是V形缺口球形體，轉(zhuǎn)動(dòng)球心使V形缺口起節(jié)流和剪切的作用，適用于高黏度和污穢介質(zhì)的控制。

8）凸輪撓曲閥

又名偏心旋轉(zhuǎn)閥。它的閥芯呈扇形球面狀，與撓曲臂及軸套一起鑄成，固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，如下圖。凸輪撓曲閥的撓曲臂在壓力作用下能產(chǎn)生撓曲變形，使閥芯球面與閥座密封圈緊密接觸，密封性好。同時(shí)，它的重量輕、體積小、安裝方便，適用于高黏度或帶有懸浮物的介質(zhì)流量控制。

9）籠式閥

又名套筒型控制閥，它的閥體與一般的直通單座閥相似，如下圖。籠式閥內(nèi)有一個(gè)圓柱形套筒（籠子）。套筒壁上有一個(gè)或幾個(gè)不同形狀的孔（窗口），利用套筒導(dǎo)向，閥芯在套筒內(nèi)上下移動(dòng)，由于這種移動(dòng)改變了籠子的節(jié)流孔面積，就形成了各種特性并實(shí)現(xiàn)流量控制。籠式閥的可調(diào)比大、振動(dòng)小、不平衡力小、結(jié)構(gòu)簡單、套筒互換性好，更換不同的套筒（窗口形狀不同）即可得到不同的流量特性，閥內(nèi)部件所受的汽蝕小、噪聲小，是一種性能優(yōu)良的閥，特別適用于要求低噪聲及壓差較大的場合，但不適用高溫、高黏度及含有固體顆粒的流體。

除以上所介紹的閥以外，還有一些特殊的控制閥。例如小流量閥適用于小流量的精密控制，超高壓閥適用于高靜壓、高壓差的場合。

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