氣動調節閥的工作原理、控制機構和閥門類別

更新時間：2024-01-16 點擊次數：2204

氣動執行器由執行機構和控制機構（閥）兩部分組成。執行機構是執行器的推動裝置，它按控制信號壓力的大小產生相應的推力，推動控制機構動作，所以它是將信號壓力的大小轉換為閥桿位移的裝置。

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

氣動執行器有時還配備一定的輔助裝置。常用的有閥門定位器和手輪機構。閥門定位器的作用是利用反饋原理來改善執行器的性能，使執行器能按控制器的控制信號，實現準確的定位。手輪機構的作用是當控制系統因停電、停氣、控制器無輸出或執行機構失靈時，利用它可以直接操縱控制閥，以維持生產的正常進行。

氣動執行器主要由執行機構與控制機構兩大部分組成。根據不同的使用要求，它們又可分為許多不同的形式，下面分別加以敘述。

1、執行機構

氣動執行機構主要分為薄膜式和活塞式兩種。其中薄膜式執行機構最為常用，它可以用作一般控制閥的推動裝置，組成氣動薄膜式執行器，習慣上稱為氣動薄膜調節閥。它的結構簡單、價格便宜、維修方便，應用廣泛。

氣動活塞式執行機構的推力較大，主要適用于大口徑、高壓降控制閥或蝶閥的推動裝置。

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

根據有無彈簧執行機構可分為有彈簧的及無彈簧的，有彈簧的薄膜式執行機構最為常用，無彈簧的薄膜式執行機構常用于雙位式控制。

有彈簧的薄膜式執行機構的輸出位移與輸入氣壓信號成比例關系。當信號壓力（通常為0.02～0.1MPa）通入薄膜氣室時，在薄膜上產生一個推力，使閥桿移動并壓縮彈簧，直至彈簧的反作用力與推力相平衡，推桿穩定在一個新的位置。信號壓力越大，閥桿的位移量也越大。閥桿的位移即為執行機構的直線輸出位移，也稱行程。行程規格有10mm、16mm、25mm、40mm、60mm、100mm等。

2、控制機構

控制機構即控制閥，實際上是一個局部阻力可以改變的節流元件。通過閥桿上部與執行機構相連，下部與閥芯相連。由于閥芯在閥體內移動，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，被控介質的流量也就相應地改變，從而達到控制工藝參數的目的。

1）直通單座控制閥

這種閥的閥體內只有一個閥芯與閥座，如下圖所示。其特點是結構簡單、泄漏量小，易于保證關閉，甚至切斷。但是在壓差大的時候，流體對閥芯上下作用的推力不平衡，這種不平衡力會影響閥芯的移動。因此這種閥一般應用在小口徑、低壓差的場合。

2）直通雙座控制閥

閥體內有兩個閥芯和閥座，如下圖示。這是常用的一種類型。由于流體流過的時候，作用在上、下兩個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，上下兩個閥芯閥座不易保證同時密閉，因此泄漏量較大。

根據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。當閥體直立，閥桿下移時，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的情況。如果將閥芯倒裝，則當閥桿下移時，閥芯與閥座間流通面積增大，稱為反作用式。

3）角形控制閥

角形閥的兩個接管呈直角形，一般為底進側出，如下圖所示。這種閥的流路簡單、阻力較小，適用于現場管道要求直角連接，介質為高黏度、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

三通閥共有三個出入口與工藝管道連接。其流通方式有合流（兩種介質混合成一路）型和分流（一種介質分成兩路）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，組成同樣的系統時，可省掉一個二通閥和一個三通接管。

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。隔膜閥結構簡單、流阻小、流通能力比同口徑的其他種類的閥要大。由于介質用隔膜與外界隔離，故無填料，介質也不會泄漏。這種閥耐腐蝕性強，適用于強酸、強堿、強腐蝕性介質的控制，也能用于高黏度及懸浮顆粒狀介質的控制。

選用隔膜閥時，應注意執行機構須有足夠的推力。一般隔膜閥直徑大于Dg100mm時，均采用活塞式執行機構。由于受襯里材料性質的限制，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。蝶閥具有結構簡單、重量輕、價格便宜、流阻極小的優點，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的控制。

7）球閥

球閥的閥芯與閥體都呈球形體，轉動閥芯使之與閥體處于不同的相對位置時，就具有不同的流通面積，以達到流量控制的目的，

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形球閥的節流元件是帶圓孔的球形體，轉動球體可起控制和切斷的作用，常用于雙位式控制。V形球閥的節流元件是V形缺口球形體，轉動球心使V形缺口起節流和剪切的作用，適用于高黏度和污穢介質的控制。

8）凸輪撓曲閥

又名偏心旋轉閥。它的閥芯呈扇形球面狀，與撓曲臂及軸套一起鑄成，固定在轉動軸上，如下圖。凸輪撓曲閥的撓曲臂在壓力作用下能產生撓曲變形，使閥芯球面與閥座密封圈緊密接觸，密封性好。同時，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。籠式閥內有一個圓柱形套筒（籠子）。套筒壁上有一個或幾個不同形狀的孔（窗口），利用套筒導向，閥芯在套筒內上下移動，由于這種移動改變了籠子的節流孔面積，就形成了各種特性并實現流量控制。籠式閥的可調比大、振動小、不平衡力小、結構簡單、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，閥內部件所受的汽蝕小、噪聲小，是一種性能優良的閥，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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