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技術(shù)文章

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

閱讀:833          發(fā)布時(shí)間:2024-1-16
氣動(dòng)執(zhí)行器執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(guò)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(mén)定位器手輪機(jī)構(gòu)。閥門(mén)定位器的作用是利用反饋原理來(lái)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(wú)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)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(jiǎn)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(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它的行程長(zhǎng)、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(mén)的推動(dòng)裝置。氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正作用反作用兩種形式。當(dāng)來(lái)自控制器或閥門(mén)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(guò)更換個(gè)別零件,兩者便能互相改裝。
根據(jù)有無(wú)彈簧執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為有彈簧的及無(wú)彈簧的,有彈簧的薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)最為常用,無(wú)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(guò)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(jiǎn)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(duì)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(chǎng)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(guò)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(duì)位置,這種閥可分為正作用式反作用式(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(jiǎn)單、阻力較小,適用于現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(lái)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(jiǎn)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(wú)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(jiǎn)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(chǎng)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(duì)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“O"形兩種開(kāi)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?;\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?;\式閥的可調(diào)比大、振動(dòng)小、不平衡力小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chǎng)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(chǎng)合。

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