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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:398
氣動執行器執行機構控制機構(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“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?;\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?;\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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