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1、三、调节阀的原理和选型一、 气动调节阀的用途与构成1.气动调节阀的用途执行器按其能源形式可分为气动执行器、电动执行器和液动执行器三大类。而气动执行器又可分为气动调节阀、气动马达、气动机器人等，其中气动调节阀应用极为广泛，因为它具有结构简单、价格低廉、输出平稳、维修方便、本安防爆等特点。气动调节阀在自动控制系统中的用途是接收调节器的输出信号，改变被调介质的流量，使被调参数维持在所要求的范围内，从而达到生产过程的自动化的目的。如果正确的选择气动调节阀的流量特性，还可以对自动控制系统的动态特性进行补偿。因此，气动调节阀被广泛应用在石油、化工、冶金、电力等工业部门。2.气动调节阀的构成气动调节阀由气动
2、执行机构和阀体部件两大部分组成，其外形如图1-74所示。气动执行机构将气压信号（0.21.0102kPa）转换为位移（或转角），阀体部件将位移（或转角）转换为介质流量的变化。图1-74 气动调节阀构成 图1-75 带有手轮和阀门定位器气动调节阀有时还必须配备一定的辅助装置，常用的有阀门定位器和手轮机构，如图1-75所示。阀门定位器利用反馈原理来改善气动调节阀的性能，使它能按调节器的输出信号实现准确的定位。 手轮机构可以直接操纵阀体部件，当控制系统因停电、停气、调节器无输出或气动执行机构损坏而失灵时，利用它可以保证生产正常进行。（1）气动执行机构气动执行机构的分类如图1-76所示。气动执行机构反
3、作用正、反作用气动活塞式执行机构正作用有弹簧无弹簧气动薄膜式执行机构无弹簧有弹簧正、反作用反作用正作用图1-76 气动执行机构的分类 气动薄膜式执行机构气动薄膜（有弹簧）执行机构的结构如图1-77所示。它结构简单，动作可靠，维修方便，价格低廉，最为常用。图1-77 气动薄膜执行机构气动薄膜式执行机构分正作用和反作用两种形式，国产型号为ZMA型（正作用）和ZMB型（反作用）。气压信号增加时推杆向下移动的叫正作用执行机构，气压信号增加时推杆向上移动的叫反作用执行机构。正、反作用执行机构基本相同，均由上膜盖、下膜盖、波纹薄膜、支架、压缩弹簧、弹簧座、调节件、标尺等组成。在正作用执行机构上加一个装“O
4、”形密封圈的垫块，再更换个别零件，就变成反作用执行机构了。这种执行机构的输出位移和输入的气压信号成比例关系。输入的气压信号进入薄膜气室后，在薄膜上产生一个推力 ，使推杆移动并压缩弹簧，当弹簧的反作用力和输入的气压信号在薄膜上产生的推力相等时，推杆稳定在一个新的位置上。输入的气压信号越大，在薄膜上产生的推力就越大，与其平衡的弹簧反作用力也就越大，推杆的位移量也就越大。推杆的位移就是执行机构的直线输出位移，也称行程。气动薄膜（有弹簧）执行机构的行程有多种尺寸，薄膜的有效面积有不同的规格。有效面积越大，执行机构的位移和推力也就越大。 气动活塞式执行机构气动活塞式（无弹簧）执行机构的机构如图1-78所
5、示。它结构简单，动作可靠，是一种较为常用的气动执行机构。图1-78气动活塞式执行机构气动活塞式执行机构是由活塞、气缸、标尺等组成。其活塞随着气缸两侧输入的气压信号之差而移动。气缸两侧输入的气压信号或者都是变化量，或者一个是变化一个是常量。由于气缸允许输入的气压信号可达5.0102kPa，又没有弹簧抵消推力，因此产生的推力很大，特别适合高静压、高压差的工艺场合。这种执行机构的输出特性有两种。一种是比例式的，其推杆的位移和输入的气压信号成比例关系，但这时它必须带有阀门定位器。另一种是双位式的，活塞两侧输入的气压信号之差，把活塞从高压侧推向低压侧，使推杆由一个极端推向另一个极端。气动活塞式执行机构的
6、行程一般为25100mm。（2） 阀体部件阀体部件是一个局部阻力可以改变的截流元件，由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯和阀座之间的流通面积，也就是改变了阀体部件的阻力系数，所以被调介质的流量也就相应的发生变化。下面介绍经常使用的几种阀体部件。 直通单座阀 直通单座阀的结构如图# 所示，由图可见阀体内只有一个阀芯和一个阀座。这种阀的优点是可调范围大，泄漏量小，易于严密关闭，甚至完全切断，因此结构上可分为调节型和切断型两种，其区别是阀芯的形状不同，前者为柱塞型，后者为平板型。阀有正装和反装两种形式。当阀芯向下移动时，阀芯与阀座之间的流通面积减小，称为正装；反之，称为反装。图1-79所示的结构是双向正
7、装调节阀，若把阀杆与阀芯的下端连接，则正装改成了反装。公称直径小于25mm 的阀芯为单导向，只能正装，不能反装。这种阀的缺点是介质对阀芯推力大，即不平衡力大，特别是在高压差、大口径时更为严重，因此只适合于低压差场合，否则应选用推力大的执行机构或配以阀门定位器。 直通双座阀直通双座阀的结构如图1-80所示，由图可见阀体内有两个阀芯、阀座。这种阀的优点是可调范围大。流体从左侧进入，通过阀芯和阀座，从右侧流出。它比同口径的直通单座阀能流过更多的介质，流通能力约大20%50% 。流体作用在上、下阀芯的不平衡力可以相互抵消，所以不平衡力小。将直通双座阀由正装改成反装极其方便，只要把阀芯倒装，阀杆与阀芯的
8、下端连接，上、下阀座互换位置并反装之后即可。这种阀的缺点是泄漏流量大，因为上、下阀芯不能保证同时关闭。特别是阀体流路较复杂，在高压差流体中使用时，对阀体的冲刷和气蚀比较严重，也不适合在高粘度介质和含有纤维介质的场合中使用。图1-79直通单座阀 图1-80直通双座阀 角形阀角形阀的结构如图1-81所示，由图可见阀体为直角形。它流路简单阻力小，适合高差压、高粘度、含有悬浮物和颗粒状介质的调节，可以避免结焦，堵塞，也便于自洁和清洗。角形阀一般用于底层侧出，因为稳定性好。在高压差场合，为了延长阀芯的使用寿命，也可采用侧进底出，但侧进底出在小开度时容易发生振荡。 蝶阀蝶阀的结构如图1-82所示，由图可见
9、蝶阀是由阀体、挡板、挡板轴、密封等组成的。蝶阀的优点是流通能力大，压力恢复系数高，价格便宜，特别适合低差压、大口径、大流量、带有悬浮物的流体调节。一般泄漏量较大，但也有泄漏量极小、性能极好的蝶形阀结构。某些蝶阀转动角度限制在60以内，60以后转矩大，工作不稳定，特性也不好。 套筒阀 套筒阀的结构如图1-83所示。由图可见它的阀体和直通单座阀相似，套筒内有一个圆柱形套筒。根据流通能力的大小，套筒的窗口可分为一个、二个或四个。利用套筒的导向，阀芯可在套筒中上下移动。由于这种移动改变了套筒的节流孔面积，就形成了各种特性，实现流量调节。由于套筒采用平衡型的阀芯结构，阀芯和套筒侧面导向，因此不平衡力小，
10、稳定性好，不易振荡，从而改善了原有阀芯易于损坏的状况。这种阀允许差压大，噪声小。当改变套筒节流形状时，就可得到所需的流量特性，如图# 所示。这种阀的阀座不用螺纹连接，加工容易，维修方便。图1-81角形阀图 1-82堞阀图 1-83 套筒阀 偏心旋转阀偏心旋转阀的结构如图1-84所示。球面阀芯连在柔臂上与轮壳相接，轮壳与转轴用键滑配，球面阀芯的中心线与转轴中心偏离，转轴带动阀芯偏心旋转，由于这种偏心旋转，使阀芯向前下方进入阀座。工作时，转轴的运动是由气动机构来驱动的，推杆的运动通过曲柄传给转轴。偏心旋转阀的特点是：阀芯和阀座闭合时依靠柔臂的弹性形变，自动对中，密封性好，泄露量小，流路简单，流阻小
11、，比同样口径的其他阀流通能力大；流体不平衡力小，允许压差大；可耐较高温度。此外它结构简单，体积小，重量轻，价格低。 隔膜阀 隔膜阀的结构如图1-85所示。隔膜阀的阀体采用铸铁或不锈钢，并衬以各种耐腐蚀或耐磨材料。隔膜的材料有橡胶和聚四氟乙烯。隔膜阀耐腐蚀性能强，适用于强酸、强碱等腐蚀性介质。它结构简单，流阻小，流通能力较同口径的其他阀大。无泄漏量，能用于高粘度及有悬浮物的流体调节。隔膜把流体和外界隔离，不需填料流体也不会外漏。但是由于隔膜和衬里的限制，耐压性、耐温性较差，一般只用于压力1MPa、温度150以下的场合。 高压阀高压阀的结构如图1-86所示，由图可见高压阀为角形结构。上、下阀体为锻造结构，填料箱与阀体做成整体，阀座与下阀体分开。这种结构加工简单，阀座易于配换。阀芯为单导向结构只有正装。因为不平衡力大，一般要配阀门定位器。在高压差情况下，流体对材料的冲刷和气蚀严重，为提高阀的使用寿命，可从材料和结构两个方面考虑，阀芯头部可采用硬质合金钢或渗铬，整个阀芯用整体钨铬钴合金或采用表面堆焊或喷焊等方法。阀座可渗铬，亦可用特殊合金。由于单级阀芯的高压阀寿命短，根据流体多级降压的原理，已采用多级阀芯的高压阀。 图1-84偏心旋转阀 图1-85隔膜阀 图1-86高压阀
