閥門氣動執(zhí)行機構(gòu)的原理及應(yīng)用（參考學(xué)習(xí)資料）

閥門氣動執(zhí)行機構(gòu)的原理及應(yīng)用（參考學(xué)習(xí)資料）

二期中工藝系統(tǒng)中采用了大董的氣動執(zhí)行機構(gòu)閥門，借去蘇閥學(xué)習(xí)的機會向?qū)＜覀冋埥塘艘恍╆P(guān)

于閥門氣動操作機構(gòu)的知識，在此簡單介紹一下。

氣動執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)

氣動執(zhí)行機構(gòu)主要分成兩大類：薄膜式與活塞式。

薄膜式與活塞式執(zhí)行機構(gòu)均可分成有彈爰和無彈黃的兩種。有彈簧的執(zhí)行結(jié)構(gòu)較之無彈爰的執(zhí)行

機構(gòu)輸出推力小，價格低。而活塞式較之薄膜式輸出力大，但價格較高。當(dāng)前國產(chǎn)的乞動執(zhí)行機構(gòu)有氣動薄膜式（有彈簧）、氣動活塞式（無彈簧）及氣動長行程活塞式。

1.氣動萍膜式（有彈簧）執(zhí)行機構(gòu)

氣動薄膜式（有彈爰）執(zhí)行機構(gòu)分為正作用和反作用兩種。當(dāng)氣動執(zhí)行器的輸入信號壓力（來自

調(diào)節(jié)器或閥門定位器）增大時，推桿向下動作的叫正作用執(zhí)行機構(gòu)，如圖1所示，我國的型號為ZMA型；反之叫反作用執(zhí)行機構(gòu)，如圖2所示，我國型號為ZMB型。

這兩種類型結(jié)構(gòu)基本相同，均由上膜蓋、波紋膜片、下膜蓋、推桿、支架、壓縮彈簧、彈簧座、調(diào)節(jié)件、標(biāo)尺等組成。正作用機構(gòu)的信號壓力時通過輸入波紋膜片上方的萍膜氣室。而反作用機構(gòu)則通

過波紋膜片下方的萍膜氣室，由于輸出推桿也從下方引出，因此還多了一個裝有“0”型密封環(huán)5及填塊

6。兩者之間通過更換個別零件，便能相互改裝。

氣動薄膜（有彈爰）執(zhí)行機構(gòu)的輸出信號是直線位移，輸出特性是比例式，即輸出位移與輸入信

號成比例關(guān)系。動作原理如下：信號壓力，通常為0.2-1.Obar或0.4-2bar,通入薄膜氣室時，在薄膜上產(chǎn)生一個推力，使推桿部件移動。與此同時，彈爰被壓縮，直到彈簧的反作用力與信號壓力在薄膜上產(chǎn)

生的力平衡。信號壓力越大，在薄膜上產(chǎn)生的推力也越大，則與之平衡的彈簧反力也越大，于是彈簧壓縮量也越大即推桿的位移量越大，它與輸入薄膜氣室信號壓力成比例。推桿的位移，即為氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)的直線輸入位移，其輸出位移的范圍為執(zhí)行機構(gòu)的行程。

氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)主要零件結(jié)構(gòu)及作用如下：

膜蓋：由灰鐵鑄成（有些小執(zhí)行機構(gòu)也有用壓制玻璃管代替），與波紋膜片構(gòu)成薄膜氣室。薄膜

氣室的容積大小決定執(zhí)行機構(gòu)的滯后程度，因此薄膜造型淺些可以減少薄膜氣室的容積，加快推桿

位移的反應(yīng)速度。

波紋膜片：采用具有較好的耐油及耐高低溫性能的丁睛橡膠中間夾以棉綸的支絲織物制成。具有

效面積規(guī)格計有200.280、400、630.1000、1600cm2等。波紋膜片有效面積的大小決定執(zhí)行機構(gòu)輸出推力的大小。在使用各■種規(guī)格的波紋膜片實際有效面積是隨著位移而變化的，且在相同的位

移下，有效面積越小，其相對變化越大。如200cm2有效面積變化為9.5%,其余波紋膜片的有效面積變化均不超過6%。

壓縮彈簧：由65Mn（或60Si2Mn）彈簧鋼繞制，并經(jīng)過熱處理。

支架：由灰鐵鑄成（或玻璃鋼）。支架正面有兩個螺栓孔，用來安裝氣動閥門定位器。反面有四個螺栓孔，用來安裝操作手輪。

調(diào)節(jié)件：用以調(diào)整壓縮彈爰的預(yù)緊量。

標(biāo)尺：指示執(zhí)行機構(gòu)推桿的位移，即反映了調(diào)節(jié)機構(gòu)的開度。氣動薄膜（有彈簧）執(zhí)行機構(gòu)的行程規(guī)格有10、16.25、40.60、1OOmm等。

圖1正作用式氣動薄膜（有彈爰）執(zhí)行機構(gòu)示意圖

1一上膜蓋2—波紋膜片3-下膜蓋4-推桿5-支架6—壓縮彈簧7一彈簧座

8—調(diào)節(jié)件9-連接閥桿螺母10一行程標(biāo)尺11一襯套12—信號壓力入口

圖2反作用式氣動薄膜（有彈簧）執(zhí)行機構(gòu)示意圖

1-上膜蓋2—波紋膜片3—下膜蓋4一密封膜片5—密封環(huán)6—填塊

7-信號壓力入口8一推桿9一壓縮彈爰10—支座11-彈爰座12—襯套

13一調(diào)節(jié)件14-行程標(biāo)尺15一連接閥桿螺母

氣動活塞式（無彈簧）執(zhí)行機構(gòu)

氣動薄膜（有彈爰）執(zhí)行機構(gòu)由于受信號壓力（也稱操作壓力）和機構(gòu)上的限制，輸出推力較小，故不能用于高靜壓、商壓差及其他需要輸出推力較大的工藝系統(tǒng)中。此時需要采用氣動活塞式（無彈爰）操作機構(gòu)。

氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)不僅氣缸允許操作壓力較大，可達(dá)5bar,且沒有彈爰抵消推力，因此具有很大的輸出推力，它是自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中應(yīng)用較多的強力氣動執(zhí)行機構(gòu)?；钊茥U直接輸出直線位移，它的結(jié)構(gòu)和原理圖如圖3所示。

它的基本部分為乞缸，氣缸內(nèi)活塞隨氣缸兩側(cè)壓差而移動，兩側(cè)可以輸入一個變動信號和一個固定信號，或都輸入變動信號。它的輸出特性有比例式及兩位式兩種，兩位

式是根據(jù)輸入執(zhí)行機構(gòu)汾塞兩側(cè)的信號壓力（操作壓力）的大小，活塞從高壓側(cè)推向低壓側(cè)，使推桿由一個極端位置移至另一個極端位置。比例式（調(diào)節(jié)式）是在兩位式的基礎(chǔ)上加裝定位器后，使推桿的輸出位移與信號壓力成比例。

圖3氣動汾塞式（無彈簧）執(zhí)行機構(gòu)比例動作原理圖

1-波紋管組件2一杠桿3、7—功率放大器4-上噴嘴5一擋板6-下噴嘴

8-調(diào)零彈簧9一推桿10—活塞11-氣缸12-反饋彈簧13—定位器

圖3中所示為帶定位器的活寒式執(zhí)行機構(gòu)。正作用口寸，信號壓力Pc通入定位器波紋管1內(nèi),

經(jīng)波紋管1的傳遞，產(chǎn)生信號壓力轉(zhuǎn)矩Mi推動杠桿繞支點O逆時針偏轉(zhuǎn)，擋板5靠近上噴嘴4,離開下噴嘴6,放大器3的輸出增加而放大器7的輸出減小，故P1增大，P2減小，使作用在活塞10上下兩個面上的合力向下，推動活窸向下移動。與此同時，與活塞連接的反饋彈爰12在活塞的帶動下被拉伸，產(chǎn)生彈性反饋力矩M2,使杠桿順時針偏轉(zhuǎn)。當(dāng)作用在杠桿2上的兩個力矩平衡時，活塞就停止移動，穩(wěn)定在一個新的平衡位置上。活塞的位移同信號

大小成比例。

反作用時，只要把波紋管紐件的位置換到杠杠上方就行了。

帶有手輪機構(gòu)的氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)，當(dāng)氣源發(fā)生故障或控制系統(tǒng)及執(zhí)行機構(gòu)本身發(fā)生故障的時候，可以轉(zhuǎn)動手輪直接帶動調(diào)節(jié)機構(gòu)動作，進(jìn)行手動操作，避免工藝生產(chǎn)的停車等事故的發(fā)生。氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)（無彈簧）的行程一般為25~1OOmmo

圖4中是2TEPO02DZ捕助蒸汽進(jìn)汽氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥2TEP364VV,結(jié)構(gòu)與圖

2相比加裝了氣動定位器以起到調(diào)節(jié)作用

進(jìn)氣口

閥位反饋桿

氣動定位器

圖42TEP0O2DZ輔助蒸汽進(jìn)汽氣動薄膜式調(diào)節(jié)閥2TEP364VV

氣動長行程執(zhí)行機構(gòu)

氣動長行程執(zhí)行機構(gòu)結(jié)構(gòu)原理基本與氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)相同，它的主要特點是行程長.輸出力矩

較大。輸出轉(zhuǎn)角位移為90°直線位移40?200mm,適用于需要大轉(zhuǎn)矩的蝶閥風(fēng)門等場合。

二.二期中的氣動截斷閥

對管道內(nèi)介質(zhì)是截斷作用的閥門稱為截斷閥，包括截止閥、閘閥、隔膜閥、蝶閥、球閥等。

.直線式氣動凸區(qū)動機構(gòu)

閥桿（推桿）直線上下移動的稱直線氣動驅(qū)動機構(gòu)。二期很多截斷閥采用直線式氣動驅(qū)動機構(gòu)，

較多的是氣動裁止閥。氣動截止閥可以是薄膜式也可以采用活塞式。

圖5薄膜式氣動截止閥氣動頭示意圖

卜操作手輪2一蝸桿3-蝸輪4一蝸輪位置指示5一焊接耐磨塊6-軸承

7-推桿帶動機構(gòu)8-波紋膜片9-推桿10—閥桿連接螺母11一進(jìn)氣口

12-壓縮彈簧13一彈簧座14一套簡15-推桿行程16-蝸輪行程

圖5為氣開型薄膜式截止閥氣動頭，推桿9、推桿帶動機構(gòu)7、焊接耐磨塊5、彈爰座13和波紋膜片8是連成一個整體的；推桿通過連接螺母10與閥桿連接。有關(guān)信號或者故障失氣時，波紋膜片8下部失去壓力，壓縮彈簧壓住彈簧座13,使其帶動推桿向下移動，推桿帶動機構(gòu)7移動到推桿行程15的最下面使閥門關(guān)閉，此時推桿帶動機構(gòu)上的焊接耐磨塊5與軸承6的上軸承有一小間隙（圖示狀態(tài)）。當(dāng)有開信號時，信號壓力從進(jìn)氣口11進(jìn)入，波紋膜片下部受力帶動推桿向上移動，閥門開啟推桿帶動

機構(gòu)"7移動到推桿行程15的靈上面，此時推桿帶動機構(gòu)與軸承6的下軸承有一小間隙。氣動截止閥在氣動情況下只有兩個狀態(tài)：全開或全關(guān)。推桿行程15（即氣動機構(gòu)行程或閥桿行程）根據(jù)閥門及具體

情況而定，一般為25?100mmo.10

蝸輪3與蝸桿2通過它們接觸面的齒輪傳動，蝸輪上裝有兩個軸承6（上、下軸承），通過操作手

輪2可以帶動蝸桿，蝸桿通過軸承帶動推桿帶動機構(gòu)7,實現(xiàn)閥門的手動抹作。

圖5示狀態(tài)為閥門關(guān)閉狀態(tài)，注意此時蝸輪位置指示4與套簡14是平齊的。當(dāng)閥門故障失氣在

彈簧力作用下關(guān)閉時，如果想手動開閥，通過逆時針操作手輪1使蝸桿帶動蝸輪向上移動（注意：手輪

和蝸桿是不會上下移動的），蝸輪上的上軸承頂住推桿帶動機構(gòu)7（蝸輪與推桿帶動機構(gòu)間的耐磨填塊

5是防止軸承與推桿帶動機構(gòu)的直接轉(zhuǎn)動摩擦，填塊受到上軸

承的壓力，轉(zhuǎn)動摩擦很?。?，帶動推桿帶動機構(gòu)向上克服彈簧阻力移動使閥門開啟，蝸輪行程16與推

桿行程15是一致的，當(dāng)手輪無法搖動時閥門全開，此時蝸輪位置指示4大部分露出套簡。若閥門因進(jìn)

氣電磁閥故障而導(dǎo)致閥門進(jìn)氣開啟，此時可以通過關(guān)閉手動供氣閥后放掉波統(tǒng)膜片下部的壓空壓力使閥門在彈簧力作用下關(guān)閉，當(dāng)因為彈簧的彈力不夠（應(yīng)該更換彈簧）閥門無法關(guān)嚴(yán)導(dǎo)致內(nèi)漏時，可以通過

順時針操作手輪使蝸輪向下移動，蝸輪軸承的下軸承頂住推桿帶動機構(gòu)向下移動，使閥門關(guān)嚴(yán)，此時蝸

輪位置指示4縮進(jìn)套簡里面。當(dāng)蝸輪位置指示4與套筒平齊時，蝸輪軸承不會阻礙推桿及推桿帶動機構(gòu)在氣動情況下全開和彈黃力作用下全關(guān)的動作，此時習(xí)慣稱這個氣動裁止閥在中性點位置。在中性點位置時，手輪左右都很松。手輪通過蝸桿與蝸輪傳動.傳動比可以設(shè)置的比較大，所以有口寸候手輪搖很多圈以后蝸

輪才動很小的行程。當(dāng)中性點位置被破壞時，導(dǎo)致閥門無法動作到位或根本無法動作.這點

在運行中應(yīng)當(dāng)注意！圖61TEP001CS設(shè)冷水氣動截止閥1TEP211VN

圖6中的1TEP211VN是氣開型薄膜式截止閥，與圖5中所述原理一樣。圖5中蝸輪位置指示是有小部分需出套簡的，這樣有可能因為蝸輪上軸承頂住推桿帶動機構(gòu)而使閥門在彈爰力作用下關(guān)口寸關(guān)

不到位。只有在蝸輪位置與套簡平齊時，蝸輪的軸承是不會阻礙推桿帶動機構(gòu)及推桿的上下運動，也就

是在中性點位置，此時手輪左右搖動都是很松的。在中性點位置時，可以順時針轉(zhuǎn)動手輪閉鎖手柄卡住

手輪，防止誤動手輪位置導(dǎo)致氣動裁止閥中性點位置被破壞。手輪閉鎖手柄卡住手輪后可以上鎖或者上鉛封。

二期采用的氣動裁止閥有其他很多種類，如圖7中REN的取樣氣動截止閥

圖7REN取樣截止閥

圖7中的REN取樣裁止閥也是氣開型薄膜式截止閥，手輪桿上帶有軸承或壓塊來帶動推桿帶動機構(gòu)上下移動，沒有蝸輪蝸桿傳動。它的中性點的確定是在閥門失氣關(guān)閉的情況下將操作手輪逆時針往開方向搖到手輪較緊后往關(guān)方向回廣2圈左右，此時手輪左右都比較松，是中性點位置。REN系統(tǒng)中的氣動截止閥基本是乞開型薄膜式，它的手輪閉鎖手柄也可以上鎖和鉛封。

對介質(zhì)起截斷作用的除了氣動截止閥還有氣動閘閥、氣動隔膜閥等。如圖8、圖9所

氣動頭部分

圖8仃EP001DZ輔助蒸汽進(jìn)氣氣動閘閥1TEP363VV

圖8中是氣開型氣動閘閥。圖示是全關(guān)狀態(tài)，手輪逆時針搖到頭，手輪桿與推桿脫開，全部縮進(jìn)手輪桿套簡內(nèi)，此時是該閥的中性點位置。該閥氣動打開時，推桿往上移動，推桿的銷孔與手輪桿銷孔對

齊，如果此時將插銷插入是推桿與手輪桿連接就可以手輪帶動推桿手動操作。插銷插上或插銷脫開但是

手輪桿不是全回縮在手輪桿套筒內(nèi)時，該氣動閥將無法動作或動作不到位，中性點被破壞。

圖9氣動隔膜閥1RPE375Vp

圖9中的1RPE375VP是氣開型薄膜式隔膜閥.中性點確定是在該閥失氣全關(guān)情況下將手輪逆時針

開方向搖至位置指小桿全部露出后往關(guān)方向回0?5~1?5圈。

一般來說，如果是氣開型乞動截斷閥，它中性點應(yīng)該在閥門失氣關(guān)閉的情況下符手輪往逆時針開方

向搖到手輪較緊后往順時針關(guān)方向回0.5?1.5?左右。如果是氣關(guān)型氣動截斷閥，它中性點應(yīng)該在閥門失氣開啟的情況下將手輪往順時針關(guān)方向搖到手輪較緊后往逆時針開方向回0.5?1.5圈。有的氣動閥

手輪在每個位置都很緊，將手輪搖到閥門的閥桿剛開始向上開的方向或剛向下關(guān)的方向動（分別對應(yīng)氣

開型和氣關(guān)型）的時候停止，然后往回?fù)u0.5~1.5圈。氣動截斷閥在中性點時手輪一般都很松，但并不

是所有的氣動截止閥在中性點位置口寸手輪都很松。其他還有很多不同類型氣動頭的氣動截斷閥，中性點不盡相同，具體情況要參考閥體上的圖示.觀察分析或試驗才能確定。

.轉(zhuǎn)角式氣動驅(qū)動機構(gòu)

祈面介紹的幾種都是閥桿（推桿）上下直線運動的氣動裁斷閥。像氣動球閥和蝶閥這種要求轉(zhuǎn)角

是90。而起到關(guān)閉、開啟作用的二期也有采用。

球閥、蝶閥的氣動機構(gòu)有單作用（有彈簧）和雙作用（無彈簧）兩種。單作用（有彈簧）

結(jié)構(gòu)示意圖如圖10

圖10單作用（有彈簧）轉(zhuǎn)角氣動執(zhí)行機構(gòu)

排氣口2—活塞3-彈簧4-彈黃座5-調(diào)節(jié)螺母6一活塞齒輪桿7-閥桿連接件

8-進(jìn)氣口9-傳動齒輪

圖10是氣開型的單作用（有彈簧）轉(zhuǎn)角氣動機構(gòu)，圖示為閥門關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)壓縮空氣從進(jìn)氣口8

進(jìn)入中間氣缸時，左右活塞分別向兩端移動，兩端的空氣從排氣口1排出。兩個活寒齒輪桿6使傳動齒

輪9逆時針旋轉(zhuǎn)90。閥門開啟彈爰被壓縮。當(dāng)進(jìn)氣管線上的三通閥將氣排掉時，活塞在彈簧力作用下向中間移動，齒輪桿帶動齒輪順時針旋轉(zhuǎn)90。閥門關(guān)閉。調(diào)節(jié)螺母5可以用來調(diào)節(jié)傳動齒輪的旋轉(zhuǎn)角度，一般在正負(fù)5。。閥桿連接件7舟氣動機構(gòu)與閥桿相連帶動閥瓣旋轉(zhuǎn)使閥門啟閉。若要設(shè)置成氣關(guān)型的，舟上下活塞齒輪桿交換位置就能實現(xiàn)進(jìn)氣時傳動齒輪順時針旋轉(zhuǎn)，帶動閥門關(guān)閉。也可以通過安裝時將閥瓣旋轉(zhuǎn)90。設(shè)置成傳動齒輪逆口寸針旋轉(zhuǎn)口寸關(guān)閥，順時針旋轉(zhuǎn)開閥。

雙作用的轉(zhuǎn)角驅(qū)動機構(gòu)與圖10相比取消了兩端彈簧，采用活塞兩端都進(jìn)氣，利用進(jìn)、排氣電磁閥

來控制活塞兩端進(jìn)氣使其左右移動，達(dá)到啟閉閥門的作用。具體不再贅述。

圖11

2EAS125VR是氣關(guān)型球閥,

驅(qū)動原理與上述相同