氣動閥門解析和工藝流程

氣動閥門就是借助壓縮空氣驅動的閥門。 氣動閥采購時只明確規(guī)格、類別、工壓就滿足采購要求的作法，在當前市場經濟環(huán)境里是不完善的。因為氣動閥制造廠家為了產品的競爭，各自均在氣動閥統(tǒng)一設計的構思下，進行不同的創(chuàng)新，形成了各自的企業(yè)標準及產品個性。因此在氣動閥采購時較詳盡的提出技術要求，與廠家協(xié)調取得共識，作為氣動閥采購合同的附件是十分必要的。本類閥門在管道中一般應當水平安裝。

通用要求

1、生產的氣動閥規(guī)格及類別，應符合管道設計文件的要求。

　　2、氣動閥的型號應注明依據(jù)的國標編號要求。若是企業(yè)標準，應注明型號的相關說明。

　　3、氣動閥工作壓力，要求≥管道的工作壓力，在不影響價格的前提下，閥門可承受的工壓應大于管道實際的工壓；氣動閥關閉狀況下的任何一側應能承受1.1倍閥門工壓值而不滲漏；閥門開啟狀況下，閥體應能承受二倍閥門工壓的要求。

　　4、氣動閥制造標準，應說明依據(jù)的國標編號，若是企業(yè)標準，采購合同上應附企業(yè)文件

氣動閥門材質

　　1、閥體材質，應以球墨鑄鐵為主，并注明牌號及鑄鐵實際的物理化學檢測數(shù)據(jù)。

　　2、閥桿材質，力求不銹鋼閥桿（2CR13），大口徑閥門也應是不銹鋼嵌包的閥桿。

　　3、螺母材質，采用鑄鋁黃銅或鑄鋁青銅，且硬度與強度均大于閥桿。

　　4、閥桿襯套材質，其硬度與強度均應不大于閥桿，且在水浸泡狀況下與閥桿、閥體不形成電化學腐蝕。

　　5、密封面的材質：

　?、贇鈩娱y門類別不一，密封方式及材質要求不一；

　　②普通楔式閘閥，銅環(huán)的材質、固定方式、研磨方式均應說明；

　?、圮浢芊忾l閥，閥板襯膠材料的物理化學及衛(wèi)生檢測數(shù)據(jù)；

　?、艿y應標明閥體上密封面材質及蝶板上密封面材質；它們的物理化學檢測數(shù)據(jù)，特別是橡膠的衛(wèi)生要求、抗老化性能、耐磨性能；通常采用丁橡膠及三元乙丙橡膠等，嚴禁摻用再生膠。

　　6、閥軸填料：

　?、儆捎诠芫W中的氣動閥，通常是啟閉不頻繁的，要求填料在數(shù)年內不活動，填料亦不老化，長期保持密封效果；

　?、陂y軸填料亦應在承受頻繁啟閉時，密封效果的良好性；

　?、坭b于上述要求，閥軸填料力求終身不換或十多年不更換；

　?、芴盍先粜韪鼡Q，氣動閥設計應考慮能有水壓的狀況下更換的措施。

變速傳動箱

　　1、箱體材質及內外防腐要求與閥體原則一致。

　　2、箱體應有密封措施，箱體組裝后能承受3米水柱狀況的浸泡。

　　3、箱體上的啟閉限位裝置，其調節(jié)螺帽應在箱體內或設在箱外，但需工具才可作業(yè)。

　　4、傳動結構設計合理，啟閉時只能帶動閥軸旋轉，不使其上下竄動，傳動部件咬合適度，不產生帶負荷啟閉時分離打滑。

　　5、變速傳動箱體與閥軸密封處不可連接成無泄漏的整體，否則應有可靠的防串漏措施。

　　6、箱體內無雜物，齒輪咬合部位應有潤滑脂保護。

氣動閥門的操作機構

　　1、氣動閥門操作時的啟閉方向，一律應順時針關閉。

　　2、由于管網中的氣動閥，經常是人工啟閉，啟閉轉數(shù)不宜過多，就是大口徑閥門亦應在200－600轉內。

　　3、為了便于一個人的啟閉操作，在管道工壓狀況下，zui大啟閉力矩宜為240N-m。

　　4、氣動閥門啟閉操作端應為方榫，且尺寸標準化，并面向地面，以便人們從地面上可直接操作。帶輪盤的閥門不適用于地下管網。

　　5、氣動閥門啟閉程度的顯示盤

　?、贇鈩娱y門啟閉程度的刻度線，應鑄造在變速箱蓋上或轉換方向后的顯示盤的外殼上，一律面向地面，刻度線刷上熒光粉，以示醒目；

　?、谥甘颈P針的材質在管理較好的情況下可用不銹鋼板，否則為刷漆的鋼板，切勿使用鋁皮制作；

　?、壑甘颈P針醒目，固定牢靠，一旦啟閉調節(jié)準確后，應以鉚釘鎖定。

　　4.6若氣動閥埋設較深，操作機構及顯示盤離地面距離≥1.5m時，應設有加長桿設施，且固定穩(wěn)牢，以便人們從地面上觀察及操作。也就是說，管網中的閥門啟閉操作，不宜下井作業(yè)。

氣動閥門的性能檢測

　　1、閥門某一規(guī)格批量制造時，應委托性機構進行以下性能的檢測：

　　①閥門在工壓狀況下的啟閉力矩；

　　②在工壓狀況下，能保證閥門關閉嚴密的連續(xù)啟閉次數(shù)；

　　③閥門在管道輸水狀況下的流阻系數(shù)的檢測。

　　2、閥門在出廠前應進行以下的檢測：

　　①閥門在開啟狀況下，閥體應承受閥門工壓值二倍的內壓檢測；

　　②閥門的關閉狀況下，兩側分別承受1.1倍閥門工壓值，無滲漏；但金屬密封的蝶閥，滲漏值亦不大于相關要求。

氣動閥門的內外防腐

　　1、閥體（包括變速傳動箱體）內外，首先應拋丸清砂除銹，力求靜電噴涂粉狀無毒環(huán)氧樹脂，厚度達0.3mm以上。特大型閥門靜電噴涂無毒環(huán)氧樹脂有困難時，亦應刷涂、噴涂相似的無毒環(huán)氧漆。

　　2、閥體內部以及閥板各個部位要求全面防腐，一方面浸泡在水中不會銹蝕，在兩種金屬之間不產生電化學腐蝕；二方面表面光滑使過水阻力減少。

　　3、閥體內防腐的環(huán)氧樹脂或油漆的衛(wèi)生要求，應有相應機關的檢測報告?；瘜W物理性能亦應符合相關要求。

氣動閥門包裝運輸

　　1、閥門兩側應設輕質堵板固封。

　　2、中、小口徑閥門應以草繩捆扎，并以集裝箱方式運輸為宜。

3、大口徑閥門亦有簡易木條框架固體包裝，以免運輸過程中碰損。

氣動閥門的說明書

　　氣動閥是設備，在出廠說明書中應標明以下相關數(shù)據(jù)：

　　閥門規(guī)格；型號；工作壓力；制造標準；閥體材質；閥桿材質；密封材質；閥軸填料材質；閥桿軸套材質；內外防腐材質；操作啟動方向；轉數(shù)；工壓狀況下啟閉力矩；制造廠廠名；出廠日期；出廠編號；重量；連接法蘭盤的孔徑、孔數(shù)、中心孔距；以圖示方式標明整體長、寬、高的控制尺寸；閥門流阻系數(shù)；有效啟閉次數(shù)；閥門出廠檢測的相關數(shù)據(jù)及安裝、維護的注意事項等。

氣動閥門按類型分類

　　一、氣動閥門主要種類：

　　1）氣動V型調節(jié)球閥

　　2）氣動O型切斷球閥

　　3）扭距式汽缸球閥

　　4）電磁隔膜閥

　　5）氣動直行程式隔膜閥

　　6）電動閥

　　二、氣動V型球閥

　　用途與特點

　　A、用途是一種直角回轉結構，它與閥門定位器配套使用，可實現(xiàn)比例調節(jié)；V型閥芯zui適用于各種調節(jié)場合，具有額定流量系數(shù)大，可調比大，密封效果好，調節(jié)性能零敏，體積小，可豎臥安裝。適用于控制氣體、蒸汽、液體等介質。

　　B、特點：是一種直角回轉結構，由V型閥體、氣動執(zhí)行機構、定位器及其他附件組成；有一個近似等百比的固有流量特性；采用雙軸承結構，啟動扭矩小，具有*的靈敏度和感應速度；*的剪切能力。

　　C、氣動活塞執(zhí)行機構采用壓縮空氣作動力源，通過活塞的運動帶動曲臂進行90度回轉，達到使閥門自動啟閉。它的組成部分為：調節(jié)螺栓、執(zhí)行機構箱體、曲臂、氣缸體、氣缸軸、活塞、連桿、萬向軸。

　　D、氣動調節(jié)閥的工作原理：氣動調節(jié)閥由執(zhí)行機構和調節(jié)機構組成。執(zhí)行機構是調節(jié)閥的推力部件，它按控制信號壓力的大小產生相應的推力，推動調節(jié)機構動作。閥體是氣動調節(jié)閥的調節(jié)部件，它直接與調節(jié)介質接觸，調節(jié)該流體的流量。

　　標準編號標準中文名稱氣動閥標準匯總標準英文名稱

　　ANSI/NFPA T 3.21.4 R2-2000 氣動閥.NFPA/T 2.6.1 R2-2000補充件:液動元件壓力額定值.檢驗疲勞和確定含金屬外殼的液動氣動閥的壓力的碎Pneumatic valve - Pressure rating supplement to NFPA/T2.6.1 R2-2000, Fluid power components - Method for verifying the fatigueestablishing the burst pressure ratings of the pressure containing envelope of a metal fluid power pneumatic valve

　　BS 4151-1967 輸入信號為3至151b/in壓力計的氣動閥定位器的評定方法Method of evaluating pneumatic valve positioners with input signal of 3 to 15 lbf/in

參數(shù)定義

　　1.公稱通徑：（nominal diameter），又稱平均外徑（mean outside diameter），表示符號DN，就是各種管子與管路附件的通用口徑。同一公稱直徑的管子與管路附件均能相互連接，具有互換性.它不是實際意義上的管道外徑或內徑，雖然其數(shù)值跟管道內徑較為接近或相等，為了使管子、管件連接尺寸統(tǒng)一，采用公稱直徑（也稱公稱口徑、公稱通徑）。例如焊接鋼管按厚度可分為薄壁鋼管、普通鋼管和加厚鋼管。其公稱直徑不是外徑，也不是內徑，而是近似普通鋼管內徑的一個名義尺寸。每一公稱直徑，對應一個外徑，其內徑數(shù)值隨厚度不同而不同。公稱直徑可用公制mm表示，也可用英制in表示。管路附件也用公稱直徑表示，意義同有縫管。

　　2.公稱壓力：（Nominal pressure），表示符號PN，在一定溫度下應用時允許的zui大工作壓力。對碳鋼閥體的控制閥，指200℃以下應用時允許的zui大工作壓力；對鑄鐵閥體，指120℃以下應用時允許的zui大工作壓力；對不銹鋼閥體的控制閥，指250℃以下應用時允許的zui大工作壓力。當工作溫度升高時，閥體的耐壓會降低。例如，公稱壓力為6.4MPa（PN64）的碳鋼控制閥，用于300℃時的耐壓為5.2MPa，用400℃時的耐壓為4.1MPa，用于450℃時的耐壓為2.9MPa。因此，控制閥公稱壓力的確定不僅要根據(jù)zui高工作壓力，還需根據(jù)zui高工作溫度和材質特性，而不僅僅只需滿足公稱壓力大于工作壓力。

　　閥門的選型資料：按介質通斷性質選用閥門閘閥

　　閘閥是作為截止介質使用，在全開時整個流通直通，此時介質運行的壓力損失zui小。閘閥通常適用于不需要經常啟閉，而且保持閘板全開或全閉的工況。不適用于作為調節(jié)或節(jié)流使用。對于高速流動的介質，閘板在局部開啟狀況下可以引起閘門的振動，而振動又可能損傷閘板和閥座的密封面，而節(jié)流會使閘板遭受介質的沖蝕。從結構形式上，主要的區(qū)別是所采用的密封元件的形式。根據(jù)密封元件的形式，常常把閘閥分成幾種不同的類型，如：楔式閘閥、平行式閘閥、平行雙閘板閘閥、楔式雙閘板閘等。zui常用的形式是楔式閘閥和平行式閘閥。

　　截止閥

　　截止閥的閥桿軸線與閥座密封面垂直。閥桿開啟或關閉行程相對較短，并具有非?？煽康那袛鄤幼?，使得這種閥門非常適合作為介質的切斷或調節(jié)及節(jié)流使用。

　　截止閥的閥瓣一旦處于開啟狀況，它的閥座和閥瓣密封面之間就不再的接觸，并具有非?？煽康那袛鄤幼?，合得這種閥門非常適合作為介質的切斷或調節(jié)及節(jié)流使用。

　　截止閥一旦處于開啟狀態(tài)，它的閥座和閥瓣密封面之間就不再有接觸，因而它的密封面機械磨損較小，由于大部分截止閥的閥座和閥瓣比較容易修理或更換密封元件時無需把整個閥門從管線上拆下來，這對于閥門和管線焊接成一體的場合是很適用的。介質通過此類閥門時的流動方向發(fā)生了變化，因此截止閥的流動阻力較高于其它閥門。

　　常用的截止閥有以下幾種：1）角式截止閥；在角式截止閥中，流體只需改變一次方向，以致于通過此閥門的壓力降比常規(guī)結構的截止閥小。2）直流式截止閥；在直流式或Y形截止閥中，閥體的流道與主流道成一斜線，這樣流動狀態(tài)的破壞程度比常規(guī)截止閥要小，因而通過閥門的壓力損失也相應的小了。3）柱塞式截止閥：這種形式的截止閥是常規(guī)截止閥的變型。在該閥門中，閥瓣和閥座通常是基于柱塞原理設計的。閥瓣磨光成柱塞與閥桿相連接，密封是由套在柱塞上的兩個彈性密封圈實現(xiàn)的。兩個彈性密封圈用一個套環(huán)隔開，并通過由閥蓋螺母施加在閥蓋上的載荷把柱塞周圍的密封圈壓牢。彈性密封圈能夠更換，可以采用各種各樣的材料制成，該閥門主要用于“開”或者“關”，但是備有特制形式的柱塞或特殊的套環(huán)，也可以用于調節(jié)流量。

　　蝶閥

　　蝶閥的蝶板安裝于管道的直徑方向。在蝶閥閥體圓柱形通道內，圓盤形蝶板繞著軸線旋轉，旋轉角度為0°~90°之間，旋轉到90°時，閥門則牌全開狀態(tài)。

　　蝶閥結構簡單、體積小、重量輕，只由少數(shù)幾個零件組成。而且只需旋轉90°即可快速啟閉，操作簡單，同時該閥門具有良好的流體控制特性。蝶閥處于*開啟位置時，蝶板厚度是介質流經閥體時*的阻力，因此通過該閥門所產生的壓力降很小，故具有較好的流量控制特性。蝶閥有彈密封和金屬的密封兩種密封型式。彈性密封閥門，密封圈可以鑲嵌在閥體上或附在蝶板周邊。

　　采用金屬密封的閥門一般比彈性密封的閥門壽命長，但很難做到*密封。金屬密封能適應較高的工作溫度，彈性密封則具有受溫度限制的缺陷。

　　如果要求蝶閥作為流量控制使用，主要的是正確選擇閥門的尺寸和類型。蝶閥的結構原理尤其適合制作大口徑閥門。蝶閥不僅在石油、煤氣、化工、水處理等一般工業(yè)上得到廣泛應用，而且還應用于熱電站的冷卻水系統(tǒng)。

　　常用的蝶閥有對夾式蝶閥和法蘭式蝶閥兩種。對夾式蝶閥是用雙頭螺栓將閥門連接在兩管道法蘭之間，法蘭式蝶閥是閥門上帶有法蘭，用螺栓將閥門上兩端法蘭連接在管道法蘭上。

　　球閥

　　球閥是由旋塞閥演變而來。它具有相同的旋轉90度提動作，不同的是旋塞體是球體，有圓形通孔或通道通過其軸線。球面和通道口的比例應該是這樣的，即當球旋轉90度時，在進、出口處應全部呈現(xiàn)球面，從而截斷流動。

　　球閥只需要用旋轉90度的操作和很小的轉動力矩就能關閉嚴密。*平等的閥體內腔為介質提供了阻力很小、直通的流道。通常認為球閥zui適宜直接做開閉使用，但近來的發(fā)展已將球閥設計成使它具有節(jié)流和控制流量之用。球閥的主要特點是本身結構緊湊，易于操作和維修，適用于水、溶劑、酸和天然氣等一般工作介質，而且還適用于工作條件惡劣的介質，如氧氣、過氧化氫、甲烷和乙烯等。球閥閥體可以是整體的，也可以是組合式的。

　　按防止介質倒流選用閥門

　　這種類型的閥門的作用是只允許介質向一個方向流動，而且阻止方向流動。通常這種閥門是自動工作的，在一個方向流動的流體壓力作用下，閥瓣打開；流體反方向流動時，由流體壓力和閥瓣的自重合閥瓣作用于閥座，從而切斷流動。其中止回閥就屬于這種類型的閥門，它包括旋啟式止回閥和升降式止回閥。旋啟式止回閥有一介鉸鏈機構，還有一個像門一樣的閥瓣自由地靠在傾斜的閥座表面上。為了確保閥瓣每次都能到達閥座面的合適位置，閥瓣設計在鉸鏈機構，以便閥瓣具有足夠有旋啟空間，并使閥瓣真正的、全面的與閥座接觸。閥瓣可以全部用金屬制成，也可以在金屬上鑲嵌皮革、橡膠、或者采用合成覆蓋面，這取決于使用性能的要求。旋啟式止回閥在*打開的狀況下，流體壓力幾乎不受阻礙，因此通過閥門的壓力降相對較小。升降式止回閥的閥瓣坐落位于閥體上閥座密封面上。此閥門除了閥瓣可以自由地升降之外，其余部分如同截止閥一樣，流體壓力使閥瓣從閥座密封面上抬起，介質回流導致閥瓣回落到閥座上，并切斷流動。根據(jù)使用條件，閥瓣可以是全金屬結構，也可以是在閥瓣架上鑲嵌橡膠墊或橡膠環(huán)的形式。像截止閥一樣，流體通過升降式止回閥的通道也是狹窄的，因此通過升降式止回閥的壓力降比旋啟式止回閥大些，而且旋啟式止回閥的流量受到的限制很少。

　　按調節(jié)介質參數(shù)選用閥門

　　在生產過程中，為了使介質的壓力、流量等參數(shù)符合工藝流程的要求，需要安裝調節(jié)機構對上述參數(shù)進行調節(jié)。調節(jié)機構的主要工作原理，是靠改變閥門閥瓣與閥瓣與閥座間的流通面積，達到調節(jié)上述參數(shù)的目的。屬于這類閥門的統(tǒng)稱為控制閥，其中分為依靠介質本身動力驅動的稱為自驅式控制閥如減壓閥、穩(wěn)壓閥等，凡上來動力驅動的（如電力、壓縮空氣和液動力）稱為他驅式控制閥，如電動調節(jié)閥、氣動調節(jié)閥和液動調節(jié)閥等。氣動閥門工作原理

　　利用壓縮空氣推動執(zhí)行器內多組組合氣動活塞運動，傳力給橫梁和內曲線軌道的特性，帶動空芯主軸作旋轉運動，壓縮空氣氣盤輸至各缸，改變進出氣位置以改變主軸旋轉方向，根據(jù)負載（閥門）所需旋轉扭矩的要求，可調整氣缸組合數(shù)目，帶動負載（閥門）工作。

　　兩位五通電磁閥通常與雙作用氣動執(zhí)行機構配套使用，兩位是兩個位置可控：開-關，五通是有五個通道通氣，其中1個與氣源連接，兩個與雙作用氣缸的外部氣室的進出氣口連接，兩個與內部氣室的進出氣口接連，具體的工作原理可參照雙作用氣動執(zhí)行機構工作原理。由于現(xiàn)在的控制方式和手段越來越多，在實際工業(yè)生常和工業(yè)控制中，用來控制氣動執(zhí)行機構的方法也很多，常用的有以下幾種。

單片機開發(fā)智能顯示儀

　　智能顯示儀是用來監(jiān)測閥門工作狀態(tài)，并控制閥門執(zhí)行期工作的儀器，它通過兩路位置傳感器監(jiān)視閥門的工作狀態(tài)，判斷閥門是處于開閥還是關閥狀態(tài)，通過編程記錄閥門開關的數(shù)字，并且有兩路與閥門開度對應的4～20mA輸出及兩足常開常閉輸出觸點。通過這些輸出信號，控制閥門的開關動作。

利用PLC來控制的系統(tǒng)

　　PLC在控制系統(tǒng)中的應用越來越廣泛，由于本方案是在OMRON的PLC上面作的開發(fā)，所以以OMRON的PLC來作介紹。

　　硬件組成：1臺計算機，1套PLC（包括CPU，I/O模塊，ID212，OC224，AD003模塊），2個繼電器，2個電磁閥，1個氣動閥門執(zhí)行器。

氣動閥門的選擇

　　閥處于氣動控制系統(tǒng)的核心地位，有各種型號的方向控制閥（Directional Control Valve, DCV）和比例控制閥可供選擇。方向控制閥無疑是zui常用的閥，它們控制壓縮空氣（或者其他合適的流體）的方向，例如決定一個氣缸的行程是向前還是后退。

　　閥是由其主要連接的數(shù)量和可能的切換位置來識別的。舉例來說一個“3/2”閥對應于三個端口和兩個切換位置。除端口和切換位置的功能各異外，方向控制閥的機械設計和功能性設計也有不同。DCV的設計類型包括：塞頭（球形塞頭、扁平塞頭）、閥軸、扁平滑塊和旋轉滑塊。即使在同一類型中，仍有可能應用不同的設計方法和材料。例如，一個線軸閥（Spool Valve）可能有沿其閥軸的密封環(huán)或者代替密封位于閥本體中。設計特性影響閥的服務壽命、流率、執(zhí)行器件、驅動力、尺寸大小以及價格。

　　當方向閥用于執(zhí)行全部切換操作時，比例閥（Proportional Valve, PV） 則調節(jié)壓力和流率。比例閥zui主要的基本特性是將輸入信號轉換為特定的輸出信號。比例閥通常包括兩個器件—一個導向控制和一個閥單元。導向控制由兩個2/2通路導向閥或一個比例電磁線圈（solenoid）組成，還包括用于評估的電子線路。閥單元只包含集成的氣動功能。

　　一個直流電壓或電流（例如0~10V電壓或0~20mA電流）作用于控制塊連接件。電壓或電流然后對應于一個特定的被控壓力。在工作端口的實際壓力由集成的壓力傳感器測量，然后發(fā)送到評估電子線路，后者對實際壓力和期望的壓力進行比較。電子線路單元隨即根據(jù)壓力偏差依次切換導向閥和主閥的操作位置，一直到獲得期望的壓力。對“標準”的方向控制閥而言，只能有單一的切換位置，但比例方向控制閥還允許有中間位置。這就是說，例如除“打開”或“關閉”等終點位置外，中間位置如“稍微打開”是可能的。

　　用于切換工作位置的執(zhí)行器件是一個比例電磁線圈，當電磁線圈被電子線路激勵時，線圈電壓會隨之改變，控制活塞的位置將按照此變化的電磁場強度而變化。作為其結果，借助于控制活塞的作用，每個空氣通路同時會有不同程度的打開或關閉。這不僅啟動氣缸移動方向的開環(huán)或閉環(huán)控制，還對氣缸的移動速度進行控制。因此，可以認為這種閥起到節(jié)流的功能，在切換頻率約為100Hz時，這種類型的閥可以達到相當高的動態(tài)性能。

　　比例閥有范圍廣闊的應用領域，例如，在材料開卷時，應用比例閥能以氣動方式保持開卷過程中的恒定張力。比例方向控制閥在氣缸定位方面有進一步的應用，在這種情況，氣缸配置一個位移編碼器，該編碼器提供活塞實際位置的反饋信號。為了獲得一個特定的位置，比例方向控制閥控制進入或離開氣缸的容積流量。