氣動(dòng)控制閥結(jié)構(gòu)： 工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)雖不盡一致，但執(zhí)行器是不可缺少的組成設(shè)備。執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指根據(jù)調(diào)節(jié)器控制信號(hào)產(chǎn)生推力或位移的裝置，而調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出信號(hào)去改變能量或物料輸送量的裝置。
氣動(dòng)控制閥分類： 氣動(dòng)控制閥按應(yīng)用場(chǎng)合不同可分為兩大類：在過(guò)程參數(shù)控制中作為調(diào)節(jié)用的控制閥，簡(jiǎn)稱調(diào)節(jié)閥，通常采用氣動(dòng)薄膜式或氣缸式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，配備閥門定位器；在程控及聯(lián)鎖控制中作為開關(guān)用的切斷閥，簡(jiǎn)稱開關(guān)閥，通常采用氣缸式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，配備電磁閥。
使用最普遍的氣動(dòng)控制閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以分為量類：彈簧薄膜氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)。薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型包括：增加氣源壓力把膜片向下推并使執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿伸出的正作用；增加氣源壓力把膜片向上推并使執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿縮回的反作用；可以組裝成正作用或反作用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可更換作用方向?；钊麍?zhí)行機(jī)構(gòu)在使用約1MPa（G）的高壓氣源通常不需要?dú)庠磯毫φ{(diào)節(jié)器?；钊麍?zhí)行機(jī)構(gòu)可以是雙作用，以在2個(gè)方向上都提供最大的力；或者是彈簧復(fù)位，以提供失氣-打開或失氣-關(guān)閉的工作方式。
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氣動(dòng)控制閥的耗氣量：
氣動(dòng)控制閥的耗氣量通常包括最大耗氣量、平均耗氣量、穩(wěn)態(tài)耗氣量及暫態(tài)耗氣量。最大耗氣量指穩(wěn)態(tài)時(shí)的儀表最大耗氣量。穩(wěn)態(tài)耗氣量是指在穩(wěn)態(tài)時(shí)，儀表在其工作范圍內(nèi)所消耗空氣的最大流量。耗氣量一般都是用標(biāo)準(zhǔn)單位Nm3/h來(lái)表示。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是指101.33kPa，0℃，按慣例，會(huì)轉(zhuǎn)換成操作狀態(tài)的單位m3/h。儀表說(shuō)明書中，一般把操作狀態(tài)，供氣壓力定為140kPa，20℃，此時(shí)應(yīng)對(duì)兩者進(jìn)行換算。根據(jù)伯努利方程，PV/T=C（常數(shù)）。
即101.33*V1/273=140*V2/（273+20），可以得到
V1=1.3V2，
其中：
V1——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的耗氣量，Nm3/h；
V2——操作狀態(tài)下的耗氣量，m3/h。
●氣動(dòng)控制閥的耗氣
對(duì)于氣動(dòng)控制閥，在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，調(diào)節(jié)閥的耗氣主要在電氣閥門定位器的放大器加內(nèi)部噴嘴擋板排氣動(dòng)作上。根據(jù)不同廠家的產(chǎn)品樣品查閱結(jié)果如表1。各種電/氣閥門定位器的耗氣量均與結(jié)構(gòu)有關(guān)。不是耗氣量越來(lái)越小，而是一個(gè)合適的耗氣量。從表1可知，F(xiàn)isherDVC5000耗氣量為0.3m3/h，而發(fā)展到DVC6000型是耗氣量為0.4m3/h。
表1 國(guó)內(nèi)外單作用電/氣閥門定位器耗氣量
氣動(dòng)控制閥還要考慮動(dòng)態(tài)耗氣量。當(dāng)控制閥穩(wěn)態(tài)在某一開度時(shí)，僅定位器耗氣，其耗氣量只需考慮定位器的耗氣量。當(dāng)控制閥動(dòng)作而開度改變時(shí)，閥桿上下運(yùn)動(dòng)，膜片上下動(dòng)作，使薄膜室內(nèi)空氣排出，這部分動(dòng)態(tài)的排出氣量決定閥的動(dòng)作大小及頻繁程度，并與薄膜頭大小有關(guān)，不管使用任何定位器，這部分膜頭的耗氣量總是一樣的。因此控制閥耗氣量等于定位器耗氣量和執(zhí)行機(jī)構(gòu)耗氣量。特別在開停車時(shí)及系統(tǒng)波動(dòng)大時(shí)，閥門動(dòng)作大且頻繁，薄膜要進(jìn)氣或放氣，要考慮足夠大的閥門用氣，不能因定位器耗氣量小而將整個(gè)控制閥耗氣量估得太小。當(dāng)然，調(diào)節(jié)閥完整的耗氣量表示方法，也與供氣壓力、介質(zhì)流量、閥門輸出開度均有關(guān)系。
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氣動(dòng)控制閥的耗氣
氣動(dòng)控制閥的耗氣比較復(fù)雜，主要是通過(guò)控制外部氣源的通斷來(lái)控制閥門的開關(guān)狀態(tài)，氣源壓力的大小決定閥門的開關(guān)速度，其耗氣量的大小與閥門所配置的氣動(dòng)執(zhí)行器的大小有關(guān)，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)越大，消耗氣量也越多。在選用與確定氣缸規(guī)格時(shí)，在保證氣缸輸出力、行程的前提下，選用合適的氣缸、工作壓力及最低的耗氣量，達(dá)到最低能源消耗的目的。
氣動(dòng)執(zhí)行器有單作用和雙作用，因而實(shí)現(xiàn)開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)耗氣量也有所不同?？偟膩?lái)說(shuō)，開關(guān)閥的耗氣主要在電磁閥的勵(lì)磁狀態(tài)帶動(dòng)排氣動(dòng)作上。開關(guān)閥的耗氣量取決于供氣壓力、開關(guān)行程、氣缸體積及動(dòng)作次數(shù)，對(duì)于雙作用活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具體計(jì)算公式：
qVs=（V0+VC）[（p1+101.32）/101.32]n （1）
對(duì)于單作用活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具體計(jì)算公式：
qVs=V1[（p1+101.32）/101.32]n （2）
其中：qVs—開關(guān)閥耗氣量（標(biāo)準(zhǔn)狀況），m3/h；
V0—?dú)飧组_向容積，m3；
Vc—?dú)飧钻P(guān)向容積，m3；
p1—供氣壓力，kPa；
V1—活塞容積，m3；
n—每小時(shí)動(dòng)作次數(shù)（活塞往復(fù)動(dòng)作為一次），次數(shù)/h。
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氣動(dòng)控制閥氣路連接
氣動(dòng)控制閥的用氣方式比較單一，下面僅對(duì)氣動(dòng)開關(guān)閥的用氣連接方式做具體介紹。一般地，氣動(dòng)開關(guān)閥工作時(shí)需要有若干附件配合完成控制作用，其中電磁閥，用于控制壓縮空氣的導(dǎo)通和截止。它與氣缸活塞配合，組成電控氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。針對(duì)每個(gè)工程中，在特定工藝介質(zhì)和閥門不同要求的情況下，氣源裝置的選用及與氣動(dòng)閥門的用氣連接方式要求也不同。大致可以分成兩種連接方式，單一的連接和帶有儲(chǔ)氣罐連接。第一種方式：?jiǎn)我坏倪B接，由儀表氣源總管來(lái)的閥門經(jīng)過(guò)過(guò)濾器后直接進(jìn)入電磁閥到用氣閥，如圖1所示。
圖1 單一的供氣管路連接
第二種方式，為了用氣閥能夠在工藝供氣發(fā)生故障時(shí)，氣動(dòng)控制閥還能繼續(xù)工作，需要在用氣閥門前還需要加儲(chǔ)氣罐。它是以備發(fā)生故障和臨時(shí)相應(yīng)的應(yīng)急使用；同時(shí)也能進(jìn)一步分離壓縮空氣中的水分和油分。是否需要儲(chǔ)氣罐，需要看看工段是否有重要聯(lián)鎖，保位的情況。該種方式也可分為兩種情況，其連接方式如圖2和圖3所示。
為了提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作速度，開關(guān)閥內(nèi)置有氣源放大器，它與氣動(dòng)薄膜式或氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)配套使用。當(dāng)儀表遠(yuǎn)距離傳送壓力信號(hào)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的容量很大時(shí)，由于將產(chǎn)生較明顯的傳遞時(shí)間滯后，使用這種附件能顯著提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入的相應(yīng)特性。因此，除了要有一路普通的氣源外，還需要一路來(lái)自儲(chǔ)氣罐的氣來(lái)共同作用。
氣動(dòng)控制閥結(jié)束語(yǔ)：
鑒于氣動(dòng)控制閥結(jié)構(gòu)及原理，影響氣動(dòng)控制閥的耗氣量因素比較多，定位器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩個(gè)設(shè)備的組合會(huì)在很大程度上影響控制閥組件的靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)響應(yīng)、以及閥門的總空氣耗氣量。在進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的供氣壓力，及彈簧壓力，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的扭矩力。對(duì)于開關(guān)閥，其氣缸的缸徑，行程范圍，氣源的流速，供氣壓力，以及活塞的體積，等諸多因素。為了適應(yīng)當(dāng)前各行業(yè)的環(huán)保理念，盡量節(jié)省能耗，減少生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，除了要根據(jù)氣動(dòng)控制閥制造廠商的具體型號(hào)的耗氣量計(jì)算外，也要結(jié)合經(jīng)驗(yàn)值，估算全廠的用氣量，做到正確、合理地給出儀表氣源裝置的耗氣量。在閥門選型方面各參數(shù)準(zhǔn)確后，閥門氣路連接中才能合理選擇正確的連接方式。
圖2 作為備用的儲(chǔ)氣罐與用氣的氣路連接
圖3 帶有氣動(dòng)放大器與儲(chǔ)氣罐氣路連接
