气动调节阀主要附件及工作原理

1气动调节阀主要附件的工作原理及功能

1.1电-气定位器

定位器可以改善阀门的静态特性和动态特性，有助于克服介质对阀杆的不平衡力和填料对阀杆的摩擦力，提高控制精度。定位器根据控制信号不同分为气-气定位器和电-气定位器，前者控制信号为20～100kPa的气压，后者控制信号为4～20mA电流。本文主要介绍智能型电-气定位器，其原理为定位器接受输出器的信号，根据信号大小改变执行机构气室压力，驱动执行机构带动阀杆动作，实现控制信号与阀门开度相对应。当阀杆受到不平衡力导致阀位发生变动，定位器反馈装置则将阀位反馈至定位器，形成控制闭环，定位器进行补偿，使阀位控制更加精确稳定。

1.2电磁阀

电磁阀是实现流体控制自动化的基础元件，主要由电磁线圈和磁芯组成，当线圈得电或者失电时，磁芯在电磁力的作用下产生位移，电磁阀完成开/关切换，实现控制介质的流通与切断。按作用原理分为直动式和先导式，按作用形式分为两位三通式和两位五通式。

图1双电磁阀并联气路图

图2双电磁阀串联气路图

有时还应综合考虑多个电磁阀的组合使用，从而实现更安全、可靠的控制回路。如图1所示，为了保证整个控制系统的可靠性，将两个或者多个电磁阀并

联使用，实现冗余，即只要其中一个电磁阀正常工作，系统就能维持正常运行。如图2所示，出于控制系统的安全性考虑，将两个电磁阀串联使用。

1.3增速器

增速器（气动放大器）主要应用于执行机构容量较大或仪表和执行机构之间的配管距离较远的场合，用来提高定位器控制执行机构的响应速度。其内部结构如图3所示，当输入信号突然变大（来自定位器的输出压力），会导致输入信号和放大器之间存在压差，在该压差作用下，增速器的膜片向下移动以打开供气口来降低该压差，从而实现小流量按比例控制大流量的功能。

图3增速器内部结构图

1.4气控阀

气控阀是用压力讯号控制其切换气流通道的气动元件，根据作用形式可以分为二位三通式、两位五通式，气控阀具有较大的CV值，因此，在要求阀门失效快速复位的场合，常将电磁阀和气控阀组合使用，SMC部分气控阀Cv值参数如表1所示。

表1SMC部分气控阀CV值

1.5保位阀

保位阀是实现阀门故障保位的关键元件，当气源发生故障（失气或压力降低至设定值）时，该元件将自动切断仪表气与执行机构间的连接通道，使膜室压力讯号保持在故障前的瞬间状态，直至气源故障消除，供气线路恢复正常。其内部结构如图4所示，气源讯号与上气室接通，当气源压力达到调节弹簧的设定值后，上膜片向上移动，排气阀关闭，上下气室接通，在压力作用下下膜片向下移动，主阀打开，入口和出口接通。当讯号压力降低至调节弹簧设定值时，上膜片向下复位，上下气室隔断，在主阀弹簧作用下，上气室内的余气顶开排气阀排气，主阀关闭，入口和出口通道切断。

图4保位阀内部结构图

2气动调节阀气路控制原理分析

调节阀作为过程控制中重要的执行器，失效模式的正确设计是保证整个工艺系统和相关设备安全的基础。气动调节阀常见的三种失效模式为，FO：故障时，气动调节阀打开；FC：故障时，气动调节阀关闭；FL：故障时，气动调节阀保持原位。

2.1单作用执行机构气路控制原理分析

（1）气源正常调节阀可开关切换，气源故障/联锁时阀门复位。可以通过使用过滤减压阀、两位三通电磁阀实现上述功能。气路图如图5（a）所示，气源正常，通过电磁阀得失电来控制阀门的开关切换；失气，执行机构在弹簧作用下复位。

一些关键位置的气动调节阀（如压缩机组放空阀），控制系统要求在电磁阀失电后1～3S内阀门回至故障安全位置。电磁阀由于线圈功率限制，流通能力较小，很难满足短时间复位要求，此时，需要使用气控阀。气路图如图5（b）所示，气源正常，通过电磁阀的得失电来控制气控阀切换，利用气控阀较大的Cv 值从而实现大容量执行机构的快速复位。

（2）气源正常可开关切换/任意调节，气源故障/联锁时阀门复位。对于小容量的执行机构，气路图如图6（a）所示，气源经过滤减压阀后输送至单作用定位器后经电磁阀直接通入执行机构。电磁阀得电状态下，给定位器4～20mA信号，可实现任意阀位的调节；电磁阀失电，阀门回至故障安全位置。对于大容量执行机构，电磁阀失电有快速复位要求的阀门，气路图如图6（b）所示，电气正常，气控阀、电磁阀均处于图示状态，气源经过滤减压阀后输送至单作用定位器后经气控阀通入执行机构。给定位器4～20mA信号，则可以实现任意

阀位的调节；电磁阀失电导致气控阀控制气切断，气控阀切换排空，执行机构在弹簧作用下复位。

对于大容量执行机构，有定位器快速响应要求的阀门，则需要配置增速器来实现。气路图如6（c）所示，电气正常，气控阀、电磁阀均处于图示状态，气源经过滤减压阀后输送至单作用定位器，定位器输出气作为增速器的控制信号来实现用小流量控制大流量，提高定位器控制的响应速度。

图5气动调节阀气路控制方案一

图6气动调节阀气路控制方案二

（3）气源正常可开关切换/任意调节，气源故障具备保位功能。部分控制系统要求发生气源故障时，气动调节阀需保持故障前一瞬间的开度不变。单作用执行机构发生气源故障时，在弹簧力的作用下，阀门复位，无法实现保位功能，此时，可通过保位阀与其他附件组合来实现该功能。气路如图7所示，气源正常，通过电磁阀或定位器实现阀门的开关切换、任意开度调节；当气源失气（或压力小于保位阀设定值）时，保位阀切断仪表气与执行机构间的连接通道，使膜室压力讯号保持在故障前的瞬间状态，直至气源故障消除，供气线路恢复正常。

2.2双作用执行机构气路控制原理分析

双作用执行机构都有两个独立的气室，通过一个气室的进气，一个气室的排气相互转换来实现气动调节阀的开关切换，具有体积小、输出扭矩大的特点。由于双作用气缸内部无弹簧，因此，出现气源故障时，在无外力作用下，则执行机构保持在故障前的位置。

（1）气源正常调节阀可开关切换，气源故障阀门复位。由于结构特性限制，双作用执行机构要实现故障复位功能，则需借助气包。气路如图8所示，仪表气经过滤减压阀，AF1后气体进入两位五通电磁阀，然后分两路通过两个气控阀后与执行机构连接。AF2后气体一边通过单向止回阀给气包储气，一边进入锁止阀LV后分两路分别作为两个气控阀的控制讯号。

气源正常，通过电磁阀的得失电来控制阀门的开关切换，当气源压力低于锁止阀设定值时锁止阀排空，两个气控阀均失去控制讯号而回到常态位置，AB2气控阀因常态通道与气包连接，气包内气体通过AB2进入执行机构，使阀门回到阀开或阀关位置，实现故障复位。

图7气动调节阀气路控制方案三