气动阀、电动阀培训

气动、电动阀门的结构与原理概述调节阀又称控制阀，是生产过程中实现自动控制、自动调节的重要设备。调节阀可以连续和精确地调节流量，常用来调节流体的压力、温度、流量、液位等热力参数，以满足生产工艺流程需要。调节阀由执行机构和阀体组成。执行机构起推动作用，而阀体与与介质直接接触，在执行机构的驱动下，改变阀芯与阀座间的流通面积，从而达到调节流量的作用。

作为调节阀的驱动部分，执行机构有着十分重要的作用，其性能的好坏直接影响着阀门调节性能。按其驱动方式可以分为气动、电动和液动三大类；按其阀体内部结构可分为：球阀、闸阀、截止阀、蝶阀、套筒阀、单座阀、角阀、盘阀等等。按执行机构的驱动方式分类如下：气动执行机构以洁净压缩空气为动力，通过推动薄膜或活塞的移动来驱动阀体运动，控制阀门开度以达到控制目的，具有结构简单、性能稳定、维护方便和动作可靠、调节灵敏等特点，因此应用广泛。电动执行机构以电力驱动的电动机为动力，接收标准电信号来控制阀门。（一体化执行机构）具有结构简单、维护方便、不需要电气转换环节等优点，多应用在二位式阀门。不适合用在一些需要快速反应或调节频繁的的阀门上。液动执行机构以高压抗燃油（或水）为动力，推动活塞运动来控制阀门，通过电动泵等给液体加压，产生很大的推力。常应用在大口径或高压力管道上。缺点是装置体积大，控制复杂，需要一套供油装置（油站）来配合工作。一般电厂中采用液动执行机构的有循泵出口碟阀；高、中低压缸主汽门、调门等。气动调节阀如下图：气动执行机构，驱动方式为净化风过滤减压阀气源入口定位器阀体电动阀门如下图：电动执行机构驱动方式为380VAC阀体气动调节阀概述气动调节阀主要由气动执行机构、阀体、附件三部分组成。执行机构以洁净压缩空气为动力，接收4~20毫安电信号或20~100KPa气信号，驱动阀体运动，改变阀芯与阀座间的流通面积，从而达到调节流量的作用。为了改善阀门的线性度，克服阀杆的摩擦力和被调介质工况（温度、压力）变化引起的影响，使用阀门定位器与调节阀配套，从而使阀门位置能按调节信号精确定位。

为了机组安全运行，一些重要的阀门设计有电磁阀、保位阀、快速泄压阀等附件，确保调节阀在失电、失信号或失气情况下实现快开（关）或保位功能（三断自锁保护功能），满足工艺系统安全运行的要求。气动执行机构分类按功能：两位式（开关式）、调节式两位式就是说该阀门只有两个状态，全开或者全关，没有中间状态；调节式就是说该阀门可在全行程范围内任意位置保持，阀位可以按需调节。按气缸结构：薄膜式、活塞式薄膜式就是执行机构内有橡胶薄膜和复位弹簧，通过风压和弹簧力之差来实现阀门的动作；此类阀门当风压故障时，可通过弹簧自复位到工艺安全状态。活塞式就是执行机构两侧都有净化风，通过改变两侧净化风的压力差来实现阀门的动作；此类阀门当风压故障时，因两侧都没有风压，所以无法自复位。按阀杆移动方式：直行程、角行程直行程、角行程执行机构是依据阀芯的运动轨迹来确定，角行程阀门阀芯一般是在90°范围内往复旋转运动的阀门，例如：蝶阀、球阀、偏心旋转阀；直行程阀门阀芯一般是在直线上往复运动，例如：单座阀、双座阀、套筒阀等。按阀杆移动方向：正作用、反作用正作用是指风压增加时，执行机构下行；反作用是指风压增加时，执行机构上行。按作用方式：单作用、双作用单作用就是说的薄膜式。双作用就是说的活塞式。控制阀的三断保护控制阀的三断保护指：断气源保护、断电源保护、断信号源保护，是满足工艺系统安全运行的重要保障。与电磁阀、保位阀、快速泄压阀等附件组合使用。控制阀应用示意图（如下图）其中红线部分是电磁阀控制的气路，黑线部分是定位器控制的气路，也就是开关阀与调节阀不同气路驱动气源电控制信号执行机构主要组成部件：隔膜或活塞隔膜/活塞是执行机构的承压部件，它的作用是在执行机构内部构成一个密闭的压力腔室，给阀杆一个驱动力，从而驱动阀杆能向上或者向下运动。弹簧弹簧是执行机构重要的组成部分.弹簧力是阀门的驱动力，在失去压缩空气时，是靠弹簧力来开/关阀门的。在通入压缩空气时，气压压缩或拉伸弹簧,克服弹簧力来开/关阀门。手轮手轮机构是与调节阀配套使用的附属装置。气动杆连轴器阀体基本结构：不同类型的阀门，阀体组成不同，主要组成部件有以下几种：阀笼阀瓣（阀芯）阀座（密封环）阀杆

阀体填料详见气动薄膜调节阀视频填料阀杆阀瓣（阀芯）阀笼阀座（密封圈）连接法兰阀体根据阀体内部结构的不同分为：球阀、闸阀、截止阀、蝶阀、套筒阀、单座阀、角阀、盘阀等等；各类阀门图片如下：球阀：见O型切断球阀视频球阀球阀(ballvalve），启闭件（球体）由阀杆带动，并绕球阀轴线作旋转运动的阀门。亦可用于流体的调节与控制，其中硬密封V型球阀其V型球芯与堆焊硬质合金的金属阀座之间具有很强的剪切力，特别适用于含纤维、微小固体颗料等的介质。而多通球阀在管道上不仅可灵活控制介质的合流、分流、及流向的切换，同时也可关闭任一通道而使另外两个通道相连。本类阀门在管道中一般应当水平安装。球阀按照驱动方式分为：气动球阀、电动球阀、手动球阀。球阀一、优点：（1）具有最低的流阻（实际为0）；（2）因在工作时不会卡住（在无润滑剂时），故能可靠地应用于腐蚀性介质和低沸点液体中；（3）在较大的压力和温度范围内，能实现完全密封；（4）可实现快速启闭，某些结构的启闭时间仅为0.05~0.1s，以保证能用于试验台的自动化系统中。快速启闭阀门时，操作无冲击。（5）球形关闭件能在边界位置上自动定位；（6）工作介质在双面上密封可靠；（7）在全开和全闭时，球体和阀座的密封面与介质隔离，因此高速通过阀门的介质不会引起密封面的侵蚀；（8）结构紧凑、重量轻，可以认为它是用于低温介质系统的最合理的阀门结构；（9）阀体对称，尤其是焊接阀体结构，能很好地承受来自管道的应力；（10）关闭件能承受关闭时的高压差。（11）全焊接阀体的球阀，可以直埋于地下，使阀门内件不受浸蚀，最高使用寿命可达30年，是石油、天然气管线最理想的阀门。二、缺点：（1）因为球阀最主要的阀座密封圈材料是聚四氟乙烯，它对几乎所有的化学物质都有是惰性的，且具有摩擦系数小、性能稳定、不易老化、温度适用范围广和密封性能优良的综合性特点。但聚四氟乙烯聚的物理特性，包括较高的膨胀系数，对冷流的敏感性和不良的热传导性，要求阀座密封的设计必须围绕这些特性进行。所以，当密封材料变硬时，密封的可靠性就受到破坏。而且，聚四氟乙烯的耐温等级较低，只能在小于180℃情况下使用。超过此温度，密封材料就会老化。而考虑长期使用的情况下，一般只会在120℃下使用。（2）它的调节性能相对于截止阀要差一些，尤其是气动阀（或电动阀）。闸板阀闸板阀是最常用的截断阀之一，主要用来接通或截断管路中的介质，不运用于调节介质流量。运用的压力、温度及直径范围很大，尤其运用于中、大直径的管道。优点（1）流动阻力小。闸体内部介质通孔是直通的，介质流经时不改变其流动方向，因而流动阻力较小。（2）启闭较省力。启闭时阀板运动方向与介质流动方向相垂直。与其他阀门相比启闭较为省力。（3）介质流动方向一般不受限制。介质可从两侧任意方向流过，均能达到接通或截断的目的。便于安装，运用于介质的流动方向可能改变的管路中。缺点（1）高度大、启闭时间长。由于开启时需将阀板完全提升到阀座通孔上方，关闭时又需将阀板全部落下挡住阀座通孔，所以阀板的启闭行程很大，其高度也相应增大，启闭时间较长。（2）密封面易产生擦伤。启闭时阀板与阀座相接触的两密封面之间有相对滑动，在介质力用途下易产生擦伤，从而破坏密封性能，影响使用寿命。闸板阀，详见平行双闸板视频截止阀截止阀，也叫截门，是使用丝扣截止阀图解最广泛的一种阀门之一，它之所以广受欢迎，是由于开闭过程中密封面之间摩擦力小，比较耐用，开启高度不大，制造容易，维修方便，不仅适用于中低压，而且适用于高压。截止阀的闭合原理是，依靠阀杠压力，使阀瓣密封面与阀座密封面紧密贴合，阻止介质流通。我国阀门“三化给”曾规定，截止阀的流向，一律采用自上而下，所以安装时有方向性。截止阀的结构长度大于闸阀，同时流体阻力大，长期运行时，密封可靠性不强。截止阀特点(1)截止阀结构比闸阀简单，制造与维修都较方便。(2)密封面不易磨损及擦伤，密封性好，启闭时阀瓣与阀体密封面之间无相对滑动，因而磨损与擦伤均不严重，密封性能好，使用寿命长。(3)启闭时，阀瓣行程小，因而截止阀高度比闸阀小，但结构长度比闸阀长。(4)启闭力矩大、启闭较费力，启闭时间校长。(5)流体阻力大，因阀体内介质通道较曲折，流体阻力大，动力消耗大。(6)介质流动方向公称压力PN≤16MPa时，一般采用顺流，介质从阀瓣下方向上流；公称压力PN≥20MPa时，一般采用逆流，介质从阀瓣上方向下流．以增加密封件能。使用时，截止阀介质只能单方向流动，不能改变流动方向。(7)全开时阀瓣经常受冲蚀。截止阀的阀杆轴线与阀座密封面垂直。阀杆开启或关闭行程相对较短，并具有非常可靠的切断动作，使得这种阀门适合作为介质的切断或调节及节流使用。缺点1、流体阻波纹管截止阀力大，开启和关闭时所需力较大。2、不适用于带颗粒、粘度较大、易结焦的介质。3、调节性能较差。优点1、双重的密封设计(波纹管+填料)若波纹管失效，阀杆填料也会避免；2、外泄漏，并符合国际密封标准；3、没有流体损失，降低能源损失，提高工厂设备安全；4、使用寿命长，减少维修次数，降低经营成本；5、坚固耐用的波纹管密封设计，保证阀杆的零泄漏，提供无需维护的条件。6、波纹管密封截止阀采用波纹管密封的设计，完全消除了普通阀门阀杆填料密封老化快易泄露的缺点，不但提高了使用能源效率，增加生产设备安全性，减少了维修费用及频繁的维修保养，还提供了清洁安全的工作环境。截止阀，详见截止阀视频蝶阀蝶阀又叫翻板阀，是一种结构简单的调节阀，可用于低压管道介质的开关控制的蝶阀是指关闭件（阀瓣或蝶板）为圆盘，围绕阀轴旋转来达到开启与关闭的一种阀。阀门可用于控制空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品、液态金属和放射性介质等各种类型流体的流动。在管道上主要起切断和节流作用。蝶阀启闭件是一个圆盘形的蝶板，在阀体内绕其自身的轴线旋转，从而达到启闭或调节的目的。1、蝶阀具有结构简单、体积小、重量轻、材料耗用省，安装尺寸小，开关迅速、90°往复回转，驱动力矩小等特点，用于截断、接通、调节管路中的介质，具有良好的流体控制特性和关闭密封性能。2、蝶阀可以运送泥浆，在管道口积存液体最少。低压下，可以实现良好的密封。调节性能好。3、蝶板的流线型设计，使流体阻力损失小，可谓是一种节能型产品。4、阀杆为通杆结构，经过调质处理，有良好的综合力学性能和抗腐蚀性，抗擦伤性。蝶阀启闭时阀杆只作旋转运动而不作升降运行，阀杆的填料不易破坏，密封可靠。与蝶板锥销固定，外伸端为防冲出型设计，以免在阀杆与蝶板连接处意外断裂时阀杆崩出。5、连接方式有法兰连接、对夹连接、对焊连接及凸耳对夹连接。驱动形式有手动、蜗轮传动、电动、气动、液动、电液联动等执行机构，可实现远距离控制和自动化操作。优点1、启闭方便迅速、省力、流体阻力小，可以经常操作。2、结构简单，外形尺寸小，结构长度短，体积小，重量轻，适用于大口径的阀门。3、可以运送泥浆，在管道口积存液体最少。4、低压下，可以实现良好的密封。5、调节性能好。6、全开时阀座通道有效流通面积较大，流体阻力较小。7、启闭力矩较小，由于转轴两侧蝶板受介质作用基本相等，而产生转矩的方向相反，因而启闭较省力。8、密封面材料一般采用橡胶、塑料、故低压密封性能好。9、安装方便。10、操作灵活省力，可选择手动、电动、气动、液压方式。缺点1、使用压力和工作温度范围小。2、密封性较差。蝶阀按结构形式可分为偏置板式、垂直板式、斜板式和杠杆式。按密封形式可软密封型和硬密封型两种。软密封型一般采用橡胶环密封，硬密封型通常采用金属环密封。按连接型式可分为法兰连接和对夹式连接；按传动方式可分为手动、齿轮传动、气动、液动和电动几种。蝶阀，详见气动三偏心蝶阀视频：现场电动蝶阀图片：轨道球阀轨道球阀和闸阀是同属一个类型的阀门，区别在它的关闭件是个球体，球体绕阀体中心线作旋转来达到开启、关闭的一种阀门。球阀在管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向。球阀是近年来被广泛采用的一种新型阀门。它的工作原理如下：开启过程1、在关闭位置，球体受阀杆的[wiki]机械[/wiki]施压作用，紧压在阀座上。2、当逆时针转动手轮时，阀杆则反向运动，其底部角形平面使球体脱开阀座。3、阀杆继续提升，并与阀杆螺旋槽内的导销相互作用，使球体开始无摩擦地旋转。4、直至到全开位置，阀杆提升到极限位置，球体旋转到全开位置。关闭过程1、关闭时，顺时针旋转手轮，阀杆开始下降并使球体离开阀座开始旋转。2、继续旋转手轮，阀杆受到嵌于其上螺旋槽内的导销的作用，使阀杆和球体同旋转90°。3、快要关闭时，球体已在与阀座无接触的情况下旋转了90°。4、手轮转动的最后几圈，阀杆底部的角形平面机械地楔向压迫球体，使其紧密地压在阀座上，达到完全密封气动轨道球阀，详见nether轨道球阀视频：阀门附件：主要附件电磁阀－根据控制室提供的电源信号来控制气路的通断，从而控制执行机构的动作；电磁阀又分直动式、先导式。空气过滤减压阀－保证供气气压及气源过滤，最小能达到5μm精度，防止杂质进入电磁阀、定位器。定位器－改善调节阀的静态和动态特性，将控制室的电信号通过I/P转换器转换为气压信号，气压信号通过放大器将气信号放大后进入阀门执行机构，控制执行机构动作。气动保位阀－保证重要阀门在气源突然中断时能够实现对调节阀位置的锁位，防止阀门动作。快速泄压阀－使阀门在动作排气时达到快速排气的目的；阀位开关－显示阀门到达全开全关状态，可现场显示也可远传到控制室内显示。定位器阀门定位器是气动调节阀的核心部件，起阀门定位作用。它将阀杆位移信号作为反馈测量信号,以DCS或控制器输出作为设定信号，进行比较，当两者有偏差时，定位器输出控制信号到执行机构，驱使执行机构动作，建立阀杆位移与控制器输出信号之间的一一对应关系。因此，阀门定位器是以阀杆位移为测量信号，以控制器输出为设定信号的反馈控制系统。定位器按其结构形式和工作原理可以分成气定位器、电－气阀门定位器和智能式阀门定位器。

气定位器的输入信号是标准气信号，例如，20~100kPa气信号，其输出信号也是标准的气信号。

电气阀门定位器的输入信号是标准电流或电压信号，例如，4~20mA电流信号或1~5V电压信号等，在电气阀门定位器内部将电信号转换为电磁力，然后输出气信号驱动控制阀。智能电气阀门定位器带CPU，可处理有关智能运算，它将DCS输出的电流信号转换成驱动调节阀的气信号，根据调节阀工作时阀杆摩擦力，抵消介质压力波动而产生的不平衡力，使阀门开度对应于DCS输出的电流信号。并且可以进行智能组态设置相应的参数，达到改善控制阀性能的目的。常见的就是电气阀门定位器。电气定位器工作原理如下：电-气式定位器：是在气定位器的基础上将电气转换元件集成到定位器上，将电信号转换为电磁力，然后输出气信号驱动控制阀，方便了控制。与气动定位器相比，用户只需要给标准的信号即可（一般是4~20mA电流信号）。智能型定位器智能型定位器（我司目前用的最多的是梅索尼兰SVI1000定位器）目前智能型阀门定位器在工厂中应用最为广泛，相对于机械式定位器，智能型定位器结构简单、操作方便、维护量小、调校迅速，在调节时间上不存在滞后，调节精确等优点。主要生产厂家有ABB、西门子、FISHER、梅索尼兰等。梅索尼兰定位器规格参数图片如右图所示：梅索尼兰定位器控制原理图：现场定位器图片如下：西门子定位器山武定位器反馈杆阀杆过滤减压阀现场气动阀门图片：电磁阀锁位阀气控阀单向阀减压阀气动执行机构阀体手轮阀位反馈电磁阀原理电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔连接不同的油管，腔中间是活塞，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来开启或关闭不同的排油孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置。这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动。电磁阀原理图如下：现场电磁阀图片过滤减压阀电磁阀阀杆气动执行机构电磁阀与电动阀区分：电磁阀是电磁线圈通电后产生磁力吸引克服弹簧的压力带动阀芯动作，就一电磁线圈，结构简单，价格便宜，只能实现开关；例如家中太阳能控制上水的阀门就是电磁阀；当然，不同工况对电磁阀的可靠性、防爆等级、防护等级、功耗等要求是不一样的，工业等级对防爆等级、防护等级有严格要求；电磁阀动作原理见视频。电动阀是通过电动机驱动阀杆，带动阀芯动作，电动阀又分开关阀（关断阀）和调节阀。开关阀是两位式的，阀门工作位置只有全开和全关，调节阀是在上面安装电动阀门调节控制器，通过闭环调节来使阀门动态的稳定在一个位置上，阀门工作位置可停留在可调范围内的任何位置。快速泄压阀工作原理：

当信号气压正常供气的时候,泄压側被膜片紧紧盖住,气压能源源不断地通向气动头;

当信号气压为零时,气动头内的气压反向顶开隔膜由多孔出口快速泄掉。

使阀门在失气后快速回到安全位置（见下图）。快速泄压阀图片：空气过滤减压阀：空气过滤减压阀也叫调压阀，由空气过滤器、减压阀和油雾器组成，称为气源三联件，减压阀是其中不可缺少的一部分是将较高的进口压力调节并降低到要求的出口压力，并能保证出口压力稳定，可以起到减压和稳压作用。气动减压阀按压力调节方式，有直动式减压阀和先导式减压阀，后者适用在较大通径的场合，直动式减压阀用的最多。压缩空气由输入端进入压力室，经过滤网过滤后通过阀芯进入输出腔室。输出腔室有一小孔与弹簧腔室相连，使输出气压直接作用于弹簧膜片上，当输出气压大于膜片上弹簧压力时，膜片向上移动，带动阀芯向上移动，输入气源被阀芯隔断，输出腔室内的压缩空气通过膜片和阀芯顶部之间间隙进入排空腔室由放气孔排出，使输出压力减小。当输出气压小于膜片上弹簧压力时，膜片向下移动，输入气源通过阀芯和阀座之间间隙进入输出腔室，使输出腔室内的压力上升。只有当输出压力与弹簧压力一致时，阀芯和阀座间隙固定，输出压力稳定。因此只要调整减压阀顶部的调节螺丝，就控制输出压力。（见下图）过滤减压阀图片阀位反馈开关阀门限位开关（回讯开关）是自控阀门位置显示和信号反馈的一种现场仪表，用以将阀门的开启或关闭位置以开关量（触点）的信号形式输出，室内控制系统通过接受到的开信号或关信号来确定下一步的动作或监视现场阀门。限位开关分机械式和接近式，现场常用机械式，机械式微动开关原理就是限位开关触点因阀门动作导致机械撞击，从而闭合或断开，接近式属于磁感应式，原理就是当金属靠近线圈时导致触点闭合或断开。机械式限位开关图：阀位开关机械式接近开关动作原理：凸轮连接杆与阀门的阀杆相连，当阀杆动作时，凸轮一起转动，当阀门动作到一定位置时，凸轮接触并压下触点，导致内部线路闭合或断开，通过接线端子将信号传导控制室，从而检测到开关信号；内部结构图如下：触点凸轮接线端子连接杆电动阀门电动阀门简单地说就是用电动执行器控制阀门,从而实现阀门的开和关。其可分为上下两部分，上半部分为电动执行器，下半部分为阀门。根据阀门内部结构不同，电动阀又可分为电动法兰球阀、电动螺纹球阀、电动对夹蝶阀、电动法兰蝶阀、电动卡箍蝶阀、电动卡箍球阀、电动法兰闸阀、电动法兰截止阀、电动刀闸阀等；根据控制形式电动阀门又分为开关型和调节型，开关型的原理就是通电开到位或关到位。调节型的原理是输入4-20MA或是0-10V的电信号来调节阀门开度的大小。电动执行器主要由电动机、减速器、力矩传感器、温度保护、手轮、现场操作按钮、现场显示、红外接收装置以及绝对编码器等组成，其各部分作用简述如下：1、电动机电动机是特种单相或三相交流异步电动机，具有高启动力矩、低启动电流和较小的转动惯量，通过380VAC来控制电动机的动作，电动机动作带动齿轮动作，从而达到控制阀门动作的目的。2、减速器角行程执行机构采用行星减速加蜗轮蜗杆传动机构，既