调节阀辅助元件-2013.09.05

1、l第一部分第一部分l 调节阀的辅助装置调节阀的辅助装置l1，调节阀的辅助装置有哪些？有什么作用？，调节阀的辅助装置有哪些？有什么作用？l答：气动调节阀的辅助装置主要有如下一些：答：气动调节阀的辅助装置主要有如下一些：l阀门定位器阀门定位器-包括电气阀门定位器和气动阀门包括电气阀门定位器和气动阀门定位器，用于改善调节阀工作特性，实现正确定位器，用于改善调节阀工作特性，实现正确定位；定位；l阀位开关阀位开关-显示调节阀上、下限的行程工作位显示调节阀上、下限的行程工作位置；置；l气动保位阀气动保位阀气源故障时，保持阀门当时的位气源故障时，保持阀门当时的位置；置； 三通四通电磁阀三通四通电磁阀实现气路

2、的自动切换；用于实现气路的自动切换；用于联锁控制系统；联锁控制系统； 手轮机构手轮机构系统故障时，可切换进行手动操作；系统故障时，可切换进行手动操作； 空气过滤器减压器空气过滤器减压器作为气源净化，调压之用；作为气源净化，调压之用； 储气罐储气罐气源故障时，由它取代，使阀能继续气源故障时，由它取代，使阀能继续工作一段时间；工作一段时间； 其他辅助装置还有：阀位传感器、电气转换器、其他辅助装置还有：阀位传感器、电气转换器、阀位控制器、气动保位阀、快泄装置、位置指阀位控制器、气动保位阀、快泄装置、位置指示开关等。示开关等。 1.1 定位器定位器 （1 1）电气阀门定位器）电气阀门定位器l电气阀门定

3、位器是把调节器输出的电气阀门定位器是把调节器输出的4-20MA4-20MA电流电流信号转换成驱动气动执行机构的气信号，它可信号转换成驱动气动执行机构的气信号，它可以起到电气转换器和气动阀门定位器组合使用以起到电气转换器和气动阀门定位器组合使用的作用。是调节阀的主要附件之一。电气阀门的作用。是调节阀的主要附件之一。电气阀门定位器是根据力平衡原理制作的，如下图所定位器是根据力平衡原理制作的，如下图所l示，控制室输出一个示，控制室输出一个4-20mA4-20mA的电流信号，定位的电流信号，定位器中的电磁组件接受电流信号后产生一个作器中的电磁组件接受电流信号后产生一个作l用力，使挡板与喷嘴的间隙发生变

4、化，从而使用力，使挡板与喷嘴的间隙发生变化，从而使喷嘴背压上升喷嘴背压上升( (或下降或下降) )，继动器输出增加，继动器输出增加( (或或减小减小) )，继动器的输出压力进入执行机构气室，继动器的输出压力进入执行机构气室, ,使执行机构的推杆产生位移使执行机构的推杆产生位移( (即改变了阀门的即改变了阀门的开度开度) )， 这个位移通过返馈杠杆行程调整机构这个位移通过返馈杠杆行程调整机构和反馈弹簧在挡板上产生一个负反馈力，使挡和反馈弹簧在挡板上产生一个负反馈力，使挡 板朝反方向移动板朝反方向移动, ,直到电磁铁的力与负反馈力直到电磁铁的力与负反馈力 达到平衡，阀门则处于一个相对平衡的位置；达

5、到平衡，阀门则处于一个相对平衡的位置； 当输入信号发生变化时，则重复上述过程当输入信号发生变化时，则重复上述过程, ,达达到一个新的平衡位置到一个新的平衡位置, ,从而使阀的位置与输入从而使阀的位置与输入信号严格对应。信号严格对应。 电气阀门定位器控制原理图电气阀门定位器控制原理图 （2 2）智能阀门定位器）智能阀门定位器l智能阀门定位器是一种带反馈的闭环智能控制智能阀门定位器是一种带反馈的闭环智能控制系统。通常具有以下特点：耗气量小；能够按系统。通常具有以下特点：耗气量小；能够按照偏差大小进行自适应调节控制；响应速度和照偏差大小进行自适应调节控制；响应速度和控制精度高；有多种流量特性可供选择

6、；具有控制精度高；有多种流量特性可供选择；具有自诊断自密封功能；自适应死区。它的工作原自诊断自密封功能；自适应死区。它的工作原理如图理如图2.8.52.8.5所示。当定位器在正常工作状态所示。当定位器在正常工作状态时，从控制室来的时，从控制室来的4-20mA4-20mA的电流信号输入定位的电流信号输入定位l器的控制部件，控制部件中的数字控制单元对器的控制部件，控制部件中的数字控制单元对信号进行采样和运算处理，控制单元根据运算信号进行采样和运算处理，控制单元根据运算结果，通过结果，通过D/AD/A模块单元向电气转换单元输出模块单元向电气转换单元输出相应的控制电压，电气转换单元将接受到的电相应的控

7、制电压，电气转换单元将接受到的电压信号转换成相对应的气压信号，气动放大单压信号转换成相对应的气压信号，气动放大单元将气压信号进行放大并控制气动执行器的动元将气压信号进行放大并控制气动执行器的动作。定位器中的反馈电位器将执行机构的推杆作。定位器中的反馈电位器将执行机构的推杆l位移转换成相应的电压信号，数字控制单元对位移转换成相应的电压信号，数字控制单元对反馈信号进行采样，对反馈信号进行运算处理反馈信号进行采样，对反馈信号进行运算处理后与输入信号进行比较、运算，从而不断调整后与输入信号进行比较、运算，从而不断调整电气转换单元控制电压的大小，直到执行器达电气转换单元控制电压的大小，直到执行器达到理想

8、位置。到理想位置。l 智能阀门定位器控制原理图智能阀门定位器控制原理图 （3 3）气动阀门定位器）气动阀门定位器l气动阀门定位器是接受气动阀门定位器是接受0.02-0.1MPA(0.02-0.1MPA(或或0.02-0.02-0.06;0.06-0.1MPA)-0.06;0.06-0.1MPA)的标准气信号的标准气信号, ,输出输出0.02-0.10.02-0.1或或0.08-0.24MPA0.08-0.24MPA的气信号的气信号, ,以驱动气以驱动气动执行机构进行工作动执行机构进行工作. .它与调节阀配套使用它与调节阀配套使用, ,可可以克服阀杆摩擦力和阀芯的不平衡力以克服阀杆摩擦力和阀芯的

9、不平衡力, ,提高调提高调节阀的响应速度节阀的响应速度, ,提高调节精度。还可以在不提高调节精度。还可以在不改变调节阀结构的情况下改变阀的流量特性或改变调节阀结构的情况下改变阀的流量特性或l作用型式作用型式. .它的工作原理如图所示：当控制系它的工作原理如图所示：当控制系统输出的气压信号增大时，继动器中的背压腔统输出的气压信号增大时，继动器中的背压腔内压力增大时，推动阀芯向右运动，气源到执内压力增大时，推动阀芯向右运动，气源到执行机构的进气口打开，气源通过继动器输入执行机构的进气口打开，气源通过继动器输入执行机构，执行机构推杆向下运动，推杆带动反行机构，执行机构推杆向下运动，推杆带动反馈杠杆与

10、凸轮旋转，弹簧的压缩力增大，产生馈杠杆与凸轮旋转，弹簧的压缩力增大，产生一个反向推力使阀芯向左运动，当弹簧的压缩一个反向推力使阀芯向左运动，当弹簧的压缩l力与膜片的推力相等时，继动器处于平衡状态，力与膜片的推力相等时，继动器处于平衡状态，定位器不进气也不排气。反之，当控制系统输定位器不进气也不排气。反之，当控制系统输出的气压信号减小时，继动器中的背压腔内压出的气压信号减小时，继动器中的背压腔内压力减小，阀芯向左运动，执行机构到继动器的力减小，阀芯向左运动，执行机构到继动器的排气口打开，执行机构膜腔内的气压排出，执排气口打开，执行机构膜腔内的气压排出，执行机构推杆向上运动，推杆带动反馈杠杆与凸行

11、机构推杆向上运动，推杆带动反馈杠杆与凸轮旋转，弹簧的压缩力减小，阀芯向右轮旋转，弹簧的压缩力减小，阀芯向右l运动，当弹簧的压缩力与膜片的推力相等时，运动，当弹簧的压缩力与膜片的推力相等时，继动器处于平衡状态，定位器不进气也不排气继动器处于平衡状态，定位器不进气也不排气处于平衡状态。处于平衡状态。 l1.21.2电气转换器电气转换器l电电- -气转换器能够把气转换器能够把4-20mA 4-20mA 的电流信号转换成的电流信号转换成0.02-0.1Mpa0.02-0.1Mpa的气压信号，它的工作原理如图的气压信号，它的工作原理如图2.8.72.8.7所示：力矩马达接受控制室输出的所示：力矩马达接受

12、控制室输出的4-4-20mA20mA的电流信号，力矩马达产生与电流信号成的电流信号，力矩马达产生与电流信号成比例的转距，有力矩马达上的杠杆输出，杠杆比例的转距，有力矩马达上的杠杆输出，杠杆的一端与挡板相连，另一端与反馈弹簧、调零的一端与挡板相连，另一端与反馈弹簧、调零弹簧相连接。因此通过输入电流信号的增大，弹簧相连接。因此通过输入电流信号的增大，l相应的力矩马达的转距增大，力矩马达上的杠相应的力矩马达的转距增大，力矩马达上的杠杆推动挡板运动，喷嘴与挡板之间的间隙减小，杆推动挡板运动，喷嘴与挡板之间的间隙减小，喷嘴的背压增大。这样喷嘴的背压增大。这样4-20mA 4-20mA 的电流信号就的电流

13、信号就转换成相应的气压信号。这样的气压信号流量转换成相应的气压信号。这样的气压信号流量太小，再将此小气压信号输入给气动放大器，太小，再将此小气压信号输入给气动放大器，通过气动放大器就产生了一个与输入电流信号通过气动放大器就产生了一个与输入电流信号成比例的大流量的气信号。大流量的气信号的成比例的大流量的气信号。大流量的气信号的一部分引入反馈系统中的波纹管，波纹管一部分引入反馈系统中的波纹管，波纹管l根据输入压力的大小产生相应根据输入压力的大小产生相应的位移，它通过的位移，它通过随动轴、反馈弹簧和行程调整件最后作用于力随动轴、反馈弹簧和行程调整件最后作用于力矩马达的杠杆上，这样就组成了一个闭环反馈

14、矩马达的杠杆上，这样就组成了一个闭环反馈系统。从原理上说，就是有力矩马达和波纹管系统。从原理上说，就是有力矩马达和波纹管在反馈弹簧上所产生的力处于平衡状态。在反馈弹簧上所产生的力处于平衡状态。 l 电电- -气转换器控制原理图气转换器控制原理图 l1.3 1.3 阀门保护装置阀门保护装置l三断保护装置为典型的阀门保护装置，包含了三断保护装置为典型的阀门保护装置，包含了气源、电源、信号源故障时的保护方案，以下气源、电源、信号源故障时的保护方案，以下以三断保护装置的工作原理来说明阀门保护装以三断保护装置的工作原理来说明阀门保护装置的工作原理。置的工作原理。l 三断保护装置是根据控制系统安全控制三断

15、保护装置是根据控制系统安全控制的需要，在气源、电源、信号源出现故障时，的需要，在气源、电源、信号源出现故障时，对控制系统实现保护，可使调节阀保持全开、对控制系统实现保护，可使调节阀保持全开、原位、全关的状态。其中电子开关（原位、全关的状态。其中电子开关（DKBDKB）和）和l两位三通电磁阀实现了断电源，断信号源的保两位三通电磁阀实现了断电源，断信号源的保护。断信号出厂设定为小于护。断信号出厂设定为小于3.6mA3.6mA时，电子开时，电子开关切断两位三通电磁阀的电源，使两位三通电关切断两位三通电磁阀的电源，使两位三通电磁阀动作，同时切断了闭锁阀的控制气源。闭磁阀动作，同时切断了闭锁阀的控制气源

16、。闭锁阀实现了断气源的保护，气源故障点出厂设锁阀实现了断气源的保护，气源故障点出厂设定为小于定为小于0.28MPa0.28MPa时，闭锁阀动作，切断了时，闭锁阀动作，切断了IN1IN1到到OUTOUT的通路，同时使的通路，同时使IN2IN2与与OUTOUT接通。此时若接通。此时若lIN2IN2接口不接任何管路调节阀将实现全开，接口不接任何管路调节阀将实现全开，IN2IN2接口接一堵头调节阀将实现保位，接口接一堵头调节阀将实现保位，IN2IN2接口接接口接一储气罐调节阀将实现全关。气源故障点根据一储气罐调节阀将实现全关。气源故障点根据现场控制需要可在现场控制需要可在0.140.140.7Mpa0

17、.7Mpa范围内调节，范围内调节，压力开关为可选件。压力开关为可选件。l 阀门保护装置阀门保护装置l1.41.4电磁阀电磁阀l国内外的电磁阀从原理上分为三大类国内外的电磁阀从原理上分为三大类( (即：直即：直动式、分步先导式动式、分步先导式) )，而从阀瓣结构和材料上，而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别又分为六个分支小类的不同与原理上的区别又分为六个分支小类( (直动膜片结构、分步重片结构、先导膜式结直动膜片结构、分步重片结构、先导膜式结构、直动活塞结构、分步直动活塞结构、先导构、直动活塞结构、分步直动活塞结构、先导活塞结构活塞结构) )，按功能用途分为二位二通，二位，按功能用途分为二位

18、二通，二位l三通，二位四通，二位五通等电磁阀。三通，二位四通，二位五通等电磁阀。其主要用途是完成气路的自动切换或实其主要用途是完成气路的自动切换或实现气路的通现气路的通断控制，广泛应用在汽缸及薄膜断控制，广泛应用在汽缸及薄膜执行机构，实现生产过程的自动控制和远程操执行机构，实现生产过程的自动控制和远程操纵。纵。l（1 1）直动式电磁阀：）直动式电磁阀：l 原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。l 特

19、点：在真空、负压、零压时能正常工作，特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但通径一般不超过但通径一般不超过25mm25mm。l（2 2）分布直动式电磁阀：）分布直动式电磁阀：l 原理：原理： 它是一种直动和先导式相结合的它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口与出口没有压差时，通电后，电原理，当入口与出口没有压差时，通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。当入口与出口达到启动压差时，起，阀门打开。当入口与出口达到启动压差时，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压

20、差把主阀向上推开；上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀利用弹簧力或介质压力推动关断电时，先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。闭件，向下移动，使阀门关闭。l 特点：特点： 在零压差或真空、高压时亦能可在零压差或真空、高压时亦能可* *动作，但功率较大，要求必须水平安装。动作，但功率较大，要求必须水平安装。l（3 3） 先导式电磁阀：先导式电磁阀：l原理：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室原理：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，流体压力推动关闭件向上移动，阀门打压差，流

21、体压力推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，流体压力推动关闭件向下移动，关高的压差，流体压力推动关闭件向下移动，关闭阀门。闭阀门。l 特点：特点： 流体压力范围上限较高，可任意流体压力范围上限较高，可任意安装安装( (需定制需定制) )但必须满足流体压差条件但必须满足流体压差条件 l下面以吴忠仪表开发生产的下面以吴忠仪表开发生产的K23dK23d直动式两位三直动式两位三通电磁阀为例说明电磁阀的工作原理。通电磁阀为例说明电磁阀的工作原理。l

22、直动式三通电磁阀主要由阀体、连接体、防爆直动式三通电磁阀主要由阀体、连接体、防爆外壳、动铁芯、隔磁套管、线圈、外壳、接线外壳、动铁芯、隔磁套管、线圈、外壳、接线盒、手动机构等零部件组成。该阀的动作原理，盒、手动机构等零部件组成。该阀的动作原理，以常闭型为例。以常闭型为例。l当接通电源后，电流通过线圈励磁而产生吸力，当接通电源后，电流通过线圈励磁而产生吸力，克服弹簧阻力吸合动铁芯堵塞排气口克服弹簧阻力吸合动铁芯堵塞排气口O O， l同时使气源腔口同时使气源腔口P P与工作腔口与工作腔口A A相通。切断电源相通。切断电源时，静铁芯的吸力消失，在弹簧力的作用下，时，静铁芯的吸力消失，在弹簧力的作用下

23、，动铁芯复位，关闭气源腔口动铁芯复位，关闭气源腔口P P，这时工作腔口，这时工作腔口A A与排气口与排气口O O相通，电磁阀完成了一个动作的循相通，电磁阀完成了一个动作的循环。如图所示。环。如图所示。 l1.51.5空气过滤减压阀空气过滤减压阀l 概述：概述：KZ03KZ03空气过滤减压阀不仅把压缩空气过滤减压阀不仅把压缩空气进行过滤净化，而且还把输出压力调到气空气进行过滤净化，而且还把输出压力调到气动仪表所需的给定值。它是一种为气动仪表提动仪表所需的给定值。它是一种为气动仪表提供清洁的不同压力气源的辅助装置。供清洁的不同压力气源的辅助装置。l结构及动作原理：结构及动作原理：l 空气过滤减压阀

24、主要由阀体、阀座、阀芯、空气过滤减压阀主要由阀体、阀座、阀芯、过滤元件，膜片组件、给定弹簧，手轮等零件过滤元件，膜片组件、给定弹簧，手轮等零件组成，它们构成组成，它们构成A A、B B、C C三个气腔室，参见图三个气腔室，参见图所示所示l 空气过滤减压阀结构图空气过滤减压阀结构图 图2.8.9 空气过滤减压阀结构图l空气过滤减压阀按力平衡原理设计，当来自空空气过滤减压阀按力平衡原理设计，当来自空压机的压缩空气从减压阀输入端（压机的压缩空气从减压阀输入端（ININ）流进气）流进气腔室腔室A A，经过过滤元件，除去水、油、尘和其，经过过滤元件，除去水、油、尘和其它微小物质到达气腔室它微小物质到达气

25、腔室B B，最后从输出口（，最后从输出口（OUTOUT）流出。由于输出压力受负载流量变化的影响，流出。由于输出压力受负载流量变化的影响，有时输出压力会大于或小于这个给定值。假设有时输出压力会大于或小于这个给定值。假设输出压力小于给定值，则膜片受空气的向上作输出压力小于给定值，则膜片受空气的向上作l用力小于给定弹簧的作用力，失去平衡，膜片用力小于给定弹簧的作用力，失去平衡，膜片向下运动，阀芯也向下运动离开阀座，由于输向下运动，阀芯也向下运动离开阀座，由于输出压力增大。如果输出压力大于给定值，膜片出压力增大。如果输出压力大于给定值，膜片向上运动，阀芯离开弹簧座，空气通过弹簧座向上运动，阀芯离开弹簧

26、座，空气通过弹簧座的小孔进入气腔室的小孔进入气腔室C C，排入大气，达到新的平，排入大气，达到新的平衡，因而输出压力保持在给定值水平上。衡，因而输出压力保持在给定值水平上。l1.5 1.5 保位阀保位阀l概述：保位阀是气动单元组合仪表辅助元件。概述：保位阀是气动单元组合仪表辅助元件。当气源系统发生故障时，保位阀能自动切断调当气源系统发生故障时，保位阀能自动切断调节仪表与调节阀的通道，使调节阀的开度保证节仪表与调节阀的通道，使调节阀的开度保证停止在故障前的位置，使工艺过程正常运行。停止在故障前的位置，使工艺过程正常运行。当气源故障消除后又能自动恢复正常工作，因当气源故障消除后又能自动恢复正常工作

27、，因此，保位阀可作为自动控制回路的安全保护装此，保位阀可作为自动控制回路的安全保护装置。置。l结构及动作原理：结构及动作原理：l保位阀是按力平衡原理设计的，主要由调整螺保位阀是按力平衡原理设计的，主要由调整螺栓、弹簧、膜片、阀体等组成。栓、弹簧、膜片、阀体等组成。l 当供给气源正常，气源空气进入阀体气室当供给气源正常，气源空气进入阀体气室膜片的下方，从而通过作用在膜片上的力产生膜片的下方，从而通过作用在膜片上的力产生向上的推力，使托盘向上运动，打开阀芯，直向上的推力，使托盘向上运动，打开阀芯，直至与给定弹簧的弹力平衡。至与给定弹簧的弹力平衡。 l此时从调节仪表来的输出气压信号，通过阀体此时从调

28、节仪表来的输出气压信号，通过阀体内部通道输出到执行机构气室，使调节阀动作。内部通道输出到执行机构气室，使调节阀动作。当气源压力低于临界安全压力时，此时作用在当气源压力低于临界安全压力时，此时作用在膜片上的推力就会减小，在弹簧的作用下，保膜片上的推力就会减小，在弹簧的作用下，保位阀关闭，使调节阀保持原位，当气源故障消位阀关闭，使调节阀保持原位，当气源故障消除后又能迅速恢复正常工作。除后又能迅速恢复正常工作。 l 气动保位阀结构图气动保位阀结构图l1.6 1.6 气动加速器气动加速器l概述：气动加速器是一种用于提高执行机构的概述：气动加速器是一种用于提高执行机构的动作速度，减少时间滞后的高容量空气继动器。动作速度，减少时间滞后的高容量空气继动器。从信号调节器来的信号气压的传递距离非常长从信号调节器来的信号气压的传递距离非常长的场合或执行机构的容量很大的场合时使用气的场合或执行机构的容量很大的场合时使用气动加速器能显著提高执行机构的响应速度。在动加速器能显著提高执行机构的响应速度。在气动加速器上设有调整螺塞，能克服超调或振气动加速器上设有调整螺塞，能克服超调或振荡现象。荡现象。l结构及动作原理：结构及动作原理：l 气动加速器接受定位器输出信号，经调整螺气动加速器接受定位器