气动活塞式调节阀定位器

                              气动活塞式调节阀定位器

                               上海申弘阀门有限公司

之前介绍SAF2507双相不锈钢高压自力式调节阀，现在介绍气动活塞式调节阀定位器 一种调节阀用多功能活塞式气动执行器的设计探索摘 要：针对目前常用的调节阀用活塞式气动执行器的功能单一，该文设计探索出一种多功能的活塞式气动执行器，方便客户利用现有产品根据现场工况需要做出简单调整后就能解决应急问题，缩短供货周期，降低采购成本。气动执行机构和调节阀两部分组成，气动执行机构接收控制系统发出的信号，带动调节阀阀芯动作，完成对管路内介质的流量和压力调节。
气动活塞式调节阀定位器气动执行机构有气动薄膜结构和气动活塞结构两种。气动薄膜执行结构由膜盖，橡胶膜片，推杆，弹簧，支架等零件组成。分为正作用气动薄膜执行机构和反作用气动薄膜执行机构。当随着控制压力上升推杆向下动作的为正作用，随着控制压力上升推杆向上动作的为反作用。气动薄膜执行机构可以配装顶部手轮或侧装手轮，方便在气源故障时对气动调节阀进行手动操作。
上海申弘阀门有限公司主营阀门有：减压阀(气体减压阀,可调式减压阀,波纹管减压阀,活塞式减压阀气动活塞执行机构由气缸，活塞，密封圈，输出轴等零件组成。也分为单作用和双作用两种。单作用活塞执行机构内有复位弹簧，双作用活塞执行机构内没有复位弹簧。
气动调节阀按照动作方式分为直行程调节阀和角行程调节阀两种。气动薄膜执行机构多为直行程机构，配装在直行程调节阀上，如，气动薄膜单座调节阀，气动薄膜套筒调节阀。气动活塞执行机构有直行程和角行程两种，可以配装在直行程调节阀和角行程调节阀上。角行程的调节阀有气动V型调节球阀，气动调节蝶阀，气动偏心旋转阀。
气动调节阀一般都需配装电气阀门定位器，气动薄膜调节阀配装单作用电气阀门定位器。气动活塞调节阀根据单作用气缸和双作用气缸分别配装单作用电气阀门定位器和双作用电气阀门定位器。

关键字：活塞式 气动执行器 多功能执行器 调节阀


0 引言

常见的执行器主要有三大类型，分别是气动、电动以及液动。气动执行器作为其中的一种，常见的又分为四种：薄膜式、活塞式、拨叉式和齿轮齿条式。其中活塞式和薄膜式这两种应用较为普遍。薄膜式执行器主要用于气源压力较低的场合，而活塞式气动执行器主要用来驱动各类直线型动作的开关阀和调节阀，气源压力范围较广，输出力的范围较大，所以应用更为广泛。执行器和阀门等共同组成的调节阀，在工业自动化过程控制领域中，通过接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作可以改变阀门开度的大小，从而改变介质的流量、压力、液位等工艺参数。调节阀按作用方式又可分为气开式和气关式两种。有时气开式阀门又称故障关闭型，气关式阀门又称为故障开启型。通常一种执行器只能适用于一种类型的阀门，所以执行器的功能单一，利用率不高，现在打破这种单一的功能局限，设计探索出一种多功能的活塞式气动执行器。



1 目前常用的单作用活塞式气动执行器的使用现状

目前调节阀上常用的单作用活塞式气动执行器大多采用普通的拉杆螺栓固定，通过拉杆螺栓将弹簧和活塞布置在两个工作腔，如图1所示，所以外形尺寸普遍偏大，尤其是一些中型或重型的阀门，需要的输出力很大，弹簧很粗、很长，这种结构的执行器更会显得笨重，产品生产组装时也需借助特殊的装配工具才能完成，如果使用现场出现一些意外需要维修、更换密封件等操作时，操作人员在现场没法完成，只能返厂维修，这势必会造成产品在往返途中的磕碰、运输成本的浪费以及供货周期的延长，给客户造成很大的困扰。另外，活塞式气动执行器多为单个弹簧，输出力单一，只能应用于中型或重型阀门的一种规格，并且一种执行器只能适用于气开式或气关式一种类型的阀门，执行器的利用率不高，客户每需要一种类型或一种通径的阀门就需要采购一种执行器。



图1 单作用活塞式气动执行器示意图

2 调节阀用多功能活塞式气动执行器的设计探索

（1）结构：调节阀用多功能活塞式气动执行器，它主要具有活塞杆（1）、防尘圈（2）、压盖（3）、动密封（4）、前盖（5）、O形圈（6）、导向环（7）、密封圈（8）、活塞组件（9）、垫片（10）、缸筒（11）、拉杆螺栓I（12）、拉杆螺栓II（13）、外弹簧（14）、内弹簧（15）、后盖组件（16）、活塞杆II（17）、内六角圆柱头螺钉（18）、锁紧螺母（19）、防护罩（20）、六角螺母（21）、内六角圆柱头螺钉（22）。


图2 多功能活塞式气动执行器的结构图

（2）其特征在于：①特殊的拉杆结构件能够方便现场的拆卸、安装，不需要借助的装配工具就可实现拆卸、更换零部件等作业，方便使用现场的作业。②通过特殊的结构设计，客户就可以根据现场的功能需要，调整弹簧和活塞组件（9）正、反装结构，实现执行器常开、常闭功能的转换，使产品功能增加。③根据阀门不同开启力的需要，调整弹簧安装数量，实现多种型式的组合，如图3～图8所示，派生出6种组合，这样就可以提供多种弹簧输出力，从而适用于多种规格的阀门，极大的提高了产品利用率。这样客户就可以减少执行器的库存种类，降低库存资金，缩短供货周期。另外，采用组合弹簧，在输出力相同的情况下还可以缩小安装空间，减少了执行器的外形尺寸，精简外形结构，降低产品的加工成本。


图3 *种实施方式（正装、双弹簧）的结构示意图

（3）工作原理：如图3所示，正向安装后，通过向本实用新型无弹簧一侧的“进气口”供给压力气体，从而推动活塞组件（9）并压缩内、外弹簧（14）、（15）在行程S的范围内向左移动，随动的活塞杆（1）会带动与其相连的阀门拉杆的联动，这样拉杆位移的大小就可以实现阀门开度大小的调节。当停止供气或因故障断气后，活塞组件（9）借助弹簧的反作用力又能够回到初始位置并关闭阀门。通常，断气后关闭阀门，通气后才能打开阀门的执行器为“常闭式”，有时又称故障关闭型，如图1、图3、图4所示；断气后打开阀门，通气后才能关闭阀门的执行器为“常开式”有时又称故障开启型，如图5、图6、图7所示。其中弹簧输出力的大小决定了与之匹配阀门规格的大小，弹簧输出力小的用于轻型或小型阀门。相反，弹簧输出力大的用于中型或重型阀门。而弹簧输出力的大少取决于安装的弹簧数量和规格，中型或重型阀门可以安装内外2个弹簧或1个较粗的外弹簧（14），轻型阀门可以安装1个较细的内弹簧（15）。另外，弹簧的安装位置决定本实用新型为“常开式”或“常闭式”，弹簧与活塞杆（1）处于异侧的为“常闭式”，如图3、图4、图5所示，弹簧与活塞杆处于同侧的为“常开式”，如图6、图7、图8所示。所以，松开拉杆螺栓后通过内部零件（9）、（10）、（14）、（15）安装位置和方向的改变就可以实现本实用新型两种功能的转换。



图4 第二种实施方式（正装、外弹簧）的结构示意图



图5 第三种实施方式（正装、内弹簧）的结构示意图



图6 第四种实施方式（反装、双弹簧）的结构示意图



图7 第五种实施方式（反装、外弹簧）的结构示意图



图8 第六种实施方式（反装、内弹簧）的结构示意图

3 小结

文中所述的调节阀用多功能活塞式气动执行器打破了执行器功能单一的局限，对客户应急产品的使用提供了一种新的设计思路，既降低了供应商的加工成本和库存种类，也降低了客户的库存种类，库存成本，对供、需双方都提供了一种节约开支，缩短供货周期的新理念。与本产品相关论文：超高温烟道蝶阀阀杆断裂处理