閥門氣動執行機構的分析
1 概述
閥門采用氣動執行機構的優點是關閉速度較快，當力矩較小時也可以在0.5S以內啟閉。氣動執行機構即使發生泄漏也不會對環境造成污染，其工作環境適應性好，在易燃、易爆、強磁和強輻射等惡劣環境中也不受影響。氣動執行機構可在斷電、斷油源、斷信號時使閥門復位到一個事先設定的安全位置，使閥門所在的系統得到保護。但是，因一般氣源壓力較低所以執行機構較大。由于空氣的可壓縮性，氣動的動作穩定性稍差。
2 類型及應用
氣動執行機構按傳動方式可分為齒輪齒條式（圖1）和撥叉式（圖2）。按氣源作用方式可分為單作用式、雙作用式，在單作用式中又可分為氣開式和氣關式。按氣動原理類型可分為調節型和開關型，開關型中又可分為普通型、快關（開）型。氣動執行機構應根據工況的不同需求選用。
氣動執行機構的A腔通入氣體時氣壓推動活塞壓縮彈簧，同時齒條推動齒輪作逆時針運動驅動閥門開啟，當執行機構A腔的壓力氣體被排出時彈簧釋能推動活塞和齒條帶動齒輪順時針運動，驅動閥門關閉。因為是氣壓使閥門開啟，所以此種驅動形式也被稱作氣開式。當系統中需要閥門在失氣時關閉的情況下，可選用此種作用方式。當系統中的閥門在失氣時需要開啟時，將執行機構的彈簧缸與氣缸左右互換就可實現。此時因是氣壓使閥門關閉，所以此種驅動形式也稱作氣關式。當雙作用式執行機構的A腔通入氣體時氣壓推動活塞齒條齒輪作逆時針運動驅動閥門開啟，當執行機構的B腔通入氣體時氣壓推動活塞齒條齒輪作順時針運動驅動閥門關閉。雙作用的執行機構只能實現失電、失信號時閥門恢復到安全位置或保持原位，在失氣時不能保證閥門所處位置。但雙作用執行機構與單作用執行機構相比，在輸出相同力矩的情況下體積較小。
撥叉式執行機構的氣動原理與齒輪齒條式相同，但撥叉式的執行機構輸出力矩曲線與齒輪齒條式的執行機構輸出的力矩曲線不同（圖3）。齒輪齒條式執行機構輸出的力矩是一個恒定的值，而撥叉式執行機構輸出的力矩是一個曲線，在0°和90°時其輸出力矩較大。適當改變撥叉的中心線與撥叉滑塊導向槽的中心線間的角度Q（圖4）可獲得不同形狀的力矩曲線。
3 氣動原理
3.1 普通型
普通型是一種基本的形式，為一個氣源處理三聯件組件（包括過濾器、減壓閥和油霧器）和電磁閥（圖5）。當閥門需要開啟時電磁閥帶電氣源通過氣源處理三聯件經過電磁閥進入執行機構的A腔（執行機構B腔的氣體經電磁閥排入大氣），推動活塞左行，閥門實現開啟。當閥門需要關閉時電磁閥失電換向，壓力氣體經電磁閥后進入執行機構的B腔（執行機構A腔的氣體經電磁閥排入大氣），推動活塞右行，閥門實現關閉。當執行機構為單作用式時電磁閥選用兩位三通型。當執行器為雙作用式時電磁閥選用兩位五通型，當要求閥門失電保位時電磁閥選用雙電控三位五通型，當要求閥門失氣保位時電磁閥選用雙氣控三位五通型。
3.2 快關型
當閥門要求快速關閉時一般采用單作用執行機構。快開型氣動執行機構是在普通型氣動執行機構的基礎上增加了一個快速排氣閥，用以把A腔中的氣體快速排出，加快了執行機構的關閉速度（圖6）。當閥門需要開啟時電磁閥帶電，氣體通過氣源處理三聯件經過電磁閥和快速排氣閥進入執行機構的A腔，壓縮彈簧推動活塞左行，閥門開啟。當閥門需要關閉時電磁閥失電換向，氣體被截止，A腔中的氣體在彈簧的壓力下經快速排氣閥快速排出，活塞右行閥門快速關閉。
3.3 調節型
調節型的氣動執行器可以接收系統發出的電流、電壓或氣流信號（其中電流信號比較普遍），根據信號的大小調整閥門的開度，并可根據用戶要求將閥門的開度以信號的形式反饋給系統形成一個閉環控制。將普通型氣動執行機構中的電磁閥換成電－氣定位器或氣－氣定位器執行機構就組成了調節型氣動執行機構（圖7）。由于不同廠家的定位器設定的出廠參數默認值不同，需根據用戶要求進行調整。
4 設計
設計氣動執行機構時，應注意氣源壓力是否與氣動元件的壓力相匹配，以免損傷元器件。選用電磁閥時注意用戶能夠提供的電源電壓，電壓不匹配，電磁閥不能正常工作，還會受到損壞。環境溫度不應超過電磁閥的允許使用溫度。定位器前的氣源處理元件不應加油霧器，以免損傷定位器。對于快速開啟或關閉的執行機構應在末端設有緩沖裝置。
5 結語
氣動執行機構造價低，啟閉速度快，無污染，宜于實現自動控制，是一種可以滿足不同事故狀態要求的執行機構，將得到越來越廣泛的應用。
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