气动控制阀原理(安装、维护)

气动调节阀是广泛应用于石油、化工、电力、冶金等工业企业的工业过程控制仪表之一。在化工生产中，调节阀是调节系统中必不可少的，是工业自动化系统的重要组成部分，如生产过程自动化的手脚。下面，让我们带您全面了解气动控制阀。...

龚佐元里

气动调节阀以压缩空气体为动力源，以气缸为执行机构，借助电动阀门定位器、转换器、电磁阀、位置阀等附件驱动阀门。，实现通断或比例调节，接收工业自动化控制系统的控制信号，调节管道介质的流量、压力、温度等各种工艺参数。气动控制阀具有控制简单、响应迅速、本质安全的特点，不需要额外的防爆措施。

气动控制阀的工作原理(图)

气动控制阀通常由气动执行机构和控制阀连接、安装和调试组成。气动执行机构可分为单作用执行机构和双作用执行机构两种类型。单作用执行器中有回位弹簧，但双作用执行器中没有回位弹簧。其中，单作用执行机构在失去原点或突然失效时，可自动回到阀门的初始开启或关闭状态。

根据动作形式，气动控制阀可分为两种类型，即常开型和常闭型。气动控制阀可以通过执行器的正反作用和阀门状态结构的不同装配方式来开启或关闭。

气动控制阀的动作方式

气开式(常闭式)是指当膜头空上的气压增大时，阀门向增大开度的方向移动，当达到输入气压上限时，阀门全开。反之，当空气体压力下降时，阀门向关闭方向移动，当没有输入空气体时，阀门完全关闭。通常，我们称空气开启调节阀为故障关闭阀。

空气关闭型(常开型)与空气开启型方向相反。当空气压增加时，阀门向关闭方向移动；空当气压降低或不存在时，阀门将打开或完全打开。一般来说，我们称气闭调节阀为失效开放阀。

气体开闭的选择是基于工艺生产的安全性。当空气供应被切断时，处于关闭位置或打开位置的调节阀是否安全？

例如，对于加热炉的燃烧控制，调节阀安装在燃气管道上，以根据炉子的温度或加热炉出口处被加热材料的温度来控制燃料供应。此时，用空气打开阀门更安全，因为一旦停止供气，关闭阀门比完全打开更合适。如果空气供应中断，燃油阀完全打开，过热将是危险的。另一个例子是由冷却水冷却的热交换装置。热材料通过与热交换器中的冷却水进行热交换而被冷却。调节阀安装在冷却水管上，冷却水的量由换热后物料的温度控制。当供气中断时，调节阀处于开启位置更安全，最好选择关气(即FO)调节阀。

阀门定位器

阀门定位器是调节阀的主要附件，与气动调节阀有很大的配合。它接收调节器的输出信号，然后用其输出信号控制气动调节阀。调节阀运动时，阀杆的位移通过机械装置反馈给阀门定位器，阀门位置状态通过电信号传递给上层系统。根据其结构和工作原理，阀门定位器可分为气动阀门定位器、电-气动阀门定位器和智能阀门定位器。

阀门定位器可以增加调节阀的输出功率，减少调节信号的传递滞后，加快阀杆的移动速度，提高阀门的线性度，克服阀杆的摩擦力，消除不平衡力的影响，从而保证调节阀的正确定位。

执行机构分为气动执行机构和电动执行机构，电动执行机构又可分为直行程和角行程。用于自动和手动打开和关闭各种切割门、风板等。

气动控制阀的安装原理

(1)气动控制阀的安装位置应距地面一定高度，阀门上下之间应留有一定的空空间，便于拆卸和维修阀门。对于装有气动阀门定位器和手轮的调节阀，必须保证操作、观察和调整方便。

(2)调节阀应安装在水平管道上，并自上而下垂直于管道。一般应支撑在阀门下方，以保证稳定性和可靠性。对于特殊场合，当需要在垂直管道上水平安装调节阀时，也应支撑调节阀(小口径调节阀除外)。安装时，避免给控制阀带来额外的应力)。

(3)调节阀的工作环境温度应为(-30 ~+60)，相对湿度不应大于95% 95%，相对湿度不应大于95%。

(4)调节阀前后位置应有直管段，长度不小于管径(10D)的10倍，避免阀门直管段过短影响流量特性。

(5)调节阀直径与工艺管道直径不同时，应采用异径管连接。安装小直径调节阀时，可采用螺纹连接。阀体上的流体方向箭头应与流体方向一致。

(6)设置旁路管道。目的是便于切换或手动操作，调节器可不停机检修。

(7)安装前，调节阀应彻底清除管道内的污物、焊渣等异物。

常见故障及处理

控制阀不工作。

首先确认气源压力是否正常，找出气源故障。如果气压正常，判断定位器或电/气转换器的放大器是否有输出；如果没有输出，放大器的恒定节流孔被堵塞，或者压缩空气体中的水分积聚在放大器的球阀处。用小细钢丝疏通定油门孔，清除污垢或清洁气源。如果以上都正常，有信号但无动作，则说明执行机构有故障或阀杆弯曲，或阀芯卡死。在这种情况下，必须拆下阀门进行进一步检查。

调节阀堵塞

如果阀杆往复行程较慢，可能会出现阀体内有粘性物质、结焦堵塞或填料压得过紧、PTFE填料老化、阀杆弯曲划伤等情况。调节阀堵塞多发生在新投运系统和检修运行初期。节流、导流部位管道内焊渣、铁锈堵塞导致介质循环不畅，或调节阀维修时填料过紧导致摩擦力增大，导致小信号不动作，大信号动作过度的现象。

在这种情况下，可以快速打开和关闭二次线或调节阀，这样赃物就可以被二次线或调节阀上的介质冲走。此外，还可以用管钳夹住阀杆，在外部信号压力的情况下，可以用力前后旋转阀杆，使阀芯闪过夹子。如果解决不了问题，可以增加气源压力，增加驱动力，反复上下移动几次来解决问题。如果它仍然不能运行，就需要拆卸控制阀。当然，这项工作需要很强的专业技能，必须在专业技术人员的协助下完成，否则后果会更严重。

阀门泄漏

调节阀一般有几种泄漏情况，如调节阀内部泄漏、填料泄漏、阀芯和阀座变形引起的泄漏，下面分别分析。

1.阀门泄漏

阀杆长度不合适，气动阀阀杆过长，阀杆向上(或向下)距离不足，导致阀芯与阀座之间空间隙，接触不充分，因松动导致内漏。同样，空气关断阀的阀杆过短，也会导致阀芯与阀座之间产生空间隙，不能完全接触，造成关紧，内部泄漏。解决方法:调节阀的阀杆应缩短(或加长)，使调节阀的长度合适，使其不会在内部泄漏。

2.汽封漏汽

填料放入填料函后，通过压盖对其施加轴向压力。由于填料的塑性变形，产生径向力，与阀杆紧密接触，但这种接触不是很均匀，有的零件松动，有的零件紧，甚至有的零件根本不接触。在调节阀的使用过程中，阀杆和填料之间存在相对运动，这种运动称为轴向运动。在使用中，受高温、高压、高渗透流体介质的影响，控制阀的填料函也是经常发生泄漏的部位。填料泄漏的主要原因是界面泄漏，纺织填料会有泄漏(压力介质沿着填料纤维之间的微小间隙向外泄漏)。阀杆和填料之间的界面泄漏是由填料接触压力的逐渐衰减和填料本身的老化引起的。此时，压力介质将沿着填料和阀杆之间的接触间隙泄漏出去。

为了便于填料，将填料函顶部倒角，并在填料函底部放置一个抗侵蚀间隙小的金属保护环。注意保护环与填料的接触面不能倾斜，防止填料被介质压力推出。填料函与填料接触部分的表面应抛光，以提高表面光洁度，减少填料磨损。柔性石墨作为填料是因为其气密性好，摩擦小，长期使用后变化小，磨损和烧损小，易于维护，压盖螺栓再次拧紧后摩擦无变化，耐压耐热性能好，内部介质无腐蚀，与阀杆和填料函接触的金属无点蚀或腐蚀。这样就有效地保护了阀杆填料函的密封，保证了填料密封的可靠性，大大提高了使用寿命。

3.阀芯和阀座变形和泄漏

阀芯和阀座泄漏的主要原因是调节阀生产过程中的铸造或锻造缺陷会导致腐蚀加剧。腐蚀性介质的通过和流体介质的冲刷也会造成调节阀的泄漏。腐蚀主要以侵蚀或气蚀的形式存在。当腐蚀性介质通过调节阀时，会腐蚀和冲击阀芯和阀座的材料，使阀芯和阀座变成椭圆形或其他形状。随着时间的推移，会导致阀芯和阀座不匹配，会出现缝隙，如果阀芯和阀座没有关紧就会导致泄漏。

关闭阀芯和阀座的选材。选择耐腐蚀材料，坚决消除有麻点、沙眼等缺陷的产品。如果阀芯和阀座变形不太严重，可以用细砂纸打磨，消除痕迹，提高密封光洁度，提高密封性能。如果损坏严重，更换新的阀门。

振动

控制阀的弹簧刚度不足，控制阀输出信号的不稳定和急剧变化容易引起控制阀振荡。另外，所选阀门的频率与系统的频率相同，或者管道和底座剧烈振动，导致调节阀相应振动。选型不当，调节阀在小开度下工作时，流阻、流速、压力都有剧烈变化，超过阀门刚度时，稳定性变差，严重时甚至出现振荡。

因为振荡的原因很多，需要具体问题具体分析。轻微的振动可以通过增加刚度来消除，如选择大刚度弹簧的调节阀，采用活塞执行机构结构。管道和底座振动剧烈，可通过增加支撑消除振动干扰；当阀门频率与系统频率相同时，更换不同结构的调节阀；小开度工作引起的振荡是由于选择不当引起的，具体来说，由于阀门的循环能力C值过大，必须重新选择，应选择循环能力C值较小的阀门或采用分体控制或亲子阀，以克服控制阀小开度工作引起的振荡。

调节阀有噪音。

当流体流过调节阀时，如果前后压差过大，会对阀芯、阀座等部位产生气蚀，使流体产生噪音。如果流量值过大，需要重新选择合适流量的调节阀，以克服控制阀在小开度下工作时产生的噪音。以下是几种消除噪音的方法。

1、消除共振噪声的方法

只有调节阀产生共振，才能有能量叠加，产生100分贝以上的强噪音。有的特点是振动强、噪音低、振动弱、噪音很大；有些有很大的振动和噪音。这种噪音产生频率为3000 ~ 7000赫兹的单音声音。显然，如果消除共振，噪声自然会消失。

2.消除空化噪声的方法

空化是水动力噪声的主要来源。空，气泡破裂产生高速撞击，在局部引起强烈的湍流和空化噪声。这种噪音的频率范围很广，会产生嘎嘎声，类似于流体中的砂石发出的声音。消除和减少气蚀是消除和减少噪声的有效途径。

3.采用厚壁管道法。

厚壁管是声路处理方法之一。使用薄壁可增加噪音5分贝，使用厚壁管可减少噪音0 ~ 20分贝。相同管径的壁越厚，相同壁厚的管径越大，降噪效果越好。比如DN200管道壁厚分别为6.25、6.75、8、10、12.5、15、18、20、21.5mm时，噪声可分别降低-3.5、-2(即提高)、0、3、6、8、11、13、14.5分贝。当然，墙越厚，成本越高。

4.采用吸声材料法。

这也是一种常见且最有效的声音路径处理方法。吸声材料可以用来覆盖噪声源和阀门后面的管道。必须指出的是，由于噪音会通过流体流动传播很长一段距离，所以无论在哪里包装吸声材料和使用厚壁管道，消除噪音的效果都会终止。这种方法适用于噪声不是很高，管道不是很长的情况，因为这是一种比较昂贵的方法。

5.串联消音器法

适用于消声空气动噪声，可有效消除流体内部的噪声，抑制传递到固体边界层的噪声级。这种方法对于阀门前后质量流量大或压降比高的地方最为有效和经济。采用吸收式串联消声器可以大大降低噪声。然而，在经济上，衰减一般限制在25分贝左右。

6.隔音盒法

用隔声箱、房屋、建筑物隔离内部的噪声源，使外部环境的噪声降低到可接受的范围。

7.串联节流法

当调节阀的压力比高(△P/P1≥0.8)时，采用串联节流方式，即总压降分散在调节阀和阀后固定节流元件上。例如，使用扩散器和多孔限流板是降低噪音的最有效方法。为了获得最佳的扩散器效率，扩散器(实体的形状和尺寸)必须根据每个零件的安装进行设计，以便阀门产生的噪声水平与扩散器产生的噪声水平相同。

8.选择低噪音阀门。

低噪音阀门根据流体通过阀芯和阀座的曲折流路(多通道和多通道)逐渐减速，避免在流路中的任何一点产生超音速。有各种形式和结构的低噪音阀门(有些是为特殊系统设计的)可供使用。噪音不是很大的时候，低噪音的套筒阀可以降低噪音10 ~ 20分贝，是最经济的低噪音阀门。

阀门定位器故障

常见的定位器工作原理是机械力平衡原理，即喷嘴挡板技术，主要有以下几种故障类型:

(1)由于机械力平衡原理，运动部件多，容易受到温度和振动的影响，引起调节阀的波动；

(2)采用喷嘴挡板技术，由于喷嘴孔很小，容易被灰尘或不洁气源堵塞，使定位器无法正常工作；

(3)利用力平衡原理，弹簧的弹性系数在不良场中会发生变化，导致控制阀的非线性，控制品质下降。

(4)智能定位器由微处理器(CPU)、A/D、D/A转换器等部件组成。其工作原理与普通定位器大不相同。给定值和实际值的比较纯粹是电信号，不是力平衡。因此，可以克服传统定位器力平衡的缺陷。但是，在紧急停车情况下使用时，如紧急切断阀、紧急释放空阀等。，这些阀门需要固定在某个位置。只有在紧急情况发生时，才需要可靠地动作，长时间停留在某个位置，很容易导致电转换器失控、小信号不动作的危险情况。另外。阀门所用的位置感应电位器在现场工作，电阻值容易变化，导致小信号不动，大信号全开的危险情况。因此，为了保证智能定位器的可靠性和可用性，必须对其进行频繁测试。