阀门定位器的分类和应用

阀门定位器按其结构形式和工作原理，可以分为气动阀门定位器、电-气阀门定位器及智能式阀门定位器。

阀门定位器能够增大调节阀的输出功率，减少调节信号的传递滞后，加快阀杆的移动速度，能够提高阀门的线性度，克服阀杆的摩擦力，并消除不平衡力的影响，从而保证调节阀的正确定位。阀门定位器有以下用途。

图6-21 调节阀-执行机构-阀门定位器的安装示意

1—定位器上阀芯 2—阀芯杆 3—定位器下阀芯 4—三通阀 5—控制室 6—弹簧 7—凸轮 8—凸轮轴 9—螺母 10—执行机构 11—反馈连杆 12—调节阀 13—调节阀阀芯

1.利用阀门定位器消除滞后

由于摩擦力，气动执行机构有一个滞后的信号-行程特性。

由于在密封盒中，阀杆的摩擦，以及在阀盖中的导向杆和阀芯的摩擦，会出现明显的滞后。由于这些原因，在没有阀门定位器时，为保证调节阀的信号-行程特性曲线，规定了许用极限偏差范围，如图6-22所示。

滞后妨碍精确的信号-开度调节，为了消除滞后的影响，故在阀门上安装了阀门定位器。在这种情况下，信号-开度特性的滞后区大大缩小，如图6-23所示。

图6-22 芯型调节阀信号-开度特性的误差范围

图6-23 带阀定位器的调节阀信号-开度特性的误差范围

2.利用阀门定位器以消除不协调

调节阀有各种公称尺寸，又有各种开度（一个开度有几个近似直径）。为此，对每种行程需要一套执行机构。这样就要制造各种各样的执行机构，而这是不经济的。考虑到大直径调节阀，有时由于超压而产生很大的力。对于这类调节阀，不制造专门的执行机构，而只采用一个行程比阀门开度大的执行机构。同时安装一个阀门定位器。阀门定位器为各个开度确定了信号-开度关系（通过调节器）。执行机构的弹簧仅仅起到复位的作用。这类调节阀的公称尺寸≥DN200。

3.利用阀门定位器作为功率放大器

由于薄膜式气动执行机构空气室中的容量相当大，导致从调节单元到阀门控制信号传递的惯性（滞后）。为了消除这一缺点，应用带流量放大器的阀门定位器。

已知气动阀门定位器的供气压力比信号压力大得多，比如：对于普通调节阀的阀门定位器，其供气压力是0.14MPa，而对用于蝶形或球形调节阀的阀门定位器；供气压力可达到0.6MPa。

当阀芯机构遇到阻力时，执行机构的作用力能够增大到相应于进料供气的力，在要求阀座与阀芯机构密封的情况下，为了保险起见，要用一个阀门定位器。

在大多数情况下，阀门定位器在工艺过程中进行调节。但有时是为了调节阀制造过程的简化和节约。

4.获得一些特殊的信号-开度特性

在有些情况下，阀门定位器带有一个专用的盘形凸轮，用以建立一定的开度-信号特性。在这样的阀门定位器中，由于凸轮形状可使调节阀具有对数特性，而阀芯是线性特性的。

5.克服摩擦力和介质不平衡力

当调节阀用于高压管路和装置时，为了防止介质从阀杆填料处渗漏，经常把填料压盖压得比较紧。因此，在阀杆处产生很大的静摩擦力，使阀杆行程产生误差。配用阀门定位器之后，能够克服这些摩擦力的作用，也能克服介质不平衡力的作用，明显地改善了调节阀的基本特性。

6.用于高压差

当调节阀两端的压差Δp大于1MPa时，介质对阀芯产生较大的不平衡力。此力将破坏原来的工作位置，使控制系统产生扰动作用，尤其是对单座调节阀，其不平衡力大于双座调节阀。使用阀门定位器，可以提高输出压力，增大执行机构的输出力，克服不平衡力的作用。

7.用于高温或低温

当调节阀用于高温或低温管路和装置时，由于温度的影响，使阀杆与填料之间的摩擦力增大，使调节信号与阀门的行程之间产生较大的误差。配用阀门定位器之后，可以克服摩擦力的影响。

8.增加执行机构的动作速度

当调节器与调节阀相距较远时，气动信号管比较长。为了克服信号的传递滞后，可使用电-气阀门定位器，让调节器输出的电流信号直接转换成气压信号去操纵调节阀。在调节器与调节阀的距离超过60m时，效果比采用继动器要好得多。

9.用于调节阀公称尺寸较大的场合

当调节阀的公称尺寸大于DN100、蝶阀的公称尺寸大于DN250、球阀的公称尺寸大于DN150时，由于阀芯较重，阀芯截面大及执行机构气室容积增大，响应特性变差。改善特性的方法就是配用阀门定位器。(www.xing528.com)

10.用于活塞式执行机构的比例动作

没有弹簧平衡的活塞式执行机构，是两位式动作，即开启和关闭。要使这种执行机构具有比例动作，就要配用阀门定位器。可以用单向定位器（图6-24a）；也可以用双向定位器（图6-24b）。

图6-24 气动活塞执行机构的比例动作

a）用止回阀门定位器 b）用双向阀门定位器

11.实现调节阀的反向动作

当一台气关式调节阀需要改成气开式调节阀时，必须把阀芯反装，或采用反作用式执行机构。在现场这样改装比较麻烦，劳动强度较大，而且用户必须有一定的备件才能进行。如果利用阀门定位器，把气关改成气开，或者作相反的改变就比较容易。图6-25a所示为正作用式，输入信号0.02～0.1MPa，输出信号也为0.02～0.1MPa。阀杆行程从0→L，这种动作是正作用。图6-25b所示输入信号为0.02～0.1MPa，但输出信号为0.1～0.02MPa，阀杆行程为L→0，这就是反作用。

12.实现控制信号的分程

在蝶形调节阀和芯型调节阀上，安装阀门定位器，还能借助于阀门定位器实现控制信号的分程，即一个调节器的信号控制两个调节阀。在第一个阀门上利用一半压力（0.02～0.06MPa），而在第二个阀门上利用另一半压力（0.06～0.1MPa）。用另外一种说法是：全部信号的前一半给了第一个阀门，而后一半给了第二个阀门。这种阀门定位器原理如图6-26所示。

图6-25 正、反作用阀门定位器动作

a）气关调节阀（正作用） b）气开调节阀（反作用）

实际上这两种阀门定位器的区别，仅仅是凸轮的工作面不同。

13.改善调节阀的流量特性

调节阀的流量特性可以通过改变反馈凸轮的几何形状来改变。因为反馈凸轮的几何形状不一样，能改变调节阀对阀门定位器的反馈量，使阀门定位器的输出特性变化，从而改善调节器的输出信号与调节阀位移之间的关系，即修正了流量特性。

14.操作非标准信号的执行机构

当以调节器的标准信号为0.02～0.1MPa，操作非标准信号为0.04～0.2MPa的气动薄膜执行机构时，可以有两种方法：一种是在调节器与执行机构之间配用一个1∶2的气动继动器，把信号压力放大一倍（图6-27a）；另一种方法就是采用阀门定位器，只需把气源压力从0.14MPa提高到0.25MPa（图6-27b），就可以操纵非标准信号的执行机构。

图6-26 分程范围是0.02～0.06MPa和0.06～0.1MPa的阀门定位器原理图

1—调节器 2—气开阀 3—具有输出范围是0.02～0.06MPa的阀门定位器 4—具有输出范围是0.06～0.1MPa的阀门定位器 5—气关阀

图6-27 标准信号操作非标准信号执行机构的方法

a）采用继动器 b）采用定位器

15.用于气动、电动仪表的复合调节系统

在调节系统中，检测和调节仪表经常采用电动仪表，而执行机构又要求采用气动仪表。这是因为电动仪表信号结构快、灵敏度高，而气动调节阀则结构简单、使用方便，而且防爆。在这种系统中，必须有电-气转换器，把0～10mA的电流信号，转换为0.02～0.1MPa的压力信号。为保证阀门的定位作用，还要安装一个气动阀门定位器（图6-28），当然，也可以采用电-气阀门定位器（图6-29）。

图6-28 复合调节系统

图6-29 电-气阀门定位器

16.用于智能控制

智能式电-气阀门定位器小巧精致，功能齐全。由于微处理机和功能模块的使用，可以进行不同组合，实现指示、报警、行程限定、分程控制等功能。