气动执行机构减压控制简介

1.气动薄膜式执行机构

气动执行器常用的有薄膜式和活塞式两大类。其中气动薄膜式执行机构使用弹性膜片将输入气压转变为对推杆的推力，通过推杆使阀心产生相应的位移，改变阀的开度。薄膜式通常单端进气、弹簧复位，对于不同的进气方向又分为气开式（FO）型（进气打开阀门，失气弹簧复位关闭阀门）和气关式（FC）型（进气关闭阀门，失气弹簧复位打开阀门）。

气开是指信号压力增加，阀门开度大；信号压力减小，阀门开度小；无信号压力，阀门全关；也称FC型。FC的含义是Fail closed，指故障时（能源中断）阀关闭。

气关是指信号压力增加，阀门开度小；信号压力减小，阀门开度大；无信号压力，阀门全开；也称FO型。FO的含义是Fail open，指故障时（能源中断）阀开启。

控制阀气开、气关的选择基于控制系统的安全原则。例如锅炉锅筒水位的控制如图6-2-2a所示，当供气中断时，应使给水阀全开，使得锅炉不致烧干引起爆炸，所以应该选气关阀。又如加热炉炉温的控制如图6-2-2b所示，当供气中断时，应使燃料阀全关，停止供应燃料油，不致使加热炉温度过高烧坏炉子，所以应该选气开阀。

图6-2-2 控制阀气开、气关的选择

a）锅炉锅筒水位控制 b）加热炉温度控制

由于薄膜式气动执行机构中的薄膜耐受压力较小，通常在2kg/cm²以下，因此，如果应用在力矩较大的调节阀上时，就必须增加薄膜的面积，使执行机构的体积变得十分庞大；而汽缸式执行机构的活塞和缸体均可以耐受较大的气源压力，而且缸体可以造得很长，因此可用在力矩大、行程长的阀门上。但汽缸也有它的缺点，由于活塞与缸体之间有相对运动，就有可能产生不可预见的摩擦力，如缸体锈蚀、密封圈张力不均匀等原因，使得执行机构卡涩造成调节失灵。而薄膜阀由于结构的特点，不会产生上述故障，这也是薄膜阀的优势。

气动执行机构控制装置的主要组成部件和功能如下：

1）减压阀：降低控制气源压力，以适宜执行机构的工作压力。

2）过滤器：滤去压缩空气中的水和其他杂质，保证进入电/气转换器、定位器以及执行机构的压缩空气的清洁。许多产品是减压阀和过滤器一体化设计。

3）电/气转换器（E/P）：将控制系统来的DC 4～20mA电流信号转换成3～15psi（0.2～1kg/cm²）的气压控制信号。

4）定位器：是阀位控制的核心部件，对调节阀的阀位进行精确控制。(www.xing528.com)

5）位置变送器：通过连杆与阀杆的位移同步产生转角移动，转换成DC 4～20mA电信号，线性地反映阀门的开度。

6）行程开关：通常安装在阀门的全开和全关位置，用以把发出阀门全开和全关的信号送到控制系统。

一个典型的气动薄膜执行机构主要由弹性薄膜、压缩弹簧和推杆组成。如图6-2-3上部所示。它通常接受0.2×10⁵～1.0×10⁵Pa的标准压力信号，并转换成推力。气动薄膜式执行机构的输出是位移，它与信号压力的关系为

pA=KL （6-2-1）

式中 p——通入气室的信号压力；

A——波纹膜片的有效面积；

K——弹簧的刚度；

L——执行机构的推杆位移。

当执行机构的规格确定后，A和K便为常数，因此执行机构的位移与信号压力成比例关系。当信号压力通入薄膜气室时，此压力乘上膜片的有效面积得到推力，使推杆移动，弹簧受压，直到弹簧产生的反作用力与薄膜上的推力相平衡为止。信号压力越大，推力越大，推杆的位移即弹簧的压缩量也就越大。推杆的位移范围就是执行机构的行程。推杆则从零走到全行程，阀门就从全开（或全关）到全关（或全开）。

2.气动活塞执行机构

为了充分利用气源压力来提高执行机构的输出力、减小其质量和尺寸，便产生了活塞执行机构。气动活塞式执行机构以汽缸内的活塞输出推力，由于汽缸允许压力较高，可获得较大的推力，并容易制成长行程的执行机构。

活塞执行机构一般局限于大推力应用上，使用的场合较少。这是因为过去的定位器气源压力为140～250kPa，而气源为700kPa压力的定位器的可靠性较差。现在的定位器既可用于140～250kPa的场合，又可用于700kPa的场合。