氣動控制閥 概述：
氣動控制閥因為其穩(wěn)定性好、維護簡單而廣泛應(yīng)用，可設(shè)計成平衡式消除了閥瓣上的大部分靜態(tài)不平衡力，并有一定的阻尼作用，可以減小流體流動引發(fā)振動，能用于壓差相對較大的場合，可選擇多彈簧氣動簿膜機構(gòu)或電動執(zhí)行機構(gòu)等。調(diào)節(jié)閥又名控制閥，在工業(yè)自動化過程控制領(lǐng)域中，通過接受調(diào)節(jié)控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變介質(zhì)流量、壓力、溫度、液位等工藝參數(shù)的zui終控制元件。一般由執(zhí)行機構(gòu)和閥門組成。如果按行程特點，調(diào)節(jié)閥可分為直行程和角行程；按其所配執(zhí)行機構(gòu)使用的動力，按其功能和特性分為線性特性，等百分比特性及拋物線特性三種。調(diào)節(jié)閥適用于空氣、水、蒸汽、各種腐蝕性介質(zhì)、泥漿、油品等介質(zhì)。調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量、壓力和液位。根據(jù)調(diào)節(jié)部位信號，自動控制閥門的開度，從而達到介質(zhì)流量、壓力和液位的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)閥分電動調(diào)節(jié)閥、氣動調(diào)節(jié)閥和液動調(diào)節(jié)閥等。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥調(diào)節(jié)閥由電動執(zhí)行機構(gòu)或氣動執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分組成。調(diào)節(jié)閥通常分為直通單座式調(diào)節(jié)閥和直通雙座式調(diào)節(jié)閥兩種，后者具有流通能力大、不平衡辦小和操作穩(wěn)定的特點，所以通常特別適用于大流量、高壓降和泄漏少的場合。、氣動調(diào)節(jié)閥就是以壓縮空氣為動力源，以氣缸為執(zhí)行器，并借助于電氣閥門定位器、轉(zhuǎn)換器、電磁閥、保位閥等附件去驅(qū)動閥門，實現(xiàn)開關(guān)量或比例式調(diào)節(jié)，接收工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的控制信號來完成調(diào)節(jié)管道介質(zhì)的：流量、壓力、溫度等各種工藝參數(shù)。氣動調(diào)節(jié)閥的特點就是控制簡單，反應(yīng)快速，且本質(zhì)安全，不需另外再采取防爆措施。給水系統(tǒng)中常用的減壓孔板只能減動壓，不能減靜壓；而給水減壓閥既可以減動壓，也可以減靜壓。給水減壓閥可以簡化給水系統(tǒng)，防止系統(tǒng)超壓，避免水擊，保護用水設(shè)備，節(jié)約用水。目前，給水減壓閥已廣泛應(yīng)用于各類分區(qū)給水系統(tǒng)中，尤其適用于高層建筑的生活及消防給水系統(tǒng)中。
1給水減壓閥的分類及原理
按照結(jié)構(gòu)形式分類，給水減壓閥分為比例式、可調(diào)式兩類，結(jié)構(gòu)示意參見圖1。
比例式的出口壓力與進口壓力是按照固定比例減壓的。比例式結(jié)構(gòu)簡單，閥體只有一個活動部件活塞，活塞在截留口的前后面積不同。隨著流量的變化，截留口產(chǎn)生的阻力損失隨著進口、出口的壓力差變化，截留口的縫隙也變化，保持進口、出口的壓力按照固定比例。當沒有流量時，閥體的截留口*關(guān)閉實現(xiàn)減靜壓。
比例式的減壓效果好，無需人工調(diào)節(jié)，閥體體積小，便于加工制作，價格低廉，安裝、維護簡便，使用壽命長，但出口壓力不能調(diào)節(jié)。
可調(diào)式的出口壓力可以按照需要進行調(diào)節(jié)，通過增強局部水頭損失以達到減壓的目的。進水通過截留口，降低的壓力作為反饋信號引到橡膠膜片下面，利用膜片與彈簧的力平衡關(guān)系，通過聯(lián)動閥芯使閥瓣保持在一定的開啟高度，得到相應(yīng)的阻力系數(shù)，使出水壓力達到設(shè)定值。當達到關(guān)閉截留口的設(shè)定值時，實現(xiàn)減靜壓。調(diào)節(jié)彈簧的平衡力可以靈活地調(diào)節(jié)出口壓力。
可調(diào)式的出口壓力相對穩(wěn)定，動作反應(yīng)靈敏，使用靈活，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，閥體體積大，價格較高。使用一段時間后，當出口壓力出現(xiàn)偏移時，可以調(diào)節(jié)后繼續(xù)使用。閥體內(nèi)彈簧和隔膜在使用一定年限后，會出現(xiàn)彈性疲勞和老化現(xiàn)象，需及時調(diào)整或更換。
給水減壓閥在給水系統(tǒng)中的應(yīng)用
氣動控制閥
一、氣動控制閥的分類
氣動控制閥是指在氣動系統(tǒng)中控制氣流的壓力、流量和流動方向，并保證氣動執(zhí)行元件或機構(gòu)正常工作的各類氣動元件。控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣壓力的元件稱為壓力控制閥。控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣流量的元件稱為流量控制閥。改變和控制氣流流動方向的元件稱為方向控制閥。除上述三類控制閥外，還有能實現(xiàn)一定邏輯功能的邏輯元件，包括元件內(nèi)部無可動部件的射流元件和有可動部件的氣動邏輯元件。在結(jié)構(gòu)原理上，邏輯元件基本上和方向控制閥相同，僅僅是體積和通徑較小，一般用來實現(xiàn)信號的邏輯運算功能。近年來，隨著氣動元件的小型化以及PLC控制在氣動系統(tǒng)中的大量應(yīng)用，氣動邏輯元件的應(yīng)用范圍正在逐漸減小。從控制方式來分，氣動控制可分為斷續(xù)控制和連續(xù)控制兩類。在斷續(xù)控制系統(tǒng)中，通常要用壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥來實現(xiàn)程序動作；連續(xù)控制系統(tǒng)中，除了要用壓力、流量控制閥外，還要采用伺服、比例控制閥等，以便對系統(tǒng)進行連續(xù)控制。氣動控制閥分類如圖4.1。
二、氣動控制閥和液壓閥的比較
（一）氣動控制閥 使用的能源不同
氣動元件和裝置可采用空壓站集中供氣的方法，根據(jù)使用要求和控制點的不同來調(diào)節(jié)各自減壓閥的工作壓力。液壓閥都設(shè)有回油管路，便于油箱收集用過的液壓油。氣動控制閥可以通過排氣口直接把壓縮空氣向大氣排放。
（二） 對泄漏的要求不同
液壓閥對向外的泄漏要求嚴格，而對元件內(nèi)部的少量泄漏卻是允許的。對氣動控制閥來說，除間隙密封的閥外，原則上不允許內(nèi)部泄漏。氣動閥的內(nèi)部泄漏有導致事故的危險。
對氣動管道來說，允許有少許泄漏；而液壓管道的泄漏將造成系統(tǒng)壓力下降和對環(huán)境的污染。
（三） 對潤滑的要求不同
液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)為液壓油，液壓閥不存在對潤滑的要求；氣動系統(tǒng)的工作介質(zhì)為空氣，空氣無潤滑性，因此許多氣動閥需要油霧潤滑。閥的零件應(yīng)選擇不易受水腐蝕的材料，或者采取必要的防銹措施。
（四） 壓力范圍不同
氣動閥的工作壓力范圍比液壓閥低。氣動閥的工作壓力通常為10bar以內(nèi)，少數(shù)可達到40bar以內(nèi)。但液壓閥的工作壓力都很高（通常在50Mpa以內(nèi)）。若氣動閥在超過zui高容許壓力下使用。往往會發(fā)生嚴重事故。
（五）氣動控制閥使用特點不同
一般氣動閥比液壓閥結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，易于集成安裝，閥的工作頻率高、使用壽命長。氣動閥正向低功率、小型化方向發(fā)展，已出現(xiàn)功率只有0.5W的低功率電磁閥。可與微機和PLC可編程控制器直接連接，也可與電子器件一起安裝在印刷線路板上，通過標準板接通氣電回路，省卻了大量配線，適用于氣動工業(yè)機械手、復(fù)雜的生產(chǎn)制造裝配線等場合。
三、 氣動控制閥的結(jié)構(gòu)特性
氣動控制閥的結(jié)構(gòu)可分解成閥體（包含閥座和閥孔等）和閥心兩部分，根據(jù)兩者的相對位置，有常閉型和常開型兩種。閥從結(jié)構(gòu)上可以分為：截止式、滑柱式和滑板式三類閥。
（一）截止式閥的結(jié)構(gòu)及特性
截止式閥的閥心沿著閥座的軸向移動，控制進氣和排氣。圖4.2所示為二通截止式閥的基本結(jié)構(gòu)。圖4.2a中，在閥的P口輸入工作氣壓后，閥芯在彈簧和氣體壓力作用下緊壓在閥座上，壓縮空氣不能從A口流出；圖4.2b為閥桿受到向下的作用力后，閥芯向下移動，脫離閥座，壓縮空氣就能從P口流向A口輸出。這就是截止式閥的切換原理。
圖4.3所示的閥為常通型結(jié)構(gòu)。圖4.3a為初始狀態(tài)，與圖4.2a相反，閥心在彈簧力作用
下離開閥座，壓縮空氣從P口流向A口輸出。圖4.3b為工作狀態(tài)，閥桿在向上的力作用下，閥心緊壓在閥座上關(guān)閉閥口，流道被關(guān)斷，A口沒有壓縮空氣流出。
圖4.4所示為三通截止式閥的結(jié)構(gòu)，閥有P、A、0三個孔口。圖4.4a為閥的初始狀態(tài)，閥心緊壓在上閥座上，P口和A口通路被關(guān)斷，A口和0口相通。閥的輸出A口沒有輸出。
圖4.4b為工作狀態(tài)。閥桿受力后使閥心離開上閥座而緊壓在下閥座上，關(guān)閉排氣O口，打開P口至A口之間的通道，壓縮空氣從P口流向A口輸出。圖4.4c所示為閥在切換過程中閥心所處的瞬態(tài)位置。此時，P、A、0三個孔口同時相通，而發(fā)生串氣現(xiàn)象。實際上，對于快速切換的閥，這種串氣現(xiàn)象對閥的動作不存在什么影響。但緩慢切換時，應(yīng)予以注意。
截止式閥的結(jié)構(gòu)決定了其開啟所需的時間較短，但開啟大口徑的閥則需較大的開啟力。因此截止式閥多用于小口徑的閥。需要大流量或高壓時，往往采取先導式的結(jié)構(gòu)。其方法是增加一個控制活塞，先導控制氣壓作用在活塞上產(chǎn)生的較大操縱力，以彌補上述缺點。
為了使截止式閥密封可靠，操縱方便，另一種方法是采用壓力平衡的方法，如圖4.5所示，在閥桿兩側(cè)增加了活塞，活塞受氣壓作用面積和閥心受壓面積相等，這種閥稱為壓力平衡式閥。由于初始狀態(tài)時，工作氣壓作用在閥桿上的合力為零，使開啟閥門的操作力大大降低。
（二）滑柱式閥的結(jié)構(gòu)及特性
滑柱式閥是用圓柱狀的閥心在圓筒形閥套內(nèi)沿軸向移動，從而切換氣路。圖4.6所示為滑柱式閥的基本結(jié)構(gòu)。圖4.6左圖為閥的初始狀態(tài)，滑柱在彈簧力的作用下右移。此時，壓縮空氣從輸人口P流向輸出口A，A口有氣壓輸出，B口無氣壓輸出。圖4.6右圖為閥的工作狀態(tài)；滑柱在操縱力作用下克服彈簧力左移，關(guān)斷P口和A口通路，接通P口和B口。于是，B口有輸出，A口無輸出。
滑柱式閥在結(jié)構(gòu)上只要稍稍改變閥套或滑柱的尺寸、形狀就能實現(xiàn)兩位四通和兩位五通閥的功能。
4.2 方向控制閥
一、方向控制閥概述
（一）操作方式
為了使閥換向，必須對閥心施加一定大小的軸向力。使其迅速移動改變閥心的位置。這種獲得軸向力的方式叫做換向閥的操作方式，或控制方式。通常可分為氣壓、電磁、人力和機械四種操作方式。
1．氣動控制閥氣壓操作
用氣壓力來獲得軸向力使閥心迅速移動換向的操作方式叫做氣壓操作。它按施加壓力的方式可分為加壓控制、卸壓控制、差壓控制和時間控制。
1）加壓控制是指施加在閥心控制端的壓力逐漸升到一定值時，使閥心迅速移動換向的控制，閥心沿著加壓方向移動。
2）卸壓控制是指施加在閥心控制端的壓力逐漸降到一定值時，閥心迅速換向的控制，常用作三位閥的控制。
3）差壓控制是指閥心采用氣壓復(fù)位或彈簧復(fù)位的情況下，利用閥心兩端受氣壓作用的面積不等（或兩端氣壓不等）而產(chǎn)生的軸向力之差值，使閥心迅速移動換向的控制。其原理如圖4.7所示，K1為控制氣壓口。
這種控制方式只需一個控制信號，故得到廣泛的應(yīng)用，可應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)的主閥．。氣壓復(fù)位省去了彈簧，提高了可靠性。差壓控制的特點是所控制的主閥不具有記憶功能，且控制信號和復(fù)位信號均須為長信號。
4）時間控制是指利用氣流向由氣阻（節(jié)流孔）和氣容構(gòu)成的阻容環(huán)節(jié)充氣，經(jīng)過一定時間后，當氣容內(nèi)壓力升至一定值時，閥心在差壓力作用下迅速移動換向的控制。
時間控制的信號輸出有脈沖信號和延時信號兩種。圖4.8所示為脈沖閥原理圖，在閥的P口輸入氣壓信號后，A口即有輸出，同時氣流經(jīng)節(jié)流孔向氣室充氣，當氣容內(nèi)的壓力上升到閥的切換壓力時，活塞向左移關(guān)斷P—A通路，A口無輸出，即閥的A口輸出為脈沖信號。脈沖信號的寬度決定于節(jié)流孔和氣室的大小。
圖4.9所示為一種二位三通延時換向閥結(jié)構(gòu)原理（常斷延時通型）。調(diào)節(jié)節(jié)流針閥的開度即可改變延時時間。
延時換向閥的輸出可組成四種型式：常斷延時通、常通延時斷，常斷延時斷及常通延時通。其輸出狀態(tài)和對應(yīng)的圖形符號如圖4.10所示。
2．電磁操作
用電磁力來獲得軸向力，使閥心迅速移動的換向控制方式稱為電磁操作。它按電磁力作用于主閥閥心的方式分為直動式和先導式兩種。
1）直動式電磁控制是用電磁鐵產(chǎn)生的電磁力直接推動閥心來實現(xiàn)換向的一種電磁控制閥。根據(jù)閥芯復(fù)位的控制方式可分為單電控和雙電控，其控制原理如圖4.11所示。圖4.11a、b為直動式單電磁控制彈簧復(fù)位方式。圖4.10c、d為直動式雙電磁控制方式。
2）先導式電磁控制是指由先導式電磁閥（一般為直動式電磁控制換向閥）輸出的氣壓力來操縱主閥閥芯實現(xiàn)閥換向的一種電磁控制方式。它實際上是一種由電磁控制和氣壓控制（加壓、卸壓、差壓等）的復(fù)合控制，通常稱為先導式電磁氣控。圖4.12所示為先導式電磁氣控換向閥原理，圖4.12a、b為單電控動作原理。圖4.12c、d為雙電控動作原理。
3．人力操作
用人力來獲得軸向力使閥迅速移動換向的控制方式稱作人力操作。人力控制可分為手動控制和腳踏控制等。按人力作用于主閥的方式可分為直動式、先導式。
4．機械操作
用機械力來獲得軸向力使閥芯迅速移動換向的控制方式稱作機械操作。按機械力作用于主閥的形式可分為直動式和先導式兩種。
（二）方向控制閥的通口數(shù)和基本機能
換向閥的基本機能就是對氣體的流動產(chǎn)生通、斷作用。一個換向閥具有同時接通和斷開幾個回路，可以使其中一個回路處于接通狀態(tài)而另一個回路處于斷開狀態(tài)，或者幾個回路同時被切斷。為了表示這種切換性能，可用換向閥的通口數(shù)（通路數(shù)）來表達。
1）二通閥 二通閥有兩個通口，即輸入口（用P表示）和輸出口（用A表示），只能控制流道的接通和斷開。根據(jù)P→A通路靜止位置所處的狀態(tài)又分為常通式二通閥和常斷式二通閥。
2）三通閥 三通閥有三個通口，除P、A口外，還有一個排氣口（用O表示）。根據(jù)P→A、A→0通路靜止位置所處的狀態(tài)也分為常通式和常斷式兩種三通閥。
3）四通閥 四通閥有四個通口，除P、A、0外。還有一個輸出口（用B表示）。流路為P→A、B→0，或P→B、A→0。可以同時切換兩個流路，主要用于控制雙作用氣缸。
4）五通閥 五通閥有五個通口，除P、A、B外，有兩個排氣口（用01、02表示）。其流路為P→A、B→02或P→B、A一01。這種閥與四通閥一樣作為控制雙作用氣缸用。這種閥也可作為雙供氣閥（即選擇閥）用，即將兩個排氣口分別作為輸入口Pl、P2。
此外，也有五個通口以上的閥，是一種性較強的換向閥，這里不作介紹。
（三） 方向控制閥的位數(shù)
位數(shù)是指換向閥的切換狀態(tài)數(shù)，有兩種切換狀態(tài)的閥稱作二位閥，有三種切換狀態(tài)的閥稱作三位閥。有三種以上切換狀態(tài)的閥稱作多位閥。常見換向閥的通路數(shù)與切換位置如表4.1所示。
1）二位閥 二位閥通常有二位二通、二位三通、二位四通、二位五通等。二位閥有兩種，一種是取消操縱力后能恢復(fù)到原來狀態(tài)的稱為自動復(fù)位式。另一種是不能自動復(fù)位的閥（除非加反向的操縱力），這種閥稱為記憶式。
2）三位閥 三位閥通常有三位三通、三位四通、三位五通等。三位閥中，中間位置狀態(tài)有中間封閉、中間卸壓、中間加壓三種狀態(tài)。表4.1所示為氣動換向閥的通路數(shù)與切換位置
數(shù)。
（四）方向控制閥的公稱通徑
閥的規(guī)格直接反映了閥的流通能力，是閥的一項基本參數(shù)，也是用戶選用換向閥的重要 依據(jù)之一。通常用其配管的公稱通徑來表示，另外也有用螺紋管接頭的公稱通徑來表示。表4.2列出了閥的常用公稱通徑及相應(yīng)的流量性能、接管螺紋等，供選用參考。
表4.2 閥的常用公稱通徑及相應(yīng)的流量性能、接管螺紋
公稱通徑/mm | 6 | 8 | 10 | 15 | 20 | 25 | 2 | 40 | 50 |
連接 螺紋 | 公制 | M10×1 | M14×1.5 | M18×1.5 | M22×1.5 | M27×2 | M33×2 | M42×2 | M50×2 | M60×2 |
英制 | G1/8 | G1/4 | G3/8 | Gl/2 | G3/4 | G1 | Gl 1/4 | G1 1/2 | G2 |
s值/mm2 | 10 | 20 | 40 | 60 | 110 | 190 | 300 | 400 | 650 |
KV（C）值 | 0.50 | 1.01 | 2.0 | 3.0 | 5.6 | 9.6 | 15.2 | 20.2 | 32.8 |
Cv值 | 0.59 | 1.18 | 2.4 | 3.5 | 6.5 | 11.2 | 17.7 | 23.6 | 38.3 |
額定流量/（m3/h） | 2.5 | 5 | 7 | 10 | 20 | 30 | 50 | 70 | 100 |
壓力降/MPa | ≤0.02 | ≤0.015 | ≤0.015 | ≤0.015 | ≤0．012 | ≤0.012 | ≤0.012 | ≤0.01 | ≤0.01 |
