氣動(dòng)法蘭式球閥設(shè)計(jì)選型方案

【資料簡(jiǎn)介】

一，氣動(dòng)法蘭式球閥設(shè)計(jì)選型方案管路設(shè)計(jì)
是一個(gè)單轉(zhuǎn)90°轉(zhuǎn)換閥。氣動(dòng)執(zhí)行器（氣動(dòng)頭）在氣源壓力的作用下推動(dòng)活塞以驅(qū)動(dòng)閥門執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作。氣動(dòng)閥門使用0.3到0.8 MPa的供氣壓力。它們通常配備以下組件來(lái)過(guò)濾減壓閥，電磁閥，限位開關(guān)，氣動(dòng)頭和其他組件。根據(jù)閥門的故障，閥門的作用將分為氣動(dòng)閥門，單作用和雙作用球閥兩類。氣動(dòng)球閥廣泛適用于天然氣、油品、化工、冶金、造紙、電力、礦業(yè)、印染、生物制藥、日用化工、食品飲料、水處理及空氣處理等行業(yè)的流體控制或調(diào)節(jié)控制，與自動(dòng)化氣動(dòng)儀表配套使用。   單作用氣動(dòng)執(zhí)行器學(xué)名彈簧活塞式氣缸，常用于對(duì)管路系統(tǒng)對(duì)開關(guān)閥有需要自動(dòng)復(fù)位的場(chǎng)所。氣動(dòng)單作用執(zhí)行器工作原理：?jiǎn)巫饔脷鈩?dòng)執(zhí)行器內(nèi)部帶有圓柱形高強(qiáng)度彈簧，在突然斷氣的情況下，依靠彈簧的彈性作用氣缸活塞推動(dòng)氣缸連桿恢復(fù)到出廠設(shè)置位置。單作用氣動(dòng)閥門出廠前均會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況設(shè)置閥常開或常閉狀態(tài)，常開型：通氣關(guān)、斷氣開，常閉型：通氣開、斷氣關(guān)。單作用氣缸特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、有效行程小、耗氣量少。

       雙作用氣動(dòng)執(zhí)行器學(xué)名氣動(dòng)活塞式氣缸，雙作用氣動(dòng)執(zhí)行器是指由內(nèi)部?jī)蓚€(gè)活塞分別輸入壓縮空氣，以實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)的氣動(dòng)執(zhí)行器。雙作用氣動(dòng)執(zhí)行器對(duì)比單作用市場(chǎng)應(yīng)用量要大得多的多。氣動(dòng)雙作用執(zhí)行器工作原理：因雙作用氣動(dòng)執(zhí)行器與單作用不同沒有復(fù)位彈簧，所以需要?dú)飧椎幕钊斑M(jìn)或者后退都能輸出力，推力或者拉力。氣源從活塞上腔進(jìn)時(shí),連桿向下運(yùn)動(dòng)。氣源從活塞下腔進(jìn)時(shí),連桿向上運(yùn)動(dòng)。雙作用氣缸特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、行程可根據(jù)需要選擇。需要注意的是氣缸若不帶緩沖裝置，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到終端時(shí)，特別是行程長(zhǎng)的氣缸，活塞撞擊端蓋的力量很大，容易損壞零件。

氣動(dòng)閥門執(zhí)行器接口尺寸主要有五種分別為：

內(nèi)螺紋2分=G1/4"，6.6mm；

內(nèi)螺紋3分=G3/8"，9.5mm；

內(nèi)螺紋4分=G1/2"，12.7mm；

內(nèi)螺紋6分=G3/4"，19.1mm；

內(nèi)螺紋1寸=G1"，25.4mm。

       兩類氣缸屬氣動(dòng)雙作用應(yīng)用，因其體積小、重量輕、開關(guān)速度快，常用于氣動(dòng)軟密封對(duì)夾蝶閥D671X、氣動(dòng)鑄鋼球閥Q641F等開關(guān)閥門上。

氣動(dòng)法蘭式球閥設(shè)計(jì)選型方案工作原理圖
圖1雙作用氣動(dòng)球閥工作原理圖（1.氣動(dòng)頭2.電磁閥3.過(guò)濾器減壓閥4.空氣源）
是雙作用氣動(dòng)球閥的示意圖。壓縮空氣（氣源）首先通過(guò)過(guò)濾減壓閥，除去其中含有的水分，油和固體塵粒，并將系統(tǒng)壓力調(diào)整到設(shè)定值以提供穩(wěn)定的空氣壓力。然后，氣體從端口b流入電磁閥入口端口a，進(jìn)入氣動(dòng)頭，推動(dòng)活塞，排氣通道為d-E。線圈通電后，電磁閥改變方向，氣體從端口d流向氣動(dòng)頭。將活塞向相反方向推行動(dòng)，排氣管道是b?c。
單作用氣動(dòng)球閥的工作原理圖
單作用氣動(dòng)球閥工作原理圖（1.氣動(dòng)頭2.電磁閥3.過(guò)濾器減壓閥4.空氣源）
是的示意圖。如前所述，壓縮空氣首先通過(guò)過(guò)濾減壓閥。當(dāng)電磁閥的線圈通電時(shí)，氣體流入電磁閥的入口a，并從端口b流入氣動(dòng)頭。 ，推動(dòng)活塞作用，同時(shí)氣動(dòng)頭內(nèi)彈簧被壓縮。當(dāng)發(fā)生故障（失電或斷電）時(shí)，電磁閥恢復(fù)彈簧位置，氣源被阻塞，氣動(dòng)頭彈簧釋放壓縮力，活塞向相反方向移動(dòng)。排氣通道為b? c，可以將閥門停在設(shè)定的開啟或關(guān)閉位置，以防止事故發(fā)生。
其次，氣動(dòng)球閥的常見需求和解決方案
為了滿足不同類型的管道系統(tǒng)，有必要選擇相應(yīng)的管道系統(tǒng)。 “表1”是普通氣動(dòng)元件的選擇原則。

《表 1》 氣動(dòng)元件的選型原則

序號(hào)	要求	解決方案
1	普通型，發(fā)生故障時(shí)，閥門保位	雙作用氣動(dòng)頭、過(guò)濾減壓閥、電磁閥、限位開關(guān)（通過(guò)電磁閥與氣動(dòng)頭的不同連接，可實(shí)現(xiàn)斷電狀態(tài)下，閥門的開啟/關(guān)閉要求）
2	普通型，故障位置開/故障位置關(guān)	單作用氣動(dòng)頭、過(guò)濾減壓閥、電磁閥、限位開關(guān)
3	符合 NAMUR 結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)	選用符合 NAMUR 接口的氣動(dòng)頭、電磁閥、限位開關(guān)
4	手動(dòng)操作功能	配氣動(dòng)手輪或者液壓手動(dòng)泵等
5	電磁閥帶手動(dòng)操作	選用帶手動(dòng)功能的電磁閥
6	閥門快速開啟/關(guān)閉	選用大流量的過(guò)濾減壓閥、電磁閥，加大鋼管直徑，在氣動(dòng)頭出氣口增加快排閥1以及電磁閥控制大口徑氣控閥等
7	閥門開關(guān)時(shí)可調(diào)	增加調(diào)節(jié)閥（針閥）或者阻尼器
8	現(xiàn)場(chǎng)無(wú)電源或禁電	將電磁閥換成氣控閥
9	現(xiàn)場(chǎng)防爆、防水、防腐蝕等	選用相應(yīng)等級(jí)的氣動(dòng)頭、電磁閥、限位開關(guān)、連接件等
10	閥門/關(guān)度可調(diào)	選用定位器代替電磁閥、限位開關(guān)
11	雙作用氣缸實(shí)現(xiàn)單作用功能	增加氣罐、氣控閥等元件
12	現(xiàn)場(chǎng)禁銅	不選用含銅的氣動(dòng)元件，如銅管、銅管接頭、銅電磁閥
13	增加電磁閥可靠性	選用兩個(gè)或者更多電磁閥控制

氣動(dòng)球閥廣泛適用于天然氣、油品、化工、冶金、造紙、電力、礦業(yè)、印染、生物制藥、日用化工、食品飲料、水處理及空氣處理等行業(yè)的流體控制或調(diào)節(jié)控制，與自動(dòng)化氣動(dòng)儀表配套使用。   單作用氣動(dòng)執(zhí)行器學(xué)名彈簧活塞式氣缸，常用于對(duì)管路系統(tǒng)對(duì)開關(guān)閥有需要自動(dòng)復(fù)位的場(chǎng)所。氣動(dòng)單作用執(zhí)行器工作原理：?jiǎn)巫饔脷鈩?dòng)執(zhí)行器內(nèi)部帶有圓柱形高強(qiáng)度彈簧，在突然斷氣的情況下，依靠彈簧的彈性作用氣缸活塞推動(dòng)氣缸連桿恢復(fù)到出廠設(shè)置位置。單作用氣動(dòng)閥門出廠前均會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況設(shè)置閥常開或常閉狀態(tài)，常開型：通氣關(guān)、斷氣開，常閉型：通氣開、斷氣關(guān)。單作用氣缸特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、有效行程小、耗氣量少。

       雙作用氣動(dòng)執(zhí)行器學(xué)名氣動(dòng)活塞式氣缸，雙作用氣動(dòng)執(zhí)行器是指由內(nèi)部?jī)蓚€(gè)活塞分別輸入壓縮空氣，以實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)的氣動(dòng)執(zhí)行器。雙作用氣動(dòng)執(zhí)行器對(duì)比單作用市場(chǎng)應(yīng)用量要大得多的多。氣動(dòng)雙作用執(zhí)行器工作原理：因雙作用氣動(dòng)執(zhí)行器與單作用不同沒有復(fù)位彈簧，所以需要?dú)飧椎幕钊斑M(jìn)或者后退都能輸出力，推力或者拉力。氣源從活塞上腔進(jìn)時(shí),連桿向下運(yùn)動(dòng)。氣源從活塞下腔進(jìn)時(shí),連桿向上運(yùn)動(dòng)。雙作用氣缸特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、行程可根據(jù)需要選擇。需要注意的是氣缸若不帶緩沖裝置，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到終端時(shí)，特別是行程長(zhǎng)的氣缸，活塞撞擊端蓋的力量很大，容易損壞零件。

氣動(dòng)閥門執(zhí)行器接口尺寸主要有五種分別為：

內(nèi)螺紋2分=G1/4"，6.6mm；

內(nèi)螺紋3分=G3/8"，9.5mm；

內(nèi)螺紋4分=G1/2"，12.7mm；

內(nèi)螺紋6分=G3/4"，19.1mm；

內(nèi)螺紋1寸=G1"，25.4mm。

       兩類氣缸屬氣動(dòng)雙作用應(yīng)用，因其體積小、重量輕、開關(guān)速度快，常用于氣動(dòng)軟密封對(duì)夾蝶閥D671X、氣動(dòng)鑄鋼球閥Q641F等開關(guān)閥門上。

氣動(dòng)球閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：

　　◆氣動(dòng)執(zhí)行器：采用新型系列GT型氣動(dòng)執(zhí)行器，有雙作用式和單作用式（彈簧復(fù)位），齒輪齒條傳動(dòng)，安全可靠；大口徑閥門采用系列HAW型氣動(dòng)執(zhí)行器拔叉式傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)合理，輸出扭矩大，有雙作用式和單作用式（彈簧復(fù)位）；參考本公司氣動(dòng)執(zhí)行器樣本。

　　◆殼體結(jié)構(gòu)：固定式球閥的閥體根據(jù)用戶需要及實(shí)際工況條件的不同可設(shè)計(jì)為鑄造結(jié)構(gòu)、鍛造結(jié)構(gòu)及全焊接結(jié)構(gòu)三種形式，其中全焊接結(jié)構(gòu)的球閥主要適用于埋地使用。

　　◆ *的閥座密封結(jié)構(gòu)：

　　浮動(dòng)式球閥采用唇型彈性密封圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證密封的可靠性，對(duì)于低壓、超低壓或真空；正況用球閥，采用板簧加載的閥座密封結(jié)構(gòu)，能確保球閥可靠的密封。中、高溫球閥的閥座材料可選用對(duì)位聚苯或金屬材料。

　　固定式球閥根據(jù)壓力的大小、介質(zhì)性質(zhì)及密封要求的不同而選擇球前密封結(jié)構(gòu)、球后密封結(jié)構(gòu)或前后雙密封結(jié)構(gòu)。中、高溫球閥的閥座材料可選用對(duì)位聚苯或金屬材料。

　　◆阻塞與排泄：當(dāng)閥門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，上下游側(cè)的閥座使液體阻斷，閥體中腔的積滯物可以通過(guò)排泄裝置進(jìn)行排泄。

　　◆自動(dòng)泄壓結(jié)構(gòu)：當(dāng)中腔壓力出現(xiàn)異常升高現(xiàn)象時(shí)，中腔介質(zhì)能依靠本身的推力推動(dòng)閥座而自動(dòng)泄壓，從而確保閥提安全。

　　◆閥桿的可靠密封：閥桿采用有倒密封的下裝式結(jié)構(gòu)，倒密封的密封力隨介質(zhì)壓力增高而增大，故能確保閥桿的可靠密封，而且，當(dāng)閥桿異常升壓時(shí)，閥桿不會(huì)噴出。

　　◆防火結(jié)構(gòu)：根據(jù)工況及用戶的需要，球閥可設(shè)計(jì)為防火結(jié)構(gòu)。球閥的耐火設(shè)計(jì)執(zhí)行API607及JB/T6899等標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，一旦發(fā)生火災(zāi)而使軟密封圈燒損時(shí)，球閥的防火結(jié)構(gòu)可阻止介質(zhì)的大量泄漏，防止火災(zāi)的進(jìn)一步擴(kuò)大。

　　◆防靜電結(jié)構(gòu)：當(dāng)操作閥門時(shí)，由于球體和閥座之間的磨擦，會(huì)產(chǎn)生牛靜電電荷并積聚在球體上，為防止產(chǎn)生靜電火花，特在閥門上設(shè)置靜電裝置，將積聚在球體上的電荷導(dǎo)出。

　　全通徑結(jié)構(gòu)及縮徑結(jié)構(gòu)：為滿足用戶的不同需要，本公司球閥產(chǎn)品有全通徑和縮徑兩種系列。全通徑球閥的通道內(nèi)徑與管道內(nèi)徑一致，便于清掃，而縮徑系列球閥的重量相對(duì)較輕，但流阻力僅為相同口徑截止閥1/7左右，故縮徑系列球閥的應(yīng)用前景較為廣闊。

三是氣動(dòng)法蘭式球閥設(shè)計(jì)選型方案氣動(dòng)元件的選擇
1.氣動(dòng)頭選擇
在選擇氣動(dòng)頭時(shí)，首先要確定它是單作用氣動(dòng)頭還是雙作用氣動(dòng)頭。然后，根據(jù)氣門運(yùn)行條件，氣源壓力和其他參數(shù)，選擇符合輸出轉(zhuǎn)矩要求的氣動(dòng)頭。
為了說(shuō)明氣動(dòng)頭的選型過(guò)程：選擇球閥16×14BS15J，實(shí)際壓力為19.5MPa;氣動(dòng)頭的選擇為：EMERSON，單作用，故障位置關(guān)閉，氣源壓力為0.55MPa。
檢查“球閥扭矩表”，可用數(shù)據(jù)，參見“表2”。
以安全系數(shù)1.4為例，閥門各位置的扭矩值見表3。
根據(jù)EMERSON產(chǎn)品目錄，氣動(dòng)頭型號(hào)為G7028-SR4-CW。如表3所示，每個(gè)扭矩值都大于閥門相應(yīng)的扭矩值并符合要求。

《表 2》 球閥扭矩?cái)?shù)據(jù)

智能扭矩計(jì)算		全壓下的計(jì)算扭矩 / N·m	實(shí)際壓力 / MPa	實(shí)際壓力下的計(jì)算扭矩 / N·m
口徑 / in	磅級(jí) / Lb
14	1500	21000	19.5	16058.82

《表 3》 扭矩值

閥門位置	VBTO	VRTO	VETO	VBTC	VRTC	VETC
執(zhí)行器位置	ABTO	ARTO	AETO	ABTC	ARTC	AETC
16×14BS15J	22484	13490	16863	20236	13490	20236
G7028-SR4-CW	42955	18558	28223	34732	14578	21404

2. 電磁閥選型
電磁閥選型的時(shí)候，要注意電磁閥的特征參數(shù)是否滿足需要，如壓力范圍、流通介質(zhì)、工作溫度、流通系數(shù)、電壓、防爆要求以及其他功能等。
3. 過(guò)濾減壓閥選型
過(guò)濾減壓閥選型的時(shí)候，要注意過(guò)濾減壓閥的壓力范圍、流通介質(zhì)、工作溫度、排水裝置（自排、手排）及濾芯精度等。
4. 限位開關(guān)選型
限位開關(guān)選型的時(shí)候，要注意反饋方式（機(jī)械式、感應(yīng)式）、位置指示的顏色是否符合要求，以及是否符合相應(yīng)的防爆等級(jí)等。