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什么是气动执行器?原理、分类、选型一篇搞定!

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一、气动执行器概述

气动执行器是用气压力驱动启闭或调节阀门的执行装置,又被称气动执行机构或气动装置,不过一般通俗的称之为气动头。气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体,其执行机构有薄膜式、活塞式、拨叉式和齿轮齿条式。


活塞式行程长,适用于要求有较大推力的场合;而薄膜式行程较小,只能直接带动阀杆。拨叉式气动执行器具有扭矩大、空间小、扭矩曲线更符合阀门的扭矩曲线等特点,但是不很美观;常用在大扭矩的阀门上。齿轮齿条式气动执行机构有结构简单,动作平稳可靠,并且安全防爆等优点,在发电厂、化工,炼油等对安全要求较高的生产过程中有广泛的应用。


二、气动执行器工作原理

1.双作用气动执行器工作原理图

当气源压力从气口(2)进入气缸两活塞之间中腔时,使两活塞分离向气缸两端方向移动,两端气腔的空气通过气口(4)排出,同时使两活塞齿条同步带动输出轴 (齿轮)逆时针方向旋转。反之气源压力从气口(4)进入气缸两端气腔时,使两活塞向气缸中间方向移动,中间气腔的空气通过气口(2)排出,同时使两活塞齿条同步带动输出轴(齿轮)顺时针方向旋转。(如果把活塞相对反方向安装,输出轴即变为反向旋转)


2.单作用气动执行器工作原理图

当气源压力从气口(2)进入气缸两活塞之间中腔时,使两活塞分离向气缸两端方向移动,迫使两端的弹簧压缩,两端气腔的空气通过气口(4)排出,同时使两活塞齿条同步带动输出轴(齿轮)逆时针方向旋转。在气源压力经过电磁阀换向后,气缸的两活塞在弹簧的弹力下向中间方向移动,中间气腔的空气从气口(2)排出,同时使两活塞齿条同步带动输出轴(齿轮)顺时针方向旋转。(如果把活塞相对反方向安装,弹簧复位时输出轴即变为反向旋转)。


三、气动执行器的分类

1.薄膜式执行机构

薄膜式执行机构最为常用,它可以用作一般控制阀的推动装置,组成气动薄膜式执行器。气动薄膜式执行机构的信号压力p作用于膜片,使其变形,带动膜片上的推杆移动,使阀芯产生位移,从而改变阀的开度。它结构简单,价格便宜,维修方便,广泛应用。


气动薄膜执行机构有正作用和反作用两种形式。


当来自控制器或阀门定位器的信号压力增大时,阀杆向下的动作的叫正作用执行机构;当信号压力增大时,阀杆向上动作的叫反作用执行机构。正作用执行机构的信号压力是通入波纹膜片上方的薄膜气室;反作用执行机构的信号压力是通入波纹膜片下方的薄膜气室。通过更换个别零件,两者就能互相改装。


2.活塞式执行机构

气动活塞执行机构使活塞在气缸中移动产生推力,显然,活塞式的输出力度远大于薄膜式。因此,薄膜式适用于出力较小、精度较高的场合;活塞式适用于输出力较大的场合,如大口径、高压降控制或蝶阀的推动装置。除薄膜式和活塞式之外,还有一种长行程执行机构,它的行程长,转矩大,适用于输出角位移和大力矩的场合。


气动执行机构接收的信号标准为0.02至0.1MPa。


气动活塞执行机构的主要部件为气缸、活塞、推杆。气缸内活塞随气缸内两侧压差的变化而移动。根据特性分为比例式和两位式两种。两位式根据根据输入活塞两侧操作压力的大小,活塞从高压侧被推向低压侧。比例式是在两位式基础上加以阀门定位器,使推杆位移和信号压力成比例关系。


3.齿轮齿条式执行机构

齿轮齿条式(双活塞齿条式)气动执行器,具有结构紧凑,外观优美,反应迅捷,运行稳定,使用寿命长等特点。所有配件都采用最先进的防腐蚀处理技术,能适应各种恶劣工况。其高低温以及各种特殊行程的执行器在各种应用领域都有良好的表现。


四、气动执行器的选型

在选用气动执行器前,请确认阀门扭矩。并在扭矩上增加安全值,水蒸汽或非润滑液体介质增加25%安全值;非润滑浆料液体介质增加30%安全值。


当选用阀门扭矩为210NM,气源压力只有5bar,介质为非润滑的水蒸汽,考虑到安全因素,增加25%安全值值即262NM,按双作用输出扭矩表查找气源压力在5bar时相应扭矩值。应选用277NM,型号为POADA300。

▼气动执行器扭矩表


五、气动执行器性能特点

1.气动装置额定输出力或力矩应符合GB/T12222和GB/T12223的规定上面为薄膜式执行机构;

2.在空载情况下,对气缸内输入按规定的气压,其动作应平稳,无卡阻及爬行现象;

3.在0.6MPa的空气压力下,气动装置启、闭两个方向的输出力矩或推力,其值应不小于气动装置标牌所标示的数值,且动作应灵活,不允许各部位出现永久变形及其他异常现象;

4.密封试验用最大工作压力进行试验时,从各自背压一侧泄漏出的空气量不允许超过(3+0.15D)cm3/min(标准状态);从端盖、输出轴处泄漏出的空气量不允许超过(3+0.15d)cm3/min;

5.强度试验用1.5倍的最大工作压力进行试验,保持试验压力3min后,其缸体端盖和静密封部位不允许有渗漏及结构变形;

6.动作寿命次数,气动装置模拟气动阀门动作,在保持两个方向的输出力矩或推力能力的情况下,启闭操作的启闭次数应不低于50000次(启—闭循环为一次);

7.带缓冲机构的气动装置,当活塞运动到行程终端位置时,不允许出现冲击现象。


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