控制阀的结构

执行机构是将控制器输出信号转换为控制阀阀杆直线位移或阀轴角位移的装置。执行机
构提供推动力或推动力矩，用于克服不平衡力、阀压紧力和摩擦力等，使位移量与输入信号
成比例变化。

　 　气动薄膜执行机构

气动薄膜执行机构的特点如下
1.正、反作用执行机构的结构基本相同，由上膜盖、下膜盖、薄膜膜片、推杆、弹簧、调节件、支架和行程显示板等组成。
2.正、反作用执行机构结构的主要区别是反作用执行机构的输入信号在膜盒下部，引出的推杆也在下部，因此，阀杆引出处要用密封套进行密封，而正作用执行机构的输入信号在膜盒上部，推杆引出处在膜盒下部，由于薄膜片的良好密封，因此，在阀杆引出处不需要 进行密封。
3.可通过调节件的调整，改变弹簧初始力，从而改变执行机构的推力。
4.执行机构的输入输出特性呈现线性关系，即输出位移量与输入信号压力之间成线性关系。输出的位移称为行程，由行程显示板显示。一些反作用执行机构还在膜盒上部安装阀位显示器，用于显示阀位。国产气动薄膜执行机构的行程有lOmm、16mm、25mm、40mm、60mm和lOOmm等六种规格。
5.执行机构的膜片有效面积与推力成正比，有效面积越大，执行机构的推力也越大。
6.可添加位移转换装置，使直线位移转换为角位移，用于旋转阀体。
7.可添加阀门定位器，实现阀位检测和反馈，提高控制阀性能。
8.可添加手轮机构，在自动控制失效时采用手轮进行降级操作，提高系统可靠性。
9.可添加自锁装置，实现控制阀的自锁和保位。
精小型气动薄膜执行机构在机构上作了重要改进，它采用多个弹簧代替原来的一个弹簧，降低了执行机构的高度和重量，具有结构紧凑、节能、输出推力大等优点。与传统气动薄膜执行机构比较，高度和重量约可降低30％。是采用四个弹簧结构的精小型气动薄膜执行机构示意图。
侧装式气动薄膜执行机构、也称为增力式执行机构，国外也称为∑F系列执行机构。它采用增力装置将气动薄膜执行机构的水平推力经杠杆的放大，转换为垂直方向的推力。由于在增力装置上可方便地更换机件的连接关系来更换正反作用方式，改变放大倍数，例如，增力装置的放大倍数可达5．2，国产产品也可达3，因此，受到用户青睐。
滚动膜片执行机构采用滚动膜片，在相同有效面积下的位移量较大，与活塞执行机构比，有摩擦力较小、密封性好等特点。它通常与偏心旋转阀配套使用。

气动活塞执行机构

5.当作为两位式开闭控制时，对无弹簧活塞的执行机构，活塞的一侧送输入信号，另一侧放空，或在另一侧送输入信号，一侧放空，实现开或关的功能；有弹簧返回活塞的执行机构只能够在一侧送输入信号，其返回是由弹簧实现的。为实现两位式控制，通常采用电磁阀等两位式执行元件进行切换。采用一侧通恒压，另一侧通变化压力（大于或小于恒压）的方法实现两位控制，它使响应速度变慢；采用两侧通变化的压力（一侧增大，另一侧减小）实现两位控制，同样会使响应速度变慢，不拟采用。
6.与薄膜·执行机构类似，活塞执行机构分正作用和反作用两种类型。输入信号增加时，
活塞杆外移的类型称为正作用式执行机构；输入信号增加时，活塞杆内缩的类型称为反作用
式执行机构。作为节流控制，通常可采用阀门定位器来实现正反作用的转换，减少设备类型
和备件数量。
7.根据阀门定位器的类型，如果输入信号是标准20～lOOkPa气压信号，则可配气动阀门定位器；如果输入信号是标准4～20mA电流信号，则可配电气阀门定位器。
8.可添加自锁装置，实现在气源中断时的保位。
9.可添加手轮机构，实现自动操作发生故障时的降级操作，即手动操作。
10.可添加位移转换装置使直线位移转换为角位移，有些活塞式执行机构采用横向安装，并经位移转换装置直接转换直线位移为角位移。
长行程执行机构是为适应行程长（可达400mm）、推力矩大的应用而设计的执行机构，它可将输入信号直接转换为角位移，因此，不需外加位移转换装置。

电动执行机构 　

电动执行器是一类以电作为能源的执行器，按结构可分为电动控制阀、电磁阀、电动调速泵和电动功率调整器及附件等。
电动控制阀是zui常用的电动执行器，它由电动执行机构或电液执行机构和调节机构（控制阀体）组成。电动执行机构或电液执行机构根据控制器输出信号，转换为控制阀阀杆的直线位移或控制阀阀轴的角位移。其调节机构部分可采用直通单座阀、双座阀、角形阀、蝶阀、球阀等。
电磁阀是用电磁体为动力元件进行两位式控制的电动执行器。电动调速泵是通过改变泵电机的转速来调节泵流量的电动执行器，通常采用变频调速器将输入信号的变化转换电机供电频率的变化，实现电机的调速。由于与用控制阀节流调节流量的方法比较，它具有节能的优点，因而逐渐得到应用。电功率调整器是用电器元件控制电能的执行器，如常用的感应调压器、晶闸管调压器等，它·通过改变流经负荷的电流或施加在负荷两端的电压来改变负荷的电功率，达到控制目的。例如，用晶闸管调压器来控制加热器电压，使加热器温度满足所需温度要求等。
（1）电动执行机构 电动执行机构是采用电动机和减速装置来移动阀门的执行机构。通常，电动执行机构的输入信号是标准的电流或电压信号，其输出信号是电动机的正、反转或停止的三位式开关信号。电动执行机构具有动作迅速、响应快、、所用电源的取用方便、传输距离远等特点。
电动执行机构可按位移分为直行程、角行程和多转式等三类，也可按输入信号与输出性的关系分为比例式、积分式等两类。
电动执行机构的特点如下
1.电动执行机构一般有阀位检测装置来检测阀位（推杆位移或阀轴转角），因此，电动执行机构与检测装置等组成位置反馈控制系统，具有良好的稳定性。
2.积分式电动执行机构的输出位移与输入信号对时间的积分成正比，比例式电动执行机构的输出位移与输入信号成正比。
3.通常设置电动力矩制动装置，使电动执行机构具有快速制动功能，可有效克服采用机械制动造成机件磨损的缺点。
4.结构复杂价格昂贵，不具有气动执行机构的本质安全性，当用于危险场所时，需考虑设置防爆、安全等措施。
5.电动执行机构需与电动伺服放大器配套使用，采用智能伺服放大器时，也可组成智能电动控制阀。通常，电动伺服放大器输入信号是控制器输出的标准4～20mA电流信号或相应的电压信号，经放大后转换为电动机的正转、反转或停止信号。放大的方法可采用继电器、晶体管、磁力放大器等，也可采用微处理器进行数字处理，通常，放大器输出的接通和断开时间与输入信号成比例
6.可设置阀位限制，防止设备损坏。
7.通常设置阀门位置开关，用于提供阀位开关信号o
8.适用于无气源供应的应用场所、环境温度会使供气管线中气体所含的水分凝结的场所和需要大推力的应用场所。
近年来，电动执行机构也得到较大发展，主要是执行电动机的变化。由于计算机通信技
术的发展，采用数字控制的电动执行机构也已问世，例如步进电动机的执行机构＼数字式智
能电动执行机构等。
（2）电磁阀 电磁阀是两位式阀，它，将电磁执行机构与阀体合为一体。按有无填料函可分为填料函型和无填料函型电磁阀；按动作方式分先导式和直接式两类；按结构分普通型、 防水型、防爆型和防水防爆型等；按正常时的工作状态分常闭型（失电时关闭）和常开型 （失电时打开）；按通路方式分为两通、三通、四通、五通等；按电磁阀的驱动方式分为单电控、双电控、弹簧返回和返回定位等。电磁阀常作为控制系统的气路切换阀，用于联锁控制系统和顺序控制系统。电磁阀一般不作为直接切断阀，少数小口径且无仪表气源的应用场合也用作切断阀。
先导式电磁阀作为控制阀的导向阀，用于控制活塞式执行机构控制阀的开闭或保位，也可作为控制系统的气路切换。通常，先导式电磁阀内的流体是压缩空气，在液压系统中采用液压油，应用先导式电磁阀时需要与其他设备，例如滑阀等配合来实现所需流路的切换。直接式电磁阀用于直接控制流体的通断。
电磁阀具有可远程控制、响应速度快、可严密关闭、被控流体无外泄等特点。需注意，电磁阀工作部件直接与被控流体接触，因此，选型时应根据流体性能确定电磁阀类型。电磁阀常用于位式控制或控制要求较低，但要求严格密封等应用场合。例如，加热炉燃料气进料、空气和水等介质。在防爆区域应用时，应选用合适的防爆电磁阀。
（3）电动调速泵 通常，电动调速泵指用交流调速技术对交流电动机进行调速，实现流量控制。交流电动机的调速方法有调频调速、调极对数调速和调转差率调速三种，同步交流电动机因不受转差率影响，只有调频调速、调极对数调速两种调速方法。

调速控制系统可直接采用开环控制，或组成速度反馈控制，也可添加电压、电流或位置信号等，组成复杂控制系统。近二十几年来，由于矢量控制具有动态响应快、运行稳定等特点，因此，采用旋转矢量控制技术的交流电动机调速控制系统得到广泛应用。

　 　电液执行机构

电液执行机构的输入信号是电信号，输出执行元件的动力源采用液压油，因此，特别适用于大推力、大行程和高精度控制的应用场合。在大型电站，为获得大推力，在主蒸汽门等控制系统中常采用电液执行机构。
电液执行机构与电动执行机构比较，由于采用液压机构，因此具有更大的推力或推力矩。但液压系统需要更复杂的油压管路和油路系统的控制，例如对液压油温度、压力等的控制，还需要补充油和油的循环。与气动活塞执行机构比较，电液执行机构采用液压缸代替气缸，由于液压油具有不可压缩性，因此，响应速度可达lOOmm／s，比气动活塞式执行机构快，行程的定位，控制精度高（可达0．5级），它的行程可很长（可达lm），输出推力矩大（可达60000Nm），输出推力大（可达25000N）。
电液执行机构将输入的标准电流信号转换为电动机的机械能，以液压油为工作介质，通过动力元件（例如液压泵）将电动机的机械能转换为液压油的压力能，并经管道和控制元件，借助执行元件使液压能转化为机械能，驱动阀杆完成直线或回转角度的运动。因此，它具有电动执行机构的快速响应性和活塞式执行机构的推力大等优点。但因使用液压油，带来油路系统的泄漏等问题。
基本的液压传动系统由方向控制回路、压力控制回路和流量控制回路等组成。方向控制回路可采用换向阀、单向阀等；压力控制回路可采用压力继电器、减压阀、j顷序阀等；流量控制回路可采用节流阀、调速阀等。此外，还需要一些辅助控制回路，例如平衡控制回路、卸压控制回路、增压和增速控制回路等。为保证电液执行机构的正常运转，通常采用两套液
压传动油系统，其中一套系统工作，另一套系统备用。
图225是某类电液执行机构的工作原理图。图中，当输入信号增加时，带动力矩马达的转子转动，使挡板靠近喷嘴，仪表波纹管压力和反馈波纹管压力都增加，仪表波纹管压力的增加使喷嘴管沿支点转动，喷嘴移到圆筒的接收口，它使液压缸的上部压力增加，液压缸的下部压力降低，液压缸的阀杆下移，直到反馈弹簧力与仪表波纹管压力平衡为止。而反馈波纹管内压力的降低，使力矩马达转子返回平衡位置。
与电动执行机构类似，电液执行机构也采用位置反馈装置组成反馈控制系统。它提高了整个系统的控制精度，改善了系统的动态特性。但由于价格昂贵，管路系统复杂，只有在需要大推力和推力矩的应用场合才被采用。其特点如下。
1.相同输出功率条件下，液压传动装置的体积小、重量轻、结构紧凑、惯性小，响应快。

2.可大范围内实现无级调速，可输出较大推力和较大力矩。
　 　3.传动无间隙，运动平稳，可实现频繁的换向操作。操作方便，易实现自动化，易实现复杂自动控制jD匝序，易实现过载保护。
4.液压油黏度受环境温度影响大，也不适用于远距离传动控制。
5.对控制装置的要求高，要求设置反馈装置组·成闭环控制。根据被控变量为位移、速度和力等机械量的不同，反馈检测装置也有位移检测反馈装置、速度反馈检测装置等，使整个系统变得复杂，价格上升，也提高了对维护人员的技能要求。

　 　手动执行机构

手动执行机构仅在自动操作存在困难时才操作。例如，自动控制的输入信号故障或执行机构膜头漏气等，，有时在工艺生产过程的开、停车阶段，由于控制系统还未切人自动操作，这时也需要用手动执行机构对控制阀进行操作。
手动执行机构的主要用途如下。
1.与自动执行机构配合，用于自动控制失效时的降级操作，提高控制系统可靠性。
2.作为控制阀的限位装置，限制阀的开度，防止事故发生。例如，造纸浆料制备过程中有些阀要求正常时有一定开度，用于排放粗渣。
3.节省控制阀的旁路阀。在不重要的控制系统中，当管路直径较大时，可采用手动执 行机构替代旁路阀的功能，降低投资成本，缩小安装空间。
4.用于开、停车时对过程的手动操作。
手动执行机构由手轮、传动装置和连接装置等组成。按安装位置可分为顶装式和侧装式两类。顶装式手动执行机构的手轮安装在自动执行机构的顶部，通过螺杆传动装置，与自动执行机构的推杆（或膜头板）连接。正常运行时，手轮退出，用紧固螺母锁定，可作为阀位zui高位的限制装置。当需手动操作时，松开紧固螺母，转动手轮，使之与自动执行机构的推杆连接，从而可移动推杆，改变阀门开度。正作用和反作用的自动执行机构与手动执行机构的连接方式相同，但正作用执行机构需要考虑手动执行机构传动杆的密封。
　 　侧装式手动执行机构的手轮安装在自动执行机构的侧面，可采用蜗轮蜗杆传动方式，也可采用杠杆传动方式。
　 　选用顶装或侧装式手轮执行机构时，应从方便操作考虑。当控制阀安装位置较低，或阀侧没有空间时，可选用顶装式手轮执行机构，其他场合可选用侧装式手轮执行机构。为防止手轮被误操作而转动，可设置安全锁紧装置，例如，销轴固定手轮进行限位，或用小锁紧轮顶紧手轮轴等。
　 　为提供阀门位置的信息，手轮执行机构设置了刻度显示装置，用于提供阀门位置的显示
等信息。
　 　为方便进行手动操作和自动操作的切换，通常设置离合和切换装置。当手动位置时，手轮与自动执行机构的阀杆连接；当自动位置时，手轮与自动执行机构的阀杆脱钩，不影响自动执行机构的动作。
　 　其他执行机构还有齿条齿轮执行机构，它常用于旋转控制阀，由于齿隙造成回差，因此用于位式控制和控制要求不高的场合。

　 　调节机构　 　 　 控制阀的类型

　 　调节机构是将执行机构的输出位移变化转换为控制阀阀芯和阀座间流通面积变化的装置。通常称调节机构为阀，例如直通单座阀、角形阀等。其结构特点可从下列几方面分析。
　 　从结构看，调节机构由阀体、阀内件、上阀盖组件、下阀盖等组成。阀体是被控流体流过的设备，它用于连接管道和实现流体通路，并提供阀座等阀内件的支撑。阀内件是在阀内部直接与被控介质接触的组件，包括阀芯、阀座、阀杆、导向套、套筒、密封环等。通常，上阀盖组件包括上阀盖、填料腔、填料、上盖板和连接螺栓等。在一些调节机构中下阀盖作为阀体的一部分，并不分离。下阀盖用于带底导向的调节机构，它包括下阀盖、导向套和排放螺丝等。为安装和维护方便，一些调节机构的上阀盖与阀体合一，而下阀盖与阀体分离，称为阀体分离型阀，例如一些高压阀和阀体分离阀。
　 　从阀体结构看，可分为带一个阀座和一个阀芯的单座阀阀体、带两个阀座和一个阀芯的双阀座阀体、带一个连接人口和一个连接出口的两通阀体、带三个连接口（一个人口和两个出口的分流或两个人口和一个出口的合流）的三通阀体。
　 　从阀芯位移看，调节机构分为直线位移阀和角位移阀。它们分别与直线位移的执行机构和角位移执行机构配合使用。直通阀、角形阀、套筒阀等属于直线位移阀，也称为滑动阀杆阀（SlidingStemValve）o蝶阀、偏心旋转阀、球阀等属于角位移阀，也称为旋转阀（Ro-taryValve）o近年也有一些制造·厂商推出了移动阀座的控制阀，它与角行程执行机构配合，但从阀芯的相对位移看，仍是直线位移，例如Nufflo控制阀。
　 　从阀芯导向看，可分为顶导向、顶底导向、·套筒导向、阀杆导向和阀座导向等类型。对
于流体的控制和关闭等，阀芯的导向十分重要，阀芯导向用于阀芯和阀座的对中配合。顶导向采用阀盖或阀体内的一个导向套或填料结构实现导向；顶底导向采用阀盖和下阀盖的导向套实现导向，对双座阀和需要导向的调节机构需采用顶底导向；套筒导向采用阀芯的外表面与套筒的内表面进行导向，这种导向方式具有自对中性能，能够实现阀芯和阀座的对中；阀杆导向采用上阀盖上的导向套与阀座环对中，用轴套与阀杆实现导向；阀座导向在小流量控制阀中被采用，它用阀座直接进行对中。
　 　从阀芯所受不平衡力看，调节机构的阀芯有不平衡和平衡两种类型。平衡式阀芯是在阀芯上开有平衡孔的阀芯，当阀芯移动时，阀芯上、下部因有平衡孔连接，因此，两侧压力差的绝大部分被抵消，大大减小不平衡力对阀芯的作用，平衡式阀芯需要平衡腔室，因此，需密封装置密封。根据流向不同，平衡阀芯所受的压力可以是阀前压力（中心向外流向），也可以是阀后压力（外部向中心流向）。平衡阀芯可用于套筒结构的阀芯，也可用于柱塞结构的阀芯。不平衡阀芯的两侧分别是控制阀阀前和阀后的压力，因此，阀芯所受不平衡力大，同样口径控制阀需要更大推力的执行机构才能操作。
　 　从阀芯降压看，阀芯结构有单级降压和多级降压之分。单级降压结构因两端的压差大，因此，适用于噪声小、空化不严重的场合。在降噪要求高，空化严重的场合，应采用如图
　 　在多级降压结构中，控制阀两端的压差被分解为几个压差，使在各分级的压差较小，都不会发生空化和闪蒸现象，从而防止空化和闪蒸发生，也使噪声大大降低。
　 　 从流量特性看，根据流通面积的不同变化，可分为线性特、等百分比特性、快开特性、抛物线特性、双曲线特性及一些修正特性等。流量特、J陛表示阀杆位移与流体流量之间的关系。通常，采用流量特性来补偿被控对象的非线性特性。阀芯的形状或套筒开孔形状决定控制阀的流量特性。直行，程阀芯可分为平板型（用于快开）、柱塞型、窗口型和套筒型等。图230是三种常用套筒控制阀的套筒示意图，由于开孔面积变化不同，阀芯移动
时，流通面积也不同，从而实现所需流量特性。柱塞型阀和窗口型阀也可根据所需流量特性
有不同形状。角行程阀的阀芯也有不同形状，例如，用于蝶阀的传统阀板、动态轮廓阀板；
用于球阀的O形开孔、V形开孔和修正型开孔等结构。