气动保位阀的工作原理

气动保位阀的工作原理

当压缩气源发生故障停止供气时，利用气动保位阀切断阀门控制通道，使阀门位置保持断气前的位置。以保证工艺过程的正常进行，直到系统中事故消除重新供气后气动保位阀才打开通道，恢复正常时的控制。气动保位阀动作压力是可调节的，通常调节在左右。

1. 气动调节阀动作分气开型和气关型气动调节阀动作分气开型和气关型两种。气开型( Air to Open) 是当膜头上空气压力增加时，阀门向增加开度方向动作，当达到输入气压上限时，阀门处于全开状态。反过来，当空气压力减小时，阀门向关闭方向动作，在没有输入空气时，阀门全闭。故有时气开型阀门又称故障关闭型( Fail to Close FC)。气关型( Air to Close )动作方向正好与气开型相反。当空气压力增加时，阀门向关闭方向动作；空气压力减小或没有时，阀门向开启方向或全开为止。故有时又称为故障开启型( Fail to Open FO )。气动调节阀的气开或气关，通常是通过执行机构的正反作用和阀态结构的不同组装方式实现。

气开气关的选择是根据工艺生产的安全角度出发来考虑。当气源切断时，调节阀是处于关闭位置安全还是开启位置安全举例来说，一个加热炉的燃烧控制，调节阀安装在燃料气管道上，根据炉膛的温度或被加热物料在加热炉出口的温度来控制燃料的供应。

这时，宜选用气开阀更安全些，因为一旦气源停止供给，阀门处于关闭比阀门处于全开更合适。如果气源中断，燃料阀全开，会使加热过量发生危险。又如一个用冷却水冷却的的换热设备，热物料在换热器内与冷却水进行热交换被冷却，调节阀安装在冷却水管上，用换热后的物料温度来控制冷却水量，在气源中断时，调节阀应处于开启位置更安全些，宜选用气关式(即FO调节阀。

气开式改变为气关式或气关式改变为气开式，如调节阀安装有智能式阀门定位器，在现场可以很容易进行互相切换。

但也有一些场合，故障时不希望阀门处于全开或全关位置，操作不允许，而是希望故障时保持在断气前的原有位置处。这时，可采取一些其它措施，如采用保位阀或设置事故专用空气储缸等设施来确保。

2. 阀门定位器

阀门定位器是调节阀的主要附件，与气动调节阀大大配套使用，它接受调节器

的输出信号，然后以它的输出信号去控制气动调节阀，当调节阀动作后，阀杆的位移又通过机械装置反馈到阀门定位器，阀位状况通过电信号传给上位系统。

阀门定位器按其结构形式和工作原理可以分成气动阀门定位器、电－气阀门定位器和智能式阀门定位器。

阀门定位器能够增大调节阀的输出功率，减少调节信号的传递滞后，加快阀杆的移动速度，能够提高阀门的线性度，克服阀杆的磨擦力并消除不平衡力的影响，从而保证调节阀的正确定位。

常用执行机构分气动执行机构，电动执行机构，有直行程、角行程之分。用以自动、手动开闭各类伐门、风板等

调节阀在过程控制中的作用是人所共知的，在许多控制过程中要求调节阀在故障时处于某一个位置，以保护工艺过程不出现事故，这就要求调节阀在设计上实现故障—安全的三断（断气、断电、断信号）保护措施。对于电动调节阀来说，比较简单，断信号时，可以根据控制模块的设定而停留在全开、全关、保持中的任一位置，而断电时，自然停留在故障位置，或带有复位装置的电动执行器也可将阀位运行到全开或全关。

对于气动调节阀来说，情况就比较复杂了，所以我们主要讨论气动调节阀的三断保位方法。一般来说，我们在选择气动薄膜调节阀时，都要先确定选气开还是气闭，这就是选择调节阀断气时的保护位置，如果工艺要求断气时阀门打开，则选择常开（气闭）式调节阀，反之则选常闭（气开）式调节阀。这只是一个粗浅的方案，如果工艺要求断气、断电、断信号的三断保护，则调节阀就需要配置一些附件来组成一个保护系统才能实现控制要求，这些附件主要有保位阀、电磁阀、气罐等。以下是单作用气动薄膜调节阀和双作用气动调节阀的两种保位方案。

一、气动薄膜调节阀方案（调节阀配用电- 气阀门定位器）本方案主要由气动调节阀、电-气阀门定位器、失电（信号）比较器、单电控电磁换向阀、气动保位阀、阀位信号返回器等组成。其工作原理如下：

1、断气源：当控制系统气源故障（失气）时，气动保位阀自动关闭将定位器的输出信号压力锁定在气动控制阀的膜室内，输出信号压力与控制阀弹簧产生的反力相平衡，气动控制阀的阀位保持在故障位置。该保位阀应设定在略低于气源的最小值时启动。

2、断电源：当控制系统电源故障（失电）时，失电（信号）比较器控制单电

控电磁换向阀的输出电压消失，单电控电磁换向阀失电，单电控电磁换向阀内的滑阀在复位弹簧的作用下滑动，电磁阀换向，将气动保位阀的膜室压力排空，气动保位阀关闭，将定位器的输出信号压力锁定在气动控制阀的膜室内，输出信号压力与控制阀弹簧产生的反力相平衡，气动控制阀的阀位保持在故障位置。

3、断信号：当控制系统信号故障（失信号）时，失电（信号）比较器检测到后，断掉单电控电磁换向阀的电压信号，单电控电磁换向阀失电，单电控电磁换向阀内的滑阀在复位弹簧的作用下滑动，电磁阀换向，将气动保位阀的膜室压力排空，气动保位阀关闭，将定位器的输出信号压力锁定在气动控制阀的膜室内，输出信号压力与控制阀弹簧产生的反力相平衡，气动控制阀的阀位保持在故障位置。

位置反馈信号由阀位信号返回器给出。

本方案的优点：“三断”保护启动时，系统反应较快，动作迅速。整体造价比较便宜。

本方案的缺点：电磁阀长期带电，影响使用寿命。配用附件较多，安装、调试复杂一些，阀位反馈需另配阀位信号返回器，在配用手轮的情况下，比较复杂。

二、双作用气动调节阀方案（调节阀配用电-气阀门定位器）本方案主要由控制阀、气控换向阀、定位器、自锁阀、单向阀、减压阀、储气罐等组成。其工作原理如下：

当控制系统气源故障（失气）时，自锁阀（其作用方式与保位阀相反）自动打开，将气控换向阀的控制气源撤消，气控换向阀的滑阀在弹簧的作用下复位，两个气控换向阀中的其中一个排气，另一个进气，单向阀关闭，气源由储气罐中储存的气源向阀门供气，从而实现阀门的全关或全开。全关或全开的转换可通过调整气控换向阀的连接方式实现。

如果要实现阀门保位，加装气动保位阀并改变管路连接，用自锁阀直接控制保位阀，取消气控换向阀、单向阀、储气罐即可。

若要实现断气源时，能够保证阀门有若干次的动作，可采用以下方案。

本方案由储气罐、单向阀、闭锁阀、截止阀等组成。其工作原理如下：当气源故障（失气）时，单向阀关闭，闭锁阀失气，在闭锁阀的滑阀在弹簧的作用下复位，气路换向，断开系统的气源管路，接通储气罐管路，由储气罐向阀门供气，以保证阀门有若干次动作，实现连续控制的目的。由于储气罐的容量有限，且储气罐中的气源压力随着

阀门动作不断下降，不可长期使用储气罐为阀门供气。本方案配用储气罐的容量应比一般保护用储气罐的容量大。本方案在断气源时，阀门动作的次数与储气罐的容量有关。

对于气动薄膜调节阀的保位方案，还有一个可供参考：在定位器和执行器之间串联保位阀和两位三通电磁阀各一，在断气时用保位阀来保位，在断信号时，用电磁阀来保位，不过，电磁阀必须与定位器进行连锁（在控制程序中设定），即定位器有信号，电磁阀必有电，定位器一旦失信号，电磁阀必须立即断电。

气动保位阀是气动单元组合仪表辅助单元之一。当仪表气源系统发生故障时保位阀能自动切断调节器与阀门的通道使阀门位置在原来的位置，以保证工艺过程正常进行, 直至气源事故消除，正常供气后保位阀自动打开调节器与阀门通道，恢复正常工作。因此,气动保位阀适用于重要自动控制回路中作为安全保护装置。

气动保位阀是阀位保护装置。当仪表的气源压力中断，或气源供给系统发生故障时，气动保位阀能够自动切断调节器与调节阀气室，或定位器输出与调节阀气室之间的通道，使调节阀的阀位保持原来的控制位置，以保证调节回路中工艺参数不变。这样介质的被调作用不中断，故障消除后，气动保位阀立刻恢复正常位置。