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摘要：简单地介绍了气动球阀管路设计，气动球阀常见需求、解决方案以及气动元件选型计算。
关链词：气动球阀；管路设计
一、气动球阀管路设计
球阀为单回转 90° 的开关阀门，气动执行器（气动头）在气源压力的作用下，推动活塞运动，带动阀门实现开关动作。气动阀门使用的气源压力一般为 0.3~0.8MPa，一般配置以下元件，过滤减压阀、电磁阀、限位开关、气动头和其他元件。按照发生故障时，阀门的动作形式，将气动阀门分为两大类，单作用和双作用球阀。
图 1 双作用气动球阀工作原理图（1.气动头 2.电磁阀 3.过滤减压阀 4.气源）
图 1 为一套双作用气动球阀的工作原理图，压缩空气（气源）首先经过过滤减压阀，清除其中含有的水分、油分以及固体粉尘颗粒，并调节系统压力至设定值，以提供稳定的气源压力。然后，气体流入电磁阀进气口 a，从气口 b 流入到气动头，推动活塞动作，排气通道为 d~E，线圈得电以后，电磁阀换向，气体从气口 d 流入到气动头，推动活塞向相反方向动作，排气通道为 b~c。
图 2 单作用气动球阀工作原理图（1.气动头 2.电磁阀 3.过滤减压阀 4.气源）
图 2 为一套单作用气动球阀的工作原理图，同前，压缩空气首先通过过滤减压阀，电磁阀线圈得电时，气体流入电磁阀进气口 a 口，从气口 b 流入到气动头，推动活塞动作，同时气动头内弹簧被压缩，当发生故障时（失气或者失电），电磁阀恢复弹簧位，气源被阻断，气动头弹簧释放压缩力，推动活塞向相反方向运动，排气通道为 b~c，可将阀门停留在设定的开启或者关闭位置，防止发生事故。
二、气动球阀常见需求以及解决方案
为满足不同类型的管道系统，需选择对应的管路系统，《表 1》为常见气动元件的选型原则。
| 序号 | 要求 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 1 | 普通型，发生故障时，阀门保位 | 双作用气动头、过滤减压阀、电磁阀、限位开关（通过电磁阀与气动头的不同连接，可实现断电状态下，阀门的开启/关闭要求） |
| 2 | 普通型，故障位置开/故障位置关 | 单作用气动头、过滤减压阀、电磁阀、限位开关 |
| 3 | 符合 NAMUR 结构标准 | 选用符合 NAMUR 接口的气动头、电磁阀、限位开关 |
| 4 | 手动操作功能 | 配气动手轮或者液压手动泵等 |
| 5 | 电磁阀带手动操作 | 选用带手动功能的电磁阀 |
| 6 | 阀门快速开启/关闭 | 选用大流量的过滤减压阀、电磁阀，加大钢管直径，在气动头出气口增加快排阀1以及电磁阀控制大口径气控阀等 |
| 7 | 阀门开关时可调 | 增加调节阀（针阀）或者阻尼器 |
| 8 | 现场无电源或禁电 | 将电磁阀换成气控阀 |
| 9 | 现场防爆、防水、防腐蚀等 | 选用相应等级的气动头、电磁阀、限位开关、连接件等 |
| 10 | 阀门/关度可调 | 选用定位器代替电磁阀、限位开关 |
| 11 | 双作用气缸实现单作用功能 | 增加气罐、气控阀等元件 |
| 12 | 现场禁铜 | 不选用含铜的气动元件，如铜管、铜管接头、铜电磁阀 |
| 13 | 增加电磁阀可靠性 | 选用两个或者更多电磁阀控制 |
三、气动元件选型
1. 气动头选型
选择气动头时，首先确定是单作用气动头还是双作用气动头，然后，根据阀门工况、气源压力等参数，选用符合输出扭矩要求的气动头。
举例说明气动头的选型过程：选择球阀 16×14BS15J，实际压力 19.5MPa；气动头选型为：爱默生（EMERSON），单作用，故障位置关，气源压力 0.55MPa。
查《球阀扭矩表》，可得数据，见《表 2》。
取安全系数为 1.4，则阀门各位置的扭矩值见《表 3》。
根据 EMERSON 产品样本，选择气动头型号为 G7028-SR4-CW，由《表 3》可见，各扭矩值均大于阀门相应位置的扭矩值，符合要求。
| 智能扭矩计算 | 全压下的计算扭矩 / N·m | 实际压力 / MPa | 实际压力下的计算扭矩 / N·m | |
|---|---|---|---|---|
| 口径 / in | 磅级 / Lb | |||
| 14 | 1500 | 21000 | 19.5 | 16058.82 |
| 阀门位置 | VBTO | VRTO | VETO | VBTC | VRTC | VETC |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 执行器位置 | ABTO | ARTO | AETO | ABTC | ARTC | AETC |
| 16×14BS15J | 22484 | 13490 | 16863 | 20236 | 13490 | 20236 |
| G7028-SR4-CW | 42955 | 18558 | 28223 | 34732 | 14578 | 21404 |
2. 电磁阀选型
电磁阀选型的时候，要注意电磁阀的特征参数是否满足需要，如压力范围、流通介质、工作温度、流通系数、电压、防爆要求以及其他功能等。
3. 过滤减压阀选型
过滤减压阀选型的时候，要注意过滤减压阀的压力范围、流通介质、工作温度、排水装置（自排、手排）及滤芯精度等。
4. 限位开关选型
限位开关选型的时候，要注意反馈方式（机械式、感应式）、位置指示的颜色是否符合要求，以及是否符合相应的防爆等级等。