气动球阀管路设计及在订单中的应用-上海沃托阀门有限公司

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。

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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。

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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。

《表 1》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。

《表 2》球阀扭矩数据
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	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
14	1500	21000	19.5	16058.82

《表 3》扭矩值
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