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之前有客户要求3寸的紧急切断阀关闭时间要控制在3秒内，当时已经觉得很快了，没想到最近碰到一个项目客户要求24寸的蝶阀要在0.5秒内快速关闭，当时听到这个需求我就懵逼了，这么大的阀门，什么样的执行器能实现0.5秒内快速关闭？

一般情况下，单作用的气动执行器开关时间控制在 1.5s/寸，双作用的阀门开关时间控制在 3s/寸，也就是说一个24寸的阀门，使用单作用执行器的开关时间大概在36s，双作用气动执行器的时间 72s，显然普通的执行器无法满足0.5s内快速开关的要求。

客户要求0.5秒快速开关阀门是不是无理要求？其实这个要求在透平膨胀机发电领域是行业标配，为了防止透平膨胀机超速飞车，要求快速关断入口阀门，并且快速排净入口处残留气体，因此就有了0.5秒快速开关阀这个要求。

隔行如隔山，为了找满足0.5秒快速开关的执行器，我找了好长时间，终于在国外一家执行器厂家找到了快速动作型气动执行器，英文名叫 Quick acting spring return pneumatic actuator。

1 普通气动执行器实物图、内部构造和零部件组成

气动执行器分单作用和双作用，双作用执行器只有一个活塞缸，活塞缸两边通气即可实现开关两个动作。单作用执行器比双作用要复杂，除了活塞缸之外，另一边又配了一个弹簧缸，活塞缸只有一边供气，实现单作用，依靠弹簧缸实现复位。

普通气动执行器供气和排气都是通过直径10mm或14mm的仪表风管进行，这么小的管径必然导致流量很小，充满或排净活塞缸需要的时间很长，因此开关阀门的时间比较长。

图 1 单作用气动执行器外形图

图 2 单作用气动执行器内部构造

表 1 单作用气动执行器零部件组成清单表

2 快速动作型气动执行器实物图、内部构造和零部件组成

与普通气动执行器相比，快速动作型气动执行器对活塞缸尾部进行了改造，并在活塞缸尾部增加了一个快速排气阀，活塞缸尾部与快速排气阀相连的通道孔径远大于仪表风管线的孔径，相当于大幅增加了排气管线的孔径，实现大流量快速排气。

图 3 快速动作型气动执行器实物图

图 4 快速动作型气动执行器尾部快速排气阀实物图

图 5 快速动作型气动执行器内部构造

表 2 快速动作型气动执行器零部件组成

3 快速动作型气动执行器运行原理（气路图）

普通气动执行器之所以动作慢，就是应为仪表风供排气管径太小了，为了解决上述难题，快速动作型气动执行器在活塞缸尾部增加了快速排气阀，快速排气阀气路管线由小活塞缸（带外部先导的可调快速排气阀）、止回阀、流量调节阀组成。

快速排气阀相当于一个小活塞缸，小活塞缸是一个先导阀，供气时先给小活塞缸供气，小活塞缸关闭，堵上大活塞缸尾部排气孔，然后在给大活塞供气，推动阀门开关，断气时，小活塞缸先打开，然后大活塞缸上的排气孔就会打开，实现快速排气。

图 6 快速动作型气动执行器气路原理图

4 活塞缸与快速排气阀连接处内部构造图（剖视图）

通过活塞缸尾部的快速排气阀实现快速排气，排气阀打开之后，活塞缸直接对空排气，不再走小的仪表风管线排气，实现快速排气。

图 7 活塞缸与快速排气阀连接处内部构造图（剖视图）

5 快速动作型气动执行器核心部件 — 快速排气阀

快速排气阀就是一个小的活塞缸，通气后活塞向左移动，进而关闭大的活塞缸。

图 8 执行器大活塞缸内部构造图

表 3 执行器大活塞缸零部件组成清单表

图 9 快速排气阀内部构造图

表 4 快速排气阀零部件组成清单表

6 快速动作型气动执行器运行特性曲线

快速动作型气动执行器动作非常快，接到指令后，50毫秒内开始执行动作，100毫秒左右完成快速动作，50毫秒左右完成阻尼减震，最终在250毫秒内完成动作。

图 10 快速动作型气动执行器运行特性曲线

看完老外的设计之后是不是觉得很简单，但此刻我想说说我的经历，我花了好好几个月研究如何实现执行器快速排气，但最终毫无收获，只就在刚刚我偶然间找到一份老外的执行器，看完之后才恍然大悟，机械就是这么膈应人，你说它难它就难，你说它简单它就简单，这就是机械之美吧。