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。
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文章作者: 尚延伟 原文链接:https://www.cad2d3d.com/post-2415.html
















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