ZMBT气动薄膜隔膜调节阀 结构原理

气动薄膜隔膜调节阀由气动薄膜执行机构和隔膜阀两部分组成。

隔膜阀的阀体流道平滑，节流元件为弹性隔膜，流通能力比一般调节阀大。弹性隔膜又起密封作用，无泄漏，因此，隔膜阀的阀盖无填料函，结构简单，维修方便，且介质不与外界接触，所以也可用于有毒介质和污染介质的调节。上海申弘阀门有限公司主营阀门有：减压阀(组合式减压阀,可调式减压阀,自力式减压阀

阀门气动装置安全、可靠、成本低，使用维修方便，是阀门驱动结构中的一大分支。目前气动装置在具有防爆要求的场合应用较多。阀门气动装置采用气源的工作压较低，一般不大于 0.82MPa。又因结构尺寸不宜过大，因而阀门气动装置的总推力不可能很大。 
超高压气动减压阀的工作原理如图1所示。当压头无外力作用时，气源来的气体由输入口进入阀体下部气室，进气阀门在气压和复位弹簧的作用下与进气阀门座压紧，阀输出口无气体输出。当压头受外力F作用时，压头下移，通过平衡弹簧压缩复位弹簧1，将排气阀门压下与排气阀门座接触，使输出口与大气隔离，压头继续下移，顶开进气阀门，压缩空气由进气阀门控制的通道进入阀后面的执行元件气缸。随着气缸压力的增加，进气阀门的开度逐渐减小，直到输出口压力p2与压头上的作用力相平衡时进气阀门关闭。当外力消除后，进气阀门在气压和复位弹簧2的力作用下，向上移动关闭。与此同时，压头与排气阀门在复位弹簧1的力及排气压力的作用下复位，排气口开启，原输出的气体由排气阀门经消声器排入大气。
现在再来研究排气阀门处于某一平衡位置时的状态。忽略压头、排气阀门等的重力和摩擦力，排气阀门受力平衡方程为：
F=p1A1+p2(A2-A1)+Fs+Ff(1)
式中：Fs――两个复位弹簧的弹力之和;
Ff――密封圈的摩擦力;
A1、A2――分别为进、排气阀门的有效受压面积，
A1=π(d12-d012)/4，
A2=π(d22-d022)/4;
d――排气阀门座直径;
d01――顶杆下段直径;
d02――顶杆上段直径。
由式(1)知，阀的输出压力p2与压头上的作用力F成比例。
超高压气动减压阀的工作原理
3、设计和计算
设计超高压气动减压阀一般是先根据给定的设计参数和工作条件，选择阀的结构型式，然后进行结构参数的选择和计算。
通常给定的参数有：气源压力、阀*大输出压力、通气能力、*大操纵力和行程等。设计和计算的内容有：选择的结构型式，据通气能力和工作压力确定阀的结构尺寸，据行程和操纵力设计平衡弹簧等。
阀的结构设计重点在于进气阀门、排气阀门和活门座的密封结构，因为气体粘度小，且工作压力高，容易泄漏。阀的结构见图1。
(1)通气能力计算
阀的通气能力是指在给定的气源压力、阀输出压力、执行元件气缸及阀后管道的容积的情况下，阀的充气、排气时间。
通气能力取决于进气通道和排气通道的面积。阀在充气和排气过程中时间很短，我们忽略热交换的影响，即绝热充气和绝热排气。另外，根据阀的工作压力，阀是以音速充气和音速排气。因此阀的进气通道有效面积Aa按下式计算[2]：
式中：V――充气总容积;
K――比热比，绝热充气时，K=1.4;
T――空气的温度，标准空气的温度T=293.15K;
t1――充气时间;
R――气体常数，R=287.1N*m/kg/K;
p1――阀输入口压力;
p2――阀输出口压力;
p20――气缸内在充气开始前的压力。
∵A1=Aa
∴根据结构(见图1和图2)，进气孔直径
按等面积原理，进气阀门与阀门座的轴向距离(开度)
hc≥(d12-d012)/(4d1)(4)
放气通道有效面积按下式计算
式中：t2――排气时间;
p20――气缸内排气初始压力;
pa――外界压力。
其它符号意义同式(3)。
放气孔直径(见图1和图2)
放气阀门与阀门座的轴向距离(开度)
h2≥(d22-d022)/(4d)(7)
(2)排气阀座直径的计算
由阀的工作原理知道，排气阀门座直径d的大小直接影响阀的调压精度。若其直径大，则阀的调压精度高;反之，则阀的调压精度低。但是，排气阀门座直径又受到操纵力的限制。排气阀门座直径(见图3(b))可由式(1)得到
式中：Fmax――给定的*大操纵力。
在满足操纵力值的前提下，排气阀门座直径尽可能取大值。
(3)进、排气阀门的设计
进、排气阀门的设计主要包括结构型式、材料的选取和几何尺寸的确定。阀门结构采用金属包胶阀门(所谓金属包胶阀门就是将橡胶直接硫化在金属骨架上)。它利用了橡胶材料弹性高和密封比压低的优点，使阀门在工作过程中具有良好的补偿功能;另外利用了金属材料的强度和刚度。阀门加工制造工艺性好，制造成本低廉。
橡胶材料的选择主要根据其机械性能和阀的工作温度。
硫化橡胶的厚度根据阀门座型面高度h选取，橡胶压缩量在(20～25)%为宜。
进、排气阀门的金属骨架宜用黄铜，因其与橡胶的结合性能好。
(4)进、排气阀门座型面的设计
阀门座型面与阀门的橡胶面直接接触，在工作过程中使胶面变形，起密封作用，而且对阀的寿命影响很大。阀门座型面结构如图2所示(其中：图2(a)为进气阀门座，图2(b)为排气阀门座)。图中高度h范围内为阀门座型面，R为密封面。R值小，阀的灵敏度高;R值大，阀的寿命长。经优化设计，R在 0.3～0.5范围内取值较好。阀门座型面的粗糙度同样也影响阀的密封性和寿命，粗糙度Ra应不大于0.4μm
图2中b为支承面。它是用来限制胶面过度变形，起保护胶面的作用。
(5)平衡弹簧的设计
根据阀的性能分析，平衡弹簧与排气阀门座直径一样，直接影响阀的调压精度。减压弹簧的刚度越小，阀的调压精度越好。但是刚度太小，弹簧行程过长。它受到给定行程的限制，应根据给定的参数设计弹簧刚度：
k=Fmax/(h1+h2)(9)
有了弹簧刚度、弹力和行程，便可进行弹簧的设计了。两个复位弹簧的刚度可设计成相同，而且，其刚度小于平衡弹簧的刚度。
一、阀门气动装置的使用条件 
使用条件 
气源工作压力    0.4~0.7（MPa） 
环境温度和介质温度    5~60（℃） 
活塞工作速度和叶片径线速度    10~500（mm/s） 
电磁控制输入信号电流    4~20mA 
二、阀门气动装置的分类 
阀门气动装置按其结构特点分为三种型式：薄膜式气动装置、气缸或气动装置、摆动式气动装置。此外还有气动马达式气动装置。 
气动装置分类 
薄膜式    1、薄膜气缸 
2、膜片 ①盘形膜片 ②平膜片 
3、弹簧 
4、活塞杆 
气缸式    1、气缸 ①单气缸 ②双气缸 
2、活塞与活塞环 ① O形密封圈 ② J 形密封圈 ③ U 形密封圈 ④ V 形密封圈
3、活塞杆 
4、手动操作机构 
5、气路附件 ① 回路系统 ② 信号返回路 ③ 空气过滤器 ④ 减压阀油雾器 ⑤ 控制换向阀 
摆动式    1、缸体 
2、定子 
3、转子 
4、叶片 
三、各类气动装置的结构特点 
一、选择依据介绍：
1.操作推力阀门电动装置的主机结构有两种：一种是不配置推力盘，直接输出力矩；另一种是配置推力盘，输出力矩通过推力盘中的阀杆螺母转换为输出推力。
2.操作力矩操作力矩是选择阀门电动装置的*主要参数，气动执行器输出力矩应为阀门操作*大力矩的1.2～1.5倍。
3.阀杆直径对多回转类明杆阀门，如果电动装置允许通过的*大阀杆直径不能通过所配阀门的阀杆，便不能组装成电动阀门。因此，电动装置空心输出轴的内径必须大于明杆阀门的阀杆外径。对部分回转阀门以及多回转阀门中的暗杆阀门，虽不用考虑阀杆直径的通过问题，但在选配时亦应充分考虑阀杆直径与键槽的尺寸，使组装后能正常工作。
4.输出轴转动圈数阀门电动装置输出轴转动圈数的多少与阀门的公称通径、阀杆螺距、螺纹头数有关，要按M＝H／ZS计算（M为电动装置应满足的总转动圈数，H为阀门开启高度，S为阀杆传动螺纹螺距，Z为阀杆螺纹头数）。
5.气动阀门执行器有其特殊要求，即必须能够限定转矩或轴向力。通常阀门电动装置采用限制转矩的连轴器。当电动装置规格确定之后，其控制转矩也就确定了。
6.输出转速阀门的启闭速度若过快，易产生水击现象。因此，应根据不同使用条件，选择恰当的启闭速度。
气动装置结构特点 
型式    特点 
薄膜式    行程短，＜40mm，结构紧凑，灵活，无手动机构 
气缸式    行程长，必要时需加缓冲机构，出力不够采用双气缸结构，有手动和手气动切换结构
摆动式    结构简单，成本低，往复运动直接变成旋转运动 
气动马达式    可以直接代替阀门电动装置的电动机而成为气动装置，因而可具有电动装置的力矩控制等功能，但结构复杂 

    (3)阀门液动装置的正确选择
    由于阀门液动装置可以获得很大的输出力矩，故当驱动阀门需要很大的力矩时可采用
液压驱动装置。
    在正确选择阀门驱动装置时还应看到：在所有阀门驱动装置中，电动和薄膜式气动装置应
用*广。电动装置主要用在闭路阀门上；薄膜式气动装置主要用在调节阀上；电磁传动主要用
于小口径阀门上；置人式的波纹管传动装置主要用在阀瓣的行程不大的阀门上和有腐蚀性和
毒性的介质中，但它的使用范围住往受控制主传动装置的辅助的先导装置的限制。
    选择阀门驱动装置，对阀门驱动装置不可忽视的一项特殊要求是，必须能够限定转矩
或轴向力，阀门电动装置采用限制转矩的联轴器。在液动和气动驱动装置中，其*大作用
力取决于膜片或活塞的有效面积以及驱动介质的压力。也可以用弹簧来限制所传递的作
用力。
压、液压或其组合形式的动力源来驱动，其运动过程可由行程、转矩或轴向推力的大小来
控制。
    由于阀门驱动装置应有的工作特性和利用率取决于阀门的种类、装置的工作规范以及
阀fj在管线或设备上的位置。因此，阔门驱动装置正确的选择与阀门类型与技术参数戚戚
相关。正确选择阀门驱动装置的依据是：
    ①阀门的型式、规格与结构。
    ②阀门的启闭力矩（管道压力、阀门的*大压差）、推力。
    ③*高环境温度与流体温度。
    ④使用方式与使用次数。
    ⑤启闭速度与时间。
    ⑥阀杆直径、螺矩、旋转方向。

采用耐腐蚀衬里的阀体和耐腐蚀隔膜的隔膜阀，可避免衬里母体－金属阀体的腐蚀。适用于强酸、强碱和强腐蚀性介质的调节。

原理：由调节器来的信号压力、输入气动薄膜执行机构的气室，产生推力，使推杆位移，通过接杆带动隔膜产生相应的行程，隔膜位置的变化、改变了隔膜与阀体堰面间的流通截面积，从而达到调节介质流量的目的。

ZMBT气动薄膜隔膜调节阀性能