上海滬工閥門廠（集團）有限公司
摘要：簡單地介紹了氣動球閥管路設計，氣動球閥常見需求、解決方案以及氣動元件選型計算。
關鏈詞：氣動球閥；管路設計
一、氣動球閥管路設計
球閥為單回轉 90° 的開關閥門，氣動執行器（氣動頭）在氣源壓力的作用下，推動活塞運動，帶動閥門實現開關動作。氣動閥門使用的氣源壓力一般為 0.3~0.8MPa，一般配置以下元件，過濾減壓閥、電磁閥、限位開關、氣動頭和其他元件。按照發生故障時，閥門的動作形式，將氣動閥門分為兩大類，單作用和雙作用球閥。
圖 1 雙作用氣動球閥工作原理圖（1.氣動頭 2.電磁閥 3.過濾減壓閥 4.氣源）
圖 1 為一套雙作用氣動球閥的工作原理圖，壓縮空氣（氣源）首先經過過濾減壓閥，清除其中含有的水分、油分以及固體粉塵顆粒，并調節系統壓力至設定值，以提供穩定的氣源壓力。然后，氣體流入電磁閥進氣口 a，從氣口 b 流入到氣動頭，推動活塞動作，排氣通道為 d~E，線圈得電以后，電磁閥換向，氣體從氣口 d 流入到氣動頭，推動活塞向相反方向動作，排氣通道為 b~c。
圖 2 單作用氣動球閥工作原理圖（1.氣動頭 2.電磁閥 3.過濾減壓閥 4.氣源）
圖 2 為一套單作用氣動球閥的工作原理圖，同前，壓縮空氣首先通過過濾減壓閥，電磁閥線圈得電時，氣體流入電磁閥進氣口 a 口，從氣口 b 流入到氣動頭，推動活塞動作，同時氣動頭內彈簧被壓縮，當發生故障時（失氣或者失電），電磁閥恢復彈簧位，氣源被阻斷，氣動頭彈簧釋放壓縮力，推動活塞向相反方向運動，排氣通道為 b~c，可將閥門停留在設定的開啟或者關閉位置，防止發生事故。
二、氣動球閥常見需求以及解決方案
為滿足不同類型的管道系統，需選擇對應的管路系統，《表 1》為常見氣動元件的選型原則。
| 序號 | 要求 | 解決方案 |
|---|---|---|
| 1 | 普通型，發生故障時，閥門保位 | 雙作用氣動頭、過濾減壓閥、電磁閥、限位開關（通過電磁閥與氣動頭的不同連接，可實現斷電狀態下，閥門的開啟/關閉要求） |
| 2 | 普通型，故障位置開/故障位置關 | 單作用氣動頭、過濾減壓閥、電磁閥、限位開關 |
| 3 | 符合 NAMUR 結構標準 | 選用符合 NAMUR 接口的氣動頭、電磁閥、限位開關 |
| 4 | 手動操作功能 | 配氣動手輪或者液壓手動泵等 |
| 5 | 電磁閥帶手動操作 | 選用帶手動功能的電磁閥 |
| 6 | 閥門快速開啟/關閉 | 選用大流量的過濾減壓閥、電磁閥，加大鋼管直徑，在氣動頭出氣口增加快排閥1以及電磁閥控制大口徑氣控閥等 |
| 7 | 閥門開關時可調 | 增加調節閥（針閥）或者阻尼器 |
| 8 | 現場無電源或禁電 | 將電磁閥換成氣控閥 |
| 9 | 現場防爆、防水、防腐蝕等 | 選用相應等級的氣動頭、電磁閥、限位開關、連接件等 |
| 10 | 閥門/關度可調 | 選用定位器代替電磁閥、限位開關 |
| 11 | 雙作用氣缸實現單作用功能 | 增加氣罐、氣控閥等元件 |
| 12 | 現場禁銅 | 不選用含銅的氣動元件，如銅管、銅管接頭、銅電磁閥 |
| 13 | 增加電磁閥可靠性 | 選用兩個或者更多電磁閥控制 |
三、氣動元件選型
1. 氣動頭選型
選擇氣動頭時，首先確定是單作用氣動頭還是雙作用氣動頭，然后，根據閥門工況、氣源壓力等參數，選用符合輸出扭矩要求的氣動頭。
舉例說明氣動頭的選型過程：選擇球閥 16×14BS15J，實際壓力 19.5MPa；氣動頭選型為：愛默生（EMERSON），單作用，故障位置關，氣源壓力 0.55MPa。
查《球閥扭矩表》，可得數據，見《表 2》。
取安全系數為 1.4，則閥門各位置的扭矩值見《表 3》。
根據 EMERSON 產品樣本，選擇氣動頭型號為 G7028-SR4-CW，由《表 3》可見，各扭矩值均大于閥門相應位置的扭矩值，符合要求。
| 智能扭矩計算 | 全壓下的計算扭矩 / N·m | 實際壓力 / MPa | 實際壓力下的計算扭矩 / N·m | |
|---|---|---|---|---|
| 口徑 / in | 磅級 / Lb | |||
| 14 | 1500 | 21000 | 19.5 | 16058.82 |
| 閥門位置 | VBTO | VRTO | VETO | VBTC | VRTC | VETC |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 執行器位置 | ABTO | ARTO | AETO | ABTC | ARTC | AETC |
| 16×14BS15J | 22484 | 13490 | 16863 | 20236 | 13490 | 20236 |
| G7028-SR4-CW | 42955 | 18558 | 28223 | 34732 | 14578 | 21404 |
2. 電磁閥選型
電磁閥選型的時候，要注意電磁閥的特征參數是否滿足需要，如壓力范圍、流通介質、工作溫度、流通系數、電壓、防爆要求以及其他功能等。
3. 過濾減壓閥選型
過濾減壓閥選型的時候，要注意過濾減壓閥的壓力范圍、流通介質、工作溫度、排水裝置（自排、手排）及濾芯精度等。
4. 限位開關選型
限位開關選型的時候，要注意反饋方式（機械式、感應式）、位置指示的顏色是否符合要求，以及是否符合相應的防爆等級等。