氣動(dòng)執(zhí)行器廠家氣動(dòng)薄膜執(zhí)行器的輸出力及其性能改進(jìn)（上）

　　長期以來，國內(nèi)對氣動(dòng)薄膜執(zhí)行器的輸出力的解釋不清楚，很難讓人理解，甚至有的是錯(cuò)誤的，以至在制造過程及實(shí)際使用中對氣動(dòng)控制閥的空氣壓力能源的利用是錯(cuò)誤的。國外先進(jìn)廠家控制閥氣動(dòng)壓力高達(dá)700kPa，而國內(nèi)廠家仍然大量采用140kPa，少數(shù)為300kPa。化工自動(dòng)化是從氣動(dòng)儀表發(fā)展而來，從氣動(dòng)變送器-氣動(dòng)調(diào)節(jié)器-氣動(dòng)控制閥，都采用20~100kPa的氣壓傳遞信號。開始時(shí)，無閥門定位器，直接用20~100kPa氣壓推動(dòng)閥門，把傳遞信號作為動(dòng)力信號。這個(gè)信號對變送器和調(diào)節(jié)器能量是足夠的，但對控制閥顯然是不足的，以至經(jīng)常發(fā)生動(dòng)力不夠，閥門泄漏（內(nèi)漏），關(guān)不嚴(yán)，打不開，動(dòng)作遲緩，體積龐大，或者定位器只作為流量放大，但壓力仍然為20~100kPa，也只能達(dá)到部分減少滯后的作用。這是很不合理的，把傳遞信號作為動(dòng)力信號，這是一種理論的滯后和誤導(dǎo)。

　　2 氣動(dòng)薄膜執(zhí)行器的力學(xué)分析

　　下面以供氣壓力為600kPa的氣關(guān)閥為例進(jìn)行分析。

　　1）供氣壓力為600kPa（減壓閥后壓力）。

　　2）彈簧起始壓力為150kPa，壓力在0~150kPa范圍內(nèi)，執(zhí)行器閥桿位移量為0，閥芯處于全開狀態(tài)。

　　3）彈簧行程從150kPa開始向下壓縮，壓力上升到300kPa，走完全行程，閥芯到達(dá)全關(guān)位置，此時(shí)，閥芯被閥座頂住，理論間隙為零，不能再向下移動(dòng)。但一旦有工藝介質(zhì)的反作用力企圖使閥芯向上移動(dòng)時(shí)，閥門定位器（一般為噴嘴檔板）終點(diǎn)平衡位置改變。使輸出空氣壓力繼續(xù)增加。其輸出壓力在300~600kPa范圍內(nèi)變化，使其回到“0”位置。最大供氣壓達(dá)到600kPa。300~600kPa的壓力是在氣動(dòng)推力克服彈簧平衡力以后（包括摩擦重力）可再增加的力，稱為輸出力。有資料稱超平衡力更為合適。在行程中問位置也有同樣的作用。即反作用力企圖改變行程（位置），輸出壓力增加，使其重新回到原來位置為止。

　　4）輸出力的大小決定了閥體允許差壓△P的大小，這個(gè)力是定位器的作用在克服彈簧的平衡力以后“純粹”補(bǔ)充的，是專用克服流體反作用力的，可見其重要性。因?yàn)殚y體總是存在△P，有時(shí)甚至很大，如放空閥、減壓閥。如果沒有定位器，就不存在輸力（氣關(guān)閥），沒有定位器的氣關(guān)閥不能關(guān)嚴(yán)，水遠(yuǎn)是內(nèi)漏。因?yàn)椤鱌總是存在的。如果沒有定位器輸出力的存在，推力與彈簧反作用力在某位置達(dá)到平衡推力等于平衡力，停在某一位置。如果是在全關(guān)位置，當(dāng)反作用力增加，閥芯必然向上位移，這個(gè)位移與反作用力大小成比例，反作用力大，向上位移大；反作用力小，位移量小。不管位移大還是小，閥芯離開了“關(guān)”的位置。反作用力越大，閥內(nèi)漏越大，反之即小。閥門總是漏的，這是因?yàn)榻橘|(zhì)總是有反作用力，只不過泄漏大小的問題。如果處在中間位置，信號與位移不能一一對應(yīng)。

　　對氣開閥，彈簧的起始壓力可以用來作為輸出力，但20kPa壓力太小，作用力不夠，克服介質(zhì)差樂△P的能力有限。必須設(shè)法提高起始壓力。可以將彈性范圍向右移動(dòng)，如圖1所示。

　　定位器工作原理。

　　輸入信號E上升，使檔板靠近噴嘴，使背壓P'上升，經(jīng)氣動(dòng)放大器放大輸出Pv上升，閥桿向下帶動(dòng)檔板，形成負(fù)反饋。當(dāng)輸人信號與反饋平衡時(shí)，閥芯處在某一開度，檔板處于平衡狀態(tài)，輸出Pv穩(wěn)定在某一數(shù)值，閥門在一定開度。

　　如果介質(zhì)反作用力F上升，閥桿上推，反饋力B（向下的力）減小，使檔板左側(cè)向上，擋板右側(cè)進(jìn)一步靠近噴嘴，Pv上升，使推力進(jìn)一步增大，克服了介質(zhì)的反作用力F。使閥芯回到原來位置。在實(shí)際使用中，推力和反作用力是同時(shí)存在、同時(shí)完成的。

　　5）介質(zhì)反作用力F上升，即負(fù)反饋力B減少，即為正反饋，并且是經(jīng)氣容和彈簧滯后，滯后的正反饋近似積分作用，即定位器能消除位置偏差。