3.1　气动调节阀的结构

气动调节阀由执行机构和阀（也称阀体组件）两部分组成。图3-1为气动薄膜调节阀的结构原理图。执行机构按照控制信号的大小产生相应的输出力，带动阀杆移动。阀直接与介质接触，通过改变阀芯与阀座间的节流面积调节流体介质的流量。有时为改善调节阀的性能，在其执行机构上装有阀门定位器，见图3-1左边部分。阀门定位器与调节阀配套使用，组成闭环系统，利用反馈原理提高阀的灵敏度，并实现阀的准确定位。

3.1.1　气动执行机构

气动执行机构有薄膜式、活塞式、拨叉式和齿轮齿条式四种。活塞式行程长，适用于要求有较大推力的场合；薄膜式行程短，只能直接带动阀杆；拨叉式具有扭矩大、空间小、扭矩曲线更符合阀门的扭矩曲线等特点，常用在大扭矩的阀门上；齿轮齿条式有结构简单、动作平稳可靠且安全防爆等优点，在发电厂、化工、炼油等对安全要求较高的生产过程中广泛应用。

气动执行器还可以分为单作用和双作用两种类型。执行器的开、关动作都通过气源来驱动执行，被称为双作用。单作用的开、关动作只有开动作是气源驱动，关动作是弹簧复位。

气动薄膜执行机构有正作用和反作用两种形式。信号压力增加时，推杆向下移动的被称为正作用。反之，信号压力增大时，推杆向上移动的被称为反作用。气动薄膜执行机构的正、反作用如图3-2所示。

3.1.2　阀

阀（也称阀体组件）是一个局部阻力可变的节流元件。它由阀体、上阀盖组件、下阀盖组件和阀内件组成。上阀盖组件包括上阀盖和填料函。阀内件是指阀体内部与介质接触的零部件。直通阀包括阀芯、阀座和阀杆等。

（1）阀的结构形式

阀按结构形式分为直通单座阀、直通双座阀、角形阀、蝶阀、三通阀和隔膜阀等，如图3-3所示。

阀按阀座数目可分为单座阀和双座阀，如图3-3（a）、（b）所示。一般阀为单座阀。双座阀所需的推动力较小，动作灵敏。

（2）阀芯的作用方向

根据流体通过调节阀时对阀芯作用的方向分为流开阀和流闭阀，如图3-4所示。流开阀稳定性好，有利于调节。一般情况，多采用流开阀。

（3）阀芯的正装和反装形式

阀芯有正装和反装两种形式。阀芯下移，阀芯与阀座间的流通截面积减小的被称为正装阀；相反，阀芯下移，使它与阀座间流通截面积增大的被称为反装阀。对于图3-1所示的双导向正装阀，只要将阀杆与阀芯下端连接处相接，即为反装阀，如图3-5所示。公称直径Dg<25mm的调节阀为单导向式，只有正装阀。

（4）阀的气开、气关作用方式

气动调节阀又分为气开、气关两种作用方式。所谓气开式，即信号压力p>0.02MPa时，阀开始打开，也就是说“有气”时阀开；气关式则相反，信号压力增大阀反而关小。

根据执行机构正、反作用形式及阀芯的正装、反装，实现气动调节阀气开、气关作用方式可有四种不同的组合，如图3-6所示。

3.1.3　阀门定位器

阀门定位器按结构形式和工作原理可以分成气动阀门定位器和电-气阀门定位器两种。

气动阀门定位器是气动阀辅助装置，根据控制器输出的气动信号，控制气动调节阀的阀门部件，使阀开度处于精确位置。图3-1中所示的是典型的阀门定位器，它是按位移平衡原理工作的。来自控制器的信号pc进入波纹管17，托板16以反馈凸轮14为支点逆时针转动。固定在托板上的挡板19靠近喷嘴18，喷嘴背压升高，经气动放大器15放大后的输出信号pD进入调节阀膜头。阀杆5下移带动反馈连杆13和反馈凸轮14，后者绕其支点顺时针转动。接着托板以波纹管为支点逆时针转动，使挡板稍离喷嘴，最终使输出压力到达一个新的稳态值。

可以证明，当波纹管有效面积、波纹管等测量组件的刚度及波纹管到挡板间位移传递系数、阀杆到挡板间位移传递系数固定时，阀门开度与控制器的控制信号成正比。

阀门定位器常见的应用场合如下。

①增大执行机构的输出推力。例如高、低温或高压调节阀，以及控制易于在阀门零件挂胶或固结的工艺流体的调节阀等需要克服阀杆摩擦力；如温度、液位和成分等参数的缓慢控制过程需要提高调节阀的响应速度；如Dg>25mm单座阀，Dg>100mm双座阀或者前后压降Δp>1MPa，阀前压力p1>10MPa等需要增加执行机构输出力和切断力。

②系统需要改变调节阀的流量特性。

③组成分程控制系统。

最近的研究表明，并不是任何情况下采用阀门定位器都是合理的。在如液体压力和流量这样的快速控制过程中，使用阀门定位器可能对控制质量有害。而对于如大多数传热系统、液位和一些大容积的气体压力等慢过程，阀门定位器将改善控制质量。