气动控制阀是广泛应用于石油、化工、电力、冶金等工业企业的工业过程控制仪表之一。在化工生产中，调节阀是调节系统中必不可少的。它是工业自动化系统的重要组成部分，如同生产过程自动化的手脚。下面我们来全面了解一下气动控制阀。
操作原理
气动控制阀以压缩空气为动力源，气缸为执行机构，借助电动阀门定位器、转换器、电磁阀、位置保持阀等附件驱动阀门实现通断或比例调节，接受工业自动化控制系统的控制信号，完成对管道介质的流量、压力、温度等各种工艺参数的调节。气动控制阀的特点是控制简单，响应迅速，本质安全，不需要额外的防爆措施。
气动控制阀的工作原理
气动控制阀通常由气动执行机构和控制阀连接、安装和调试而成。气动执行机构可分为单作用式和双作用式。单作用执行器中有回位弹簧，但双作用执行器中没有回位弹簧。其中，单作用执行机构在失去原点或突然发生故障时，能自动恢复到阀门的初始开启或关闭状态。
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根据作用形式，气动控制阀可分为两种类型，即所谓的常开型和常闭型。气动控制阀的空气开启或关闭通常是通过执行机构的正反作用和阀态结构的不同装配方式来实现的。
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气动调节阀的动作方式
空气开启式(常闭式)是指当膜头上的空气压力增大时，阀门向开度增大的方向移动，当达到输入空气压力的上限时，阀门全开。相反，当空气压力降低时，阀门向关闭方向移动，当没有空气输入时，阀门完全关闭。通常，我们称气开控制阀为故障关闭阀。
气闭型(常开型)的运动方向与气开型相反。当空气压力增加时，阀门向关闭方向移动；当气压降低或不降低时，阀门将被打开或完全打开。通常，我们称气闭控制阀为故障开启阀。
气体开关的选择基于工艺生产的安全性。当气源切断时，无论调节阀处于关闭位置还是打开位置都是安全的。
比如对于加热炉的燃烧控制，在燃气管道上安装调节阀，根据炉膛的温度或者加热炉出口处被加热物料的温度来控制燃料的供给。此时使用气动阀更安全，因为一旦停止供气，阀门关闭比全开更合适。如果气源中断，燃油阀全开，会有过热的危险。另一个例子是由冷却水冷却的热交换设备。热材料通过在热交换器中与冷却水进行热交换而被冷却。调节阀安装在冷却水管上，冷却水量由换热后物料的温度控制。供气中断时，调节阀应处于开启位置，这样更安全，选择气闭(FO)调节阀为宜。
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阀门定位器
阀门定位器是调节阀的主要附件，大量与气动调节阀配套使用。它接收调节器的输出信号，然后用其输出信号控制气动调节阀。调节阀动作时，阀杆的位移通过机械装置反馈给阀门定位器，阀位状态通过电信号传递给上位系统。阀门定位器按其结构和工作原理可分为气动阀门定位器、电空阀门定位器和智能阀门定位器。
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本发明可以增加调节阀的输出功率，减小调节信号的传输滞后，加快阀杆的移动速度，提高阀门的线性度，克服阀杆的摩擦力，消除不平衡力的影响，从而保证调节阀的正确定位。
执行机构分为气动执行机构和电动执行机构，又可分为直行程和角行程。用于自动和手动开关各种切割门、挡风板等。
气动控制阀的安装原理
(1)气动控制阀的安装位置应距地面一定高度，阀门上下应有一定的空间，以便于阀门的拆卸和维修。对于配有气动阀门定位器和手轮的调节阀，必须保证操作、观察和调节方便。
(2)控制阀应安装在水平管道上，并垂直于管道上下，一般支撑在阀门下方，以保证稳定可靠。对于特殊场合，当控制阀需要水平安装在垂直管道上时，也应支撑控制阀(小口径控制阀除外)。安装时，避免给控制阀带来额外的压力)。
(3)控制阀的工作环境温度应为(-30 ~+60)，相对湿度不得大于95%和95%。
(4)控制阀前后应有不小于10倍管径(10D)的直管段，以免阀门直管段过短影响流量特性。
(5)当调节阀直径与工艺管道直径不同时，应采用异径管连接。安装小口径调节阀时，可用螺纹连接。阀体上的流体方向箭头应与流体方向一致。
(6)设置旁路管道。目的是方便切换或手动操作，控制阀可以不停机检修。
(7)调节阀安装前，应彻底清除管道内的异物，如污垢、焊渣等。
常见故障及其处理
调节阀不起作用。
首先确认供气压力是否正常，查找供气故障。如果气压正常，判断定位器或电/气转换器的放大器是否有输出；如果没有输出，放大器的恒定节流孔被堵塞，或者压缩空气中的水分积聚在放大器的球阀上。用细钢丝疏通恒力孔，清除污垢或清洁气源。
如果以上都正常，有信号但没有动作，那么就是执行机构有故障或者阀杆弯曲，或者阀芯卡死。在这种情况下，必须拆下阀门进行进一步检查。
调节阀卡住
如果阀杆往复行程慢，可能是阀体内有粘性物质，结焦堵塞或填料压得太紧，或聚四氟乙烯填料老化，阀杆弯曲和擦伤等。控制阀堵塞故障大多发生在新投运系统和检修初期。由于管路中的焊渣、铁锈等造成节流、导向部件堵塞，介质流通不畅，或控制阀维修时填料太紧，造成摩擦增大，导致小信号不动作，大信号动作过大的现象。
在这种情况下，可以快速地打开和关闭辅助管线或调节阀，从而使赃物被来自辅助管线或调节阀的介质冲走。另外，可以用管钳夹住阀杆，在有外部信号压力的情况下，正反转阀杆，使阀芯闪过卡。如果解决不了，可以通过增加气源压力，增加驱动力反复上下移动几次来解决问题。如果还是动不了，就需要拆开控制阀。当然，这项工作需要很强的专业技能，必须在专业技术人员的协助下完成，否则后果会更严重。
阀门泄漏
控制阀的泄漏一般包括控制阀内部泄漏、填料泄漏和阀芯、阀座变形引起的泄漏，下面分别进行分析。
1.阀门泄漏
阀杆长度不合适，气动阀阀杆过长，阀杆向上(或向下)距离不够，造成阀芯与阀座之间有间隙，不能充分接触，造成松动和内漏。同样，气体关闭阀的阀杆过短，也会导致阀芯与阀座之间有间隙，不能充分接触，造成关闭不严，内漏。解决方法:应该缩短(或延长)阀杆，使控制阀的长度合适，这样就不会内漏。
2、填料泄漏
将填料放入填料函后，通过压盖向其施加轴向压力。由于填料的塑性变形，产生径向力，与阀杆紧密接触，但这种接触不是很均匀，有的部分接触松散，有的部分接触紧密，甚至有的部分根本不接触。在控制阀的使用过程中，阀杆和填料之间存在相对运动，这种运动称为轴向运动。在使用过程中，受高温、高压、高渗透性流体介质的影响，控制阀的填料函也是发生泄漏较多的部位。填料泄漏的主要原因是界面泄漏，对于纺织填料也会有泄漏(压力介质沿着填料纤维间的微小缝隙向外泄漏)。阀杆和填料之间的界面泄漏是由填料接触压力的逐渐衰减和填料本身的老化引起的。此时，压力介质将沿着填料和阀杆之间的接触间隙向外泄漏。
为了便于填料，将填料函顶部倒角，在填料函底部放置间隙小、耐冲刷的金属保护环。注意，保护环和填料之间的接触面不能倾斜，以防止填料被介质压力推出。填料函与填料接触部分的表面应进行抛光，以提高表面光洁度，减少填料磨损。填料选用柔性石墨，因为它气密性好，摩擦小，长期使用后变化不大，磨损烧损小，易于维护，压盖螺栓重新拧紧后摩擦不变，所以耐压耐热性能好，不受内部介质腐蚀，不点蚀或腐蚀与阀杆和填料函接触的金属。这样，有效地保护了阀杆填料函的密封，保证了填料密封的可靠性，大大提高了使用寿命。
3、阀芯、阀座变形泄漏
阀芯和阀座泄漏的主要原因是调节阀生产过程中的铸造或锻造缺陷会导致腐蚀的加强。腐蚀性介质的通过和流体介质的冲刷也会造成控制阀的泄漏。腐蚀主要以冲蚀或气蚀的形式存在。当腐蚀性介质通过调节阀时，会腐蚀和冲击阀芯和阀座的材料，使阀芯和阀座呈椭圆形或其他形状。久而久之，阀芯与阀座不匹配，出现间隙，因关闭不严而发生泄漏。
确保阀芯和阀座的材料选择。选择耐腐蚀材料，坚决淘汰有凹坑、沙眼等缺陷的产品。如果阀芯和阀座变形不太严重，可以用细砂纸打磨，消除痕迹，提高密封光洁度，从而提高密封性能。如果损坏严重，应更换新的阀门。
震动
控制阀弹簧刚度不足，控制阀输出信号不稳定，变化剧烈，容易造成控制阀振荡。还有就是所选阀门的频率与系统频率相同，或者管道和底座剧烈振动，使调节阀相应振动。选择不当，控制阀在小开度工作时，流阻、流量和压力都有剧烈的变化。当超过阀门的刚度时，稳定性变差，严重时会发生振荡。
因为振荡的原因很多，所以要具体问题具体分析。对于轻微的振动，可以增加刚度来消除，如选用大刚度弹簧的调节阀，改用活塞执行机构；管道和基座剧烈振动，增加支撑可消除振动干扰；当阀门频率与系统频率相同时，更换不同结构的调节阀；小开度工作时产生的振荡是由于选择不当造成的，具体来说就是因为阀门的流通能力C值过大，所以需要重新选择，选择流通能力C值小的阀门，或者采用分程控制或主从阀来克服阀门在小开度工作时产生的振荡。
控制阀有噪音
当流体流经调节阀时，如果前后压差过大，会对阀芯、阀座等零件产生气蚀，使流体产生噪声。如果循环能力值较大，需要重新选择合适循环能力值的调节阀，以克服调节阀在小开度运行时产生的噪音。这里有几种消除噪音的方法。
1、消除共振噪声的方法
只有控制阀共振，能量叠加才能产生100分贝以上的强烈噪音。有的表现为强烈振动，噪音很小，有的振动微弱，但噪音很大；有些振动和噪音很大。这种噪声产生单声道的声音，频率为3000 ~ 7000 Hz。显然，如果消除了共振，噪音自然就消失了。
2、消除空化噪声的方法
空化是水动力噪声的主要来源。空化发生时，气泡破裂并产生高速冲击，引起局部强烈湍流，产生空化噪声。这种噪声的频率范围很宽，会产生咔嗒声，类似于流体中含有的砂石发出的声音。消除和减少气蚀是消除和降低噪声的有效途径。
3、采用厚壁管道法
使用厚壁管是声道处理方法之一。使用薄壁可提高噪音5分贝，使用厚壁管可降低噪音0 ~ 20分贝。相同管径的管壁越厚，相同壁厚的管径越大，降噪效果越好。如DN200管道壁厚分别为6.25、6.75、8、10、12.5、15、18、20、21.5mm时，噪声可分别降低-3.5、-2(即增加)、0、3、6、8、11、13、14.5 dB。当然，墙越厚，成本越高。
4、采用吸声材料法
这也是一种常见且最有效的声道处理方法。可以用吸声材料包裹噪声源和阀门后面的管道。必须指出的是，噪声会通过流体流动传播很远的距离，所以消声效果会止于包裹吸声材料和使用厚壁管道的地方。这种方法适用于噪声不是很高，管道不是很长的情况，因为这是一种比较昂贵的方法。
5、串联消声法这种方法
适用于消声气动噪声，能有效消除流体内部的噪声，抑制传递到固体边界层的噪声级。这种方法对于阀门前后的高质量流量或高压降比的地方是最有效和最经济的。采用吸收式串联消声器可以大大降低噪声。但从经济上来说，一般仅限于衰减到25分贝左右。
6.隔声箱法
利用隔声箱、房屋、建筑物等隔离内部的噪声源，使外部环境的噪声降低到可以接受的范围。
7、串联节流法
当调节阀的压比较高(△P/P1≥0.8)时，采用串联节流方式，即总压降分散在调节阀和阀后固定节流元件上。例如，使用扩散器和多孔限流器是降低噪音的最有效方法。为了获得最佳的扩压器效率，扩压器(实体的形状和尺寸)必须根据各件的安装情况进行设计，使阀门产生的噪声级与扩压器产生的噪声级相同。
8、选择低噪音阀门。
低噪声阀根据流体通过阀芯和阀座的曲折流路(多通道、多通道)逐渐减速，避免在流路的任何一点产生超音速。有许多类型和结构的低噪音阀门(专为特殊系统设计)可供使用。在噪声不是很大的情况下，低噪声套筒阀可以降低噪声10 ~ 20分贝，是最经济的低噪声阀。
阀门定位器故障
常见的定位器工作原理是机械力平衡，即喷嘴挡板技术，主要有以下几种故障类型:
(1)由于机械力平衡原理，其运动部件多，易受温度和振动的影响，造成控制阀的波动；
(2)采用喷嘴挡板技术，由于喷嘴孔很小，容易被灰尘或不干净的气源堵塞，导致定位器无法正常工作；
(3)利用力的平衡原理，弹簧的弹性系数在不良场会发生变化，导致调节阀的非线性，控制品质下降。
(4)智能定位器由微处理器(CPU)、A/D、D/A转换器等部件组成。其工作原理与普通定位器完全不同。给定值和实际值的比较纯粹是电信号，不再是力的平衡。因此，可以克服传统定位器的力平衡的缺点。然而，当用于紧急停止情况时，例如紧急切断阀和紧急通风阀，这些阀需要停留在某个位置。只有当紧急情况发生时，他们才需要可靠地行动。如果它们长时间停留在某个位置，很容易使电转换器失控，造成小信号不动作的危险情况。另外。由于阀门用位置感应电位器在现场工作，电阻值容易变化，导致小信号不动作，大信号全开的危险情况。因此，为了保证智能定位器的可靠性和可用性，必须经常对其进行测试。
