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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。

氣動球閥管路設計及在訂單中的應用.png

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。

氣動球閥管路設計及在訂單中的應用1.png

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。

《表 1》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。

《表 2》球閥扭矩數據
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	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
14	1500	21000	19.5	16058.82

《表 3》扭矩值
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