一、氮封描述：

　　ZZYVP-16B、ZZVP-16K超純水箱設(shè)備氮封閥是一種無須外來能源，利用被調(diào)介質(zhì)自身的壓力變化達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)和穩(wěn)定閥后壓力為設(shè)定值。該閥壓力設(shè)定在指揮器上實(shí)現(xiàn)，方便、快捷，壓力設(shè)定值在運(yùn)行中也可隨意調(diào)整；控制精度高，可比一般ZZY型直接操作自力式壓力調(diào)節(jié)閥高，適合于控制精度要求高的場(chǎng)合。它廣泛應(yīng)用于氮封水箱系統(tǒng)氮?dú)獗Ｗo(hù)自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。

二、超純水箱氮封一般工作原理圖:

　　ZZYVP-16B、ZZVP-16K超純水箱設(shè)備氮封閥由供氮閥和泄氮閥兩部分組成。供氮裝置由指揮器和主閥兩部分組成；泄氮裝置由內(nèi)反饋的壓開型微壓調(diào)節(jié)閥組成。氮?dú)鈮毫σ话阍O(shè)為100mmH2O.通過氮封裝置精確控制 。
    當(dāng)水箱上游水泵開啟，向超純水水箱補(bǔ)水時(shí)，水箱水位上升，氣相部分容積減小，壓力升高，當(dāng)水箱上部氣體空間壓力升于泄氮裝置壓力設(shè)定值時(shí)，泄氮裝置打開，向外界釋放氮?dú)猓构迌?nèi)壓力下降，當(dāng)降泄氮裝置壓力設(shè)定點(diǎn)時(shí)，泄氮裝置自動(dòng)關(guān)閉。
    當(dāng)水箱后級(jí)水泵開啟，用戶端開始用水時(shí)，液面下降，氣相部分容積增大，罐內(nèi)壓力降低，供氮裝置開啟，向儲(chǔ)罐注入氮?dú)?，使罐?nèi)壓力上升，當(dāng)罐內(nèi)壓力上升供氮裝置自動(dòng)關(guān)閉。 

1.供氮閥工作原理：

    供氮裝置結(jié)構(gòu)如圖所示，將設(shè)在罐頂?shù)娜狐c(diǎn)的介質(zhì)經(jīng)導(dǎo)壓管引入檢測(cè)機(jī)構(gòu)(7)、介質(zhì)在檢測(cè)元件上產(chǎn)生一個(gè)作用力與彈簧(8)、預(yù)緊力相平衡。當(dāng)罐內(nèi)壓力降低低于供氮裝置壓力設(shè)定點(diǎn)時(shí)，平衡被破壞，使指揮器閥芯(6)打開，從而使閥前氣體經(jīng)減壓閥(5)、節(jié)流閥(4)、進(jìn)入主閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)(3)上、下膜室，打主開閥閥芯(2)、向罐內(nèi)充注氮?dú)?；?dāng)罐內(nèi)壓力升至供氮裝置壓力設(shè)定點(diǎn)時(shí)，由于預(yù)設(shè)彈簧力，關(guān)閉指揮器閥芯(6)又由于主閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)中彈簧作用，關(guān)閉主閥，停止供氮。

2.泄氮閥工作原理：

    泄氮裝置結(jié)構(gòu)如右圖所示，該裝置采用內(nèi)反饋結(jié)構(gòu)，介質(zhì)直接經(jīng)閥蓋進(jìn)入檢測(cè)機(jī)構(gòu)(2)，介質(zhì)在檢測(cè)元件上產(chǎn)生一個(gè)作用力與預(yù)設(shè)彈簧(3)預(yù)緊力相平衡。當(dāng)罐內(nèi)壓力升高于泄氮裝置壓力設(shè)定點(diǎn)時(shí)，平衡被破壞，使閥芯(1)上移，打開閥門，向外界泄放氮?dú)?；?dāng)罐內(nèi)壓力降泄氮裝置壓力設(shè)定點(diǎn)時(shí)，由于預(yù)設(shè)彈簧力作用，關(guān)閉閥門。

3、呼吸閥工作原理：

    當(dāng)罐內(nèi)壓力達(dá)到額定呼出正壓時(shí)，壓力閥瓣開啟，罐內(nèi)蒸氣排出；當(dāng)罐內(nèi)真空度達(dá)到額定吸入負(fù)壓時(shí)，真空閥瓣開啟，空氣進(jìn)入。在氮封系統(tǒng)中呼吸閥一般不啟動(dòng)工作，當(dāng)供氮閥和泄氮閥失效果時(shí)才開啟。

說明：

　一般供氮?dú)鈮毫υ?×10^5-10×10^5Pa之間,罐頂呼吸閥僅起安全作用，是在主閥失靈,導(dǎo)致罐內(nèi)壓力過高或過低時(shí)，起到安全作用，在正常情況下不工作,泄氮閥安裝在罐頂，口徑一般與進(jìn)液閥口徑一致,一般泄氮閥的壓力設(shè)定點(diǎn)略大于供氮閥的壓力設(shè)定點(diǎn)，以免供、泄氮裝置頻繁工作，浪費(fèi)氮?dú)?、影響設(shè)備的使用壽命

    在超純水系統(tǒng)中，超純水水箱泄氮部分也可以采用水封的方式進(jìn)行，即從水箱上部氣體空間引出單獨(dú)的管道，末端浸入水槽液面中，液面高度根據(jù)水箱上部氣體空間允許的大正壓確定，也可以實(shí)現(xiàn)泄氮功能且比較經(jīng)濟(jì)。

三、執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型說明：

    現(xiàn)行國標(biāo)GB/T17213.1-1998《工業(yè)過程控制閥 第1部分：控制閥術(shù)語和總則》（等效IEC 60534-1:1987）對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的定義是：將信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，改變控制閥內(nèi)部調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（截流件）位置的裝置或機(jī)構(gòu)。該信號(hào)或者驅(qū)動(dòng)力可以是氣動(dòng)、電動(dòng)、滾動(dòng)或它們的任何一種組合。

    控制閥的閥門型式多種多樣，每一種型式都對(duì)其驅(qū)動(dòng)裝置（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）有不同的要求，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的通用型式有：氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣缸（活塞）式執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、手動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

    其中氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、維護(hù)方便、價(jià)格較低，是直行程控制閥常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它分為正作用與反作用動(dòng)作形式以及單彈簧與多彈簧設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，如圖1、2所示。

    氣動(dòng)信號(hào)壓力引入膜室內(nèi)，當(dāng)氣壓增加將膜片向下推并使執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿伸出（向下位移）稱為正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)；反之，當(dāng)氣壓增加把膜片向上推并使執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿縮回（向上位移）稱為反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)。正、反作用的氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)、部件基本相同，都是由上下膜蓋、橡膠薄膜膜片、推桿、彈簧及托板等組成，還可根據(jù)需要更換作用方向。其凈輸出力為氣動(dòng)信號(hào)壓力作用在膜片上產(chǎn)生的力與壓縮彈簧力之間的差值。執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入（氣動(dòng)信號(hào)）輸出（位移）特性基本為線性關(guān)系，并能提供較大的位移（行程）。執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜室內(nèi)膜片有效面積與推力成正比。需要的輸出力和可承受的供氣壓力就決定了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺寸即膜片的有效面積。

    傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)是單彈簧結(jié)構(gòu)，殼體多為整體鑄造部件，比較笨重和尺寸大，一體的支架并有彈簧調(diào)整部件。目前廣泛應(yīng)用的則是精小型的多彈簧結(jié)構(gòu)，配置不同數(shù)量彈簧可組合為不同的彈簧范圍，一次裝配完成。膜蓋為鋼板冷軋成形，支架可分離可組合，整 體重量輕和尺寸高度明顯降低。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)力的關(guān)系：

    執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的力（運(yùn)動(dòng)）用于克服負(fù)荷的有效力，負(fù)荷則是流體在閥體閥內(nèi)件造成的不平衡力、以及摩擦力（填料函及填料）、密封壓緊力（閥座）、閥桿閥芯等部件的自重等有關(guān)的力作用。為了使控制閥能正常工作，配用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)要能產(chǎn)生具有一定安全系數(shù)的力（力矩），來保證控制閥緊密關(guān)閉和順利開啟及將控制指令轉(zhuǎn)換成為行程。

    直行程單座直通控制閥主要配用氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)，氣動(dòng)信號(hào)作用在薄膜有效面積上，其信號(hào)增加或減少形成一個(gè)力，去克服彈簧力和控制閥上出現(xiàn)的力，并與一定的閥開充對(duì)應(yīng)。在相應(yīng)的閥門開度下，力的關(guān)系是平衡的，氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的推動(dòng)力與負(fù)荷力相等，沒有凈輸出力。只有配用了閥門定位器形成閥位反饋調(diào)節(jié)閉合回路后，才能使氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)行程精度提升并能在閥全關(guān)或全開時(shí)具有凈輸出力。

參見圖3，說明控制閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)整體考慮的力有關(guān)系：

設(shè)執(zhí)行器的輸出力為Fa（單位N），其為的關(guān)系為：Fa=Ft+Fo+Ff+Fm

式中：Ft-流體作用在閥芯上的力（不平衡力），主要與閥壓差、閥芯受力面積有關(guān)；

      F0-閥全關(guān)時(shí)密封壓緊力，主要與閥座孔徑、泄漏等級(jí)有關(guān)；

      Ff-閥桿所受的摩擦力，主要與閥桿直徑、填料型式、行程速度有關(guān)；

      Fm-閥芯閥桿等運(yùn)動(dòng)部件的重量，為-mg

      這個(gè)Fa也就是控制閥計(jì)算書中的req.act.force(Fo req)。

    對(duì)于彈簧作用在執(zhí)行器膜片上，彈簧力Fs與膜片有效面積Ae、位移量L和彈簧預(yù)壓緊量及剛度有關(guān)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的凈輸出力為氣動(dòng)信號(hào)P作用在膜片上產(chǎn)生的力與彈簧作用力之間的差值，由此執(zhí)行機(jī)構(gòu)的力關(guān)系為；

正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)：

Fad=Ae（P-Po-Pr/l/L）

反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)：

Far=Ae（-P+P0+Pr/l/L）

式中：Ae-膜片有效面積cm2

• 氣動(dòng)信號(hào)壓力，100kPa(bar)

P0-彈簧啟動(dòng)壓力，100kPa(bar)

Pr-彈簧范圍，100kPa(bar)

l-推桿位移（瘩行行程）mm

L-全位移（全行程）mm

    注：在計(jì)算時(shí)，請(qǐng)注意片有效面積和行程及壓力的單位換算：面積 m2、長(zhǎng)度m、壓力Pa、力N。

在執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿位移（行程）各點(diǎn)上，氣動(dòng)信號(hào)壓力P產(chǎn)生的推力與彈簧的反作用力

FS相抵消，因而沒有凈輸出力。當(dāng)配用閥門定位器后，只要各行程點(diǎn)沒有與閥門定位

器的輸入控制信號(hào)相對(duì)應(yīng)，即給定位號(hào)w與行程反饋信號(hào)x之間出現(xiàn)的偏差e，則為了保證準(zhǔn)確定位，其輸出的氣動(dòng)信號(hào)壓力就會(huì)繼續(xù)變化直到趨于零壓力或接近氣源壓力，此時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生凈輸出力。

以配合正裝式閥（閥桿向下移，閥門關(guān)閉）為例，正作用氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)在閥全關(guān)時(shí)走行程，1=L，氣動(dòng)信號(hào)壓力P可接近氣源壓力P氣源，Po+Pr為彈簧上限壓力，其輸出力為：Pad=Ae(P-P0-Pr)=Ae(P氣源-P彈簧上限)

可看出，此類氣關(guān)型控制閥通常是靠提高氣源壓力來保證緊密關(guān)閉和克服不平衡力的，

而彈簧范圍通常為20KPa至100KPa或更小。一些廠家在執(zhí)行機(jī)構(gòu)樣本中所說的大允許輸出力，通常是指氣關(guān)型控制閥和按執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜室所能承受的大氣壓與膜片有效面積進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果，其數(shù)值遠(yuǎn)比氣開型控制閥配反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力的值大出很多。

以配合正裝式閥（閥桿向下移，閥門關(guān)閉）為例，反作用氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)在閥全關(guān)時(shí)

為行程零點(diǎn)，氣動(dòng)信號(hào)壓力P可趨于零，其輸出力為：Far=AePo

此種情況下，只要知道膜片有效面積Ae和彈簧啟動(dòng)壓力Po就能推算出該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸

出力。反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常有較多的彈簧范圍可選，彈簧啟動(dòng)壓力P0則可通過對(duì)彈簧預(yù)壓緊進(jìn)行提高。

在控制閥全關(guān)時(shí)的Fad和Far數(shù)值也就是一些廠家計(jì)算書上的Actutor force Fa數(shù)值。

考慮到滿足控制閥的正常使用和緊密關(guān)閉，應(yīng)使Fad或Far≥Fa，使氣動(dòng)信號(hào)壓力P產(chǎn)生的推力與彈簧的反作用力Fs相抵后仍有凈輸出力用于克服閥的流體力（不平衡力）和摩擦力，還要在閥關(guān)閉時(shí)有一定的壓緊力。在計(jì)算選型時(shí)，對(duì)氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需推力還應(yīng)留有1.3倍的安全系數(shù)。

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