1概述
旋转类调节阀作为控制系统中的一类控制装置，其应用领域及使用范围随结构功能的改进及控制元件的配套逐步扩大。旋转类阀因其可靠快速的切断特性以及耐气蚀.高压差、寿命长.易维护和流阻小等特点，在各类控制管线中越来越受到欢迎，其中部分产品不但可以作为切断阀使用,而且可以用于调节功能.但是，在阀体组件结构因适应工况要求发生变化的同时，其驱动装置也在发生着变化。本文分析了常用的几种旋转阀的力矩特性,并对适应其力矩特性的驱动装置选用加以分析。以避免因驱动装置选用不当而造成浪费或事故。
2球阀力矩分析
球阀是旋转类阀中常见的一种,从球体的形状上分类有整体球和部分球两种结构,从球体的固定方式分类有浮动球及固定球两种形式。球阀力矩主要是介质压力和密封预压力挤压球体,与阀座之间产生摩擦力矩。当球体在0°~90'全行程的运行过程中，随开度的增大球体因受压面减小及压差的下降,力矩也相应下降(图1)。当球体自关闭向打开方向旋转时，首先要克服密封比压及管道介质在阀前后造成的压差及填料等摩擦因素产生的静力矩，当驱动力大于静摩擦力时，球体便开始转动。所需力矩因从静摩擦转变为动摩擦而有所减小，当球心转过阀座密封线，阀前后介质贯通,压差也逐步减小，从而动摩擦力矩也在随开度的加大而减小。
2.1 球阀阀杆力矩
球阀阀杆力矩MF为
MF=MQF+MFT (1)
式中MQF ——球体与阀座密封面间的摩擦力矩，
Nm
πDMppfmR(1+cosφ)
MQF = 8cosφ (2)
DMp——阀座密封面平均直径, mm
fm——摩擦系數
R——球体半径, mm
MFT——填料及滑动轴承对同杆的摩擦力矩,Nm
阀座在阀体活动套内的浮动球阀，可以实现进出口双同座密封，因而MQF计算应以两个阀座对球体产生的摩擦力矩计算，即
MQF=MQF1+(MQF2+MQF2) （3）
MQF1——进口阀座对球体产生的力矩, Nm
MQF2——球体与出口阀座密封面间的摩擦力矩(包括密封预紧力及介质作用力), Nm
2.2固定球球阀力矩
固定球结构用于DN200mm以上，为保证可靠的密封效果一般都采用双活塞效应阀座结构,所以两个阀座与球体也紧密接触，但进口阀座产生的摩擦力仅为预紧力产生，而出口阀座的力矩是由两部分组成的,即除了预紧力之外还有介质工作压力产生的摩擦力矩。固定球阀力矩组成为
MF=MQF1+(M QF2+M QF2)+MFT+MZC (4)
式中 MZC——滑动轴承产生的力矩，Nm
无阀座套浮动球阀的力矩组成比较简单，因阀前介质压力的作用对球体产生推力，而球体又为浮动式，因而可以向出口阀座移动，力矩以介质推力产生的压力与出口阀座间产生的摩擦力为主。而有活动套筒的浮动球阀,为使密封比压达到可靠密封的效果，进口阀座除预紧力产生的摩擦力矩外还有介质对进口阀座的作用力而产生的摩擦力。出口阀座与球体的摩擦力矩是由作用于活动套筒外径面积上的介质作用力而产生,而固定球阀因球体的不可移动,为达到密封效果，必须施以预紧力,同时靠特殊的双活塞效应使阀座靠两个面积差造成的压力差使园座向球体靠近从而实现密封.
3蝶阀力矩
蝶阀因其在60°的行程内流量特性近似等百分比及密封结构的逐步完善，使得蝶阀可作为调节阀和截止阀使用,因而蝶阀在调节工况中具有扩大使用范围的优势。蝶阀有中线堞阀、单偏心蝶阀、双偏心蝶阀及各种三偏心蝶阀,但其水力 力矩特性相似，即可因蝶板不同转角其蝶板前后的流体流场的复杂变化,使得蝶阀无法准确的计算在某个开度下的水利力矩。蝶阀力矩MD为
MD=MM+Mc+MT+Mj+Md (5)
式中MM ——密封面间摩擦力矩，Nm
Mc——阀杆轴承的摩擦力矩， Nm
MT ——密封填料的摩擦力矩，Nm
Mj——静水力矩，Nm
Md——动水力矩, Nm
蝶阀在关闭时蝶板密封面与阀座密封面才能完全接触，因此密封面间的摩擦力矩MM是在关闭时才产生的,在开启或关闭的过程中MM值为零。M;静水力矩指蝶阈卧装因蝶板上下水压不同而产生的静水力矩，但是在阀杆垂直安装时便不存在静水偏置力矩。对于动水力矩,常用的计算公式为
式中D’ ——阀座直径,mm
H’ ——偏心距，mm
5旋转阀常用驱动装置
旋转园以60和90°转角为主。旋转类阀的驱动装置有活塞拨叉式、活塞齿轮齿条式和曲柄连杆式3种(图4)。由于结构不同, 3种驱动装置的输出力矩特性不同(图5)
(1)活塞拨叉式活塞拨叉执行机构的力矩输出是因气压作用在活塞上，活塞的直行程运动推动拨叉输出力矩，因拨又在转动过程中，受力点及力臂的大小是发生变化的，因此披叉式执行机构力的输出是发生变化的。
(2)活塞齿轮齿条式活塞齿轮齿条式驱动装 置的活塞端部设计成齿条结构,力矩的输出是齿条推动齿轮轴的转动产生的，力矩输出特性为直线型。
在衔铁上,使其偏离中心位置。挡板连接着衔铁，由此可在喷嘴之问形成不相等的问距,高压油流通过节流孔从喷嘴噴出供油。由于衔铁偏离了中心位置而带动主阀芯移动，使得液压油流进或流出铰接式油缸，从而带动输出轴旋转.油缸的动作被传递;到控制部件。也通过反馈条和连接装置传递给伺服园。反馈弹簧因此被拉紧或放松,从而作用一个与输入信号产生效果相反的力在衔铁上。当阀杆到达新的位置时,作用在街铁上的力平衡了,挡板回到噴嘴中间,活塞杆和阀杆便停止运动.执行机构的角度输出位移与输入信号成比例关系。
由于受到结构的限制，紧凑型角行程液压伺服执行器（电动执行器，电动执行机构）的力矩一般为40~4 500N m,角度行程为70°~90"，速度为4~35%s.紧凑型角行程液压伺服执行器适合于各类蝶阀。
(3)曲柄连杆式曲柄连杆驱动装 置是将直行程推力经过曲柄连杆机构转换为旋转力矩，因此力矩输出特性是发生变化的。但因在转换过程中,中间行程时力臂最长，力矩输出特性为抛物线型。6选型
要准确的为阀门组配合适的执行机构，必须要对阀门的结构形式及特点性能有充分的了解。活塞拨叉式执行机构力矩输出特性符合球阀及堞阀的力矩需求，但由于不能准确计算阀的力矩，而是以阀的最大力矩选择执行机构的最小力矩,因此特性的匹配就失去了意义，反而造成浪费.单作用式曲柄
4标准型液压伺服执行器
标准型液压伺服执行器的工作原理如图3所示。由电机驱动双泵经过过滤器和伺服阀把液压油送入油缸中，实现活塞杆的伸出或收回动作。在要求大范围动作的情况下，液压系统需要较大的流量,低压大流量泵和高压小流量泵同时供油到油缸，此时系统压力低一些。在要求小范围动作或高压力动作的情况下，液控换向阀阀芯左移。低压大流量泵处于循环状态(即直接回油箱),系统仅由高压小流量泵供油到伺服阀。系统的最高压力由溢流阀来调定.这样可确保在低压大范围动作的情况下有足够的油量使活塞以所需的速度运行,又可以避免执行器高压运行时过多的发热。测压点监测液压泵的压力，压力表监测蓄能器的压力。溢流國是经TV检测的安全阀，用于控制蓄能器的最大压力。油缸的运行速度是由伺服阀来控制,但其最大的运行速度是由单向节流阀控制。在油泵不供油或系统失去油压的情况下，液控换向阀组动作,使得蓄能器直接把压力油供给油缸,以实现阀门紧急打开或关闭的动作。在断电时，油缸也可以通过手泵和手动换向阀进行手动双向运行。在电机断电时,液控单向阀锁住,中断了伺服阀和油缸之间的液压通路,将油缸活塞锁定在故障发生时的位置。配备了蓄能器的执行器,可将活 塞移动到预先设定的位置.执行机构的直线输出位移与输入信号成比例关系。
标准型液压伺服执行器的推力最大可以到1 000kN,行程没有限制，速度为2~40mm/s.标准型液压伺服执行器适合于各类控制阀门,尤其是大型阀门。
