一、氮封描述：

　　ZZYVP-16B、ZZVP-16K超纯水箱设备氮封阀是一种无须外来能源，利用被调介质自身的压力变化达到自动调节和稳定阀后压力为设定值。该阀压力设定在指挥器上实现，方便、快捷，压力设定值在运行中也可随意调整；控制精度高，可比一般ZZY型直接操作自力式压力调节阀高，适合于控制精度要求高的场合。它广泛应用于氮封水箱系统氮气保护自动调节装置。

二、超纯水箱氮封一般工作原理图:

　　ZZYVP-16B、ZZVP-16K超纯水箱设备氮封阀由供氮阀和泄氮阀两部分组成。供氮装置由指挥器和主阀两部分组成；泄氮装置由内反馈的压开型微压调节阀组成。氮气压力一般设为100mmH2O.通过氮封装置精确控制 。
    当水箱上游水泵开启，向超纯水水箱补水时，水箱水位上升，气相部分容积减小，压力升高，当水箱上部气体空间压力升于泄氮装置压力设定值时，泄氮装置打开，向外界释放氮气，使罐内压力下降，当降泄氮装置压力设定点时，泄氮装置自动关闭。
    当水箱后级水泵开启，用户端开始用水时，液面下降，气相部分容积增大，罐内压力降低，供氮装置开启，向储罐注入氮气，使罐内压力上升，当罐内压力上升供氮装置自动关闭。 

1.供氮阀工作原理：

    供氮装置结构如图所示，将设在罐顶的取压点的介质经导压管引入检测机构(7)、介质在检测元件上产生一个作用力与弹簧(8)、预紧力相平衡。当罐内压力降低低于供氮装置压力设定点时，平衡被破坏，使指挥器阀芯(6)打开，从而使阀前气体经减压阀(5)、节流阀(4)、进入主阀执行机构(3)上、下膜室，打主开阀阀芯(2)、向罐内充注氮气；当罐内压力升至供氮装置压力设定点时，由于预设弹簧力，关闭指挥器阀芯(6)又由于主阀执行机构中弹簧作用，关闭主阀，停止供氮。

2.泄氮阀工作原理：

    泄氮装置结构如右图所示，该装置采用内反馈结构，介质直接经阀盖进入检测机构(2)，介质在检测元件上产生一个作用力与预设弹簧(3)预紧力相平衡。当罐内压力升高于泄氮装置压力设定点时，平衡被破坏，使阀芯(1)上移，打开阀门，向外界泄放氮气；当罐内压力降泄氮装置压力设定点时，由于预设弹簧力作用，关闭阀门。

3、呼吸阀工作原理：

    当罐内压力达到额定呼出正压时，压力阀瓣开启，罐内蒸气排出；当罐内真空度达到额定吸入负压时，真空阀瓣开启，空气进入。在氮封系统中呼吸阀一般不启动工作，当供氮阀和泄氮阀失效果时才开启。

说明：

　一般供氮气压力在3×10^5-10×10^5Pa之间,罐顶呼吸阀仅起安全作用，是在主阀失灵,导致罐内压力过高或过低时，起到安全作用，在正常情况下不工作,泄氮阀安装在罐顶，口径一般与进液阀口径一致,一般泄氮阀的压力设定点略大于供氮阀的压力设定点，以免供、泄氮装置频繁工作，浪费氮气、影响设备的使用寿命

    在超纯水系统中，超纯水水箱泄氮部分也可以采用水封的方式进行，即从水箱上部气体空间引出单独的管道，末端浸入水槽液面中，液面高度根据水箱上部气体空间允许的大正压确定，也可以实现泄氮功能且比较经济。

三、执行机构选型说明：

    现行国标GB/T17213.1-1998《工业过程控制阀 第1部分：控制阀术语和总则》（等效IEC 60534-1:1987）对执行机构的定义是：将信号转换成相应的运动，改变控制阀内部调节机构（截流件）位置的装置或机构。该信号或者驱动力可以是气动、电动、滚动或它们的任何一种组合。

    控制阀的阀门型式多种多样，每一种型式都对其驱动装置（执行机构）有不同的要求，执行机构的通用型式有：气动薄膜执行机构、气缸（活塞）式执行机构、电动执行机构、液动执行机构、手动执行机构、伺服执行机构。

    其中气动薄膜执行机构以其结构简单、动作可靠、维护方便、价格较低，是直行程控制阀常用的执行机构。它分为正作用与反作用动作形式以及单弹簧与多弹簧设计结构，如图1、2所示。

    气动信号压力引入膜室内，当气压增加将膜片向下推并使执行机构推杆伸出（向下位移）称为正作用执行机构；反之，当气压增加把膜片向上推并使执行机构推杆缩回（向上位移）称为反作用执行机构。正、反作用的气动薄膜执行机构、部件基本相同，都是由上下膜盖、橡胶薄膜膜片、推杆、弹簧及托板等组成，还可根据需要更换作用方向。其净输出力为气动信号压力作用在膜片上产生的力与压缩弹簧力之间的差值。执行机构输入（气动信号）输出（位移）特性基本为线性关系，并能提供较大的位移（行程）。执行机构膜室内膜片有效面积与推力成正比。需要的输出力和可承受的供气压力就决定了执行机构的尺寸即膜片的有效面积。

    传统设计的气动薄膜执行机构是单弹簧结构，壳体多为整体铸造部件，比较笨重和尺寸大，一体的支架并有弹簧调整部件。目前广泛应用的则是精小型的多弹簧结构，配置不同数量弹簧可组合为不同的弹簧范围，一次装配完成。膜盖为钢板冷轧成形，支架可分离可组合，整 体重量轻和尺寸高度明显降低。

执行机构力的关系：

    执行机构产生的力（运动）用于克服负荷的有效力，负荷则是流体在阀体阀内件造成的不平衡力、以及摩擦力（填料函及填料）、密封压紧力（阀座）、阀杆阀芯等部件的自重等有关的力作用。为了使控制阀能正常工作，配用的执行机构要能产生具有一定安全系数的力（力矩），来保证控制阀紧密关闭和顺利开启及将控制指令转换成为行程。

    直行程单座直通控制阀主要配用气动薄膜执行机构，气动信号作用在薄膜有效面积上，其信号增加或减少形成一个力，去克服弹簧力和控制阀上出现的力，并与一定的阀开充对应。在相应的阀门开度下，力的关系是平衡的，气动薄膜执行机构产生的推动力与负荷力相等，没有净输出力。只有配用了阀门定位器形成阀位反馈调节闭合回路后，才能使气动薄膜执行机构行程精度提升并能在阀全关或全开时具有净输出力。

参见图3，说明控制阀执行机构整体考虑的力有关系：

设执行器的输出力为Fa（单位N），其为的关系为：Fa=Ft+Fo+Ff+Fm

式中：Ft-流体作用在阀芯上的力（不平衡力），主要与阀压差、阀芯受力面积有关；

      F0-阀全关时密封压紧力，主要与阀座孔径、泄漏等级有关；

      Ff-阀杆所受的摩擦力，主要与阀杆直径、填料型式、行程速度有关；

      Fm-阀芯阀杆等运动部件的重量，为-mg

      这个Fa也就是控制阀计算书中的req.act.force(Fo req)。

    对于弹簧作用在执行器膜片上，弹簧力Fs与膜片有效面积Ae、位移量L和弹簧预压紧量及刚度有关，执行机构的净输出力为气动信号P作用在膜片上产生的力与弹簧作用力之间的差值，由此执行机构的力关系为；

正作用执行机构：

Fad=Ae（P-Po-Pr/l/L）

反作用执行机构：

Far=Ae（-P+P0+Pr/l/L）

式中：Ae-膜片有效面积cm2

• 气动信号压力，100kPa(bar)

P0-弹簧启动压力，100kPa(bar)

Pr-弹簧范围，100kPa(bar)

l-推杆位移（瘩行行程）mm

L-全位移（全行程）mm

    注：在计算时，请注意片有效面积和行程及压力的单位换算：面积 m2、长度m、压力Pa、力N。

在执行机构推杆位移（行程）各点上，气动信号压力P产生的推力与弹簧的反作用力

FS相抵消，因而没有净输出力。当配用阀门定位器后，只要各行程点没有与阀门定位

器的输入控制信号相对应，即给定位号w与行程反馈信号x之间出现的偏差e，则为了保证准确定位，其输出的气动信号压力就会继续变化直到趋于零压力或接近气源压力，此时执行机构会产生净输出力。

以配合正装式阀（阀杆向下移，阀门关闭）为例，正作用气动薄膜执行机构在阀全关时走完全行程，1=L，气动信号压力P可接近气源压力P气源，Po+Pr为弹簧上限压力，其输出力为：Pad=Ae(P-P0-Pr)=Ae(P气源-P弹簧上限)

可看出，此类气关型控制阀通常是靠提高气源压力来保证紧密关闭和克服不平衡力的，

而弹簧范围通常为20KPa至100KPa或更小。一些厂家在执行机构样本中所说的大允许输出力，通常是指气关型控制阀和按执行机构膜室所能承受的大气压与膜片有效面积进行计算的结果，其数值远比气开型控制阀配反作用执行机构输出力的值大出很多。

以配合正装式阀（阀杆向下移，阀门关闭）为例，反作用气动薄膜执行机构在阀全关时

为行程零点，气动信号压力P可趋于零，其输出力为：Far=AePo

此种情况下，只要知道膜片有效面积Ae和弹簧启动压力Po就能推算出该执行机构的输

出力。反作用执行机构通常有较多的弹簧范围可选，弹簧启动压力P0则可通过对弹簧预压紧进行提高。

在控制阀全关时的Fad和Far数值也就是一些厂家计算书上的Actutor force Fa数值。

考虑到满足控制阀的正常使用和紧密关闭，应使Fad或Far≥Fa，使气动信号压力P产生的推力与弹簧的反作用力Fs相抵后仍有净输出力用于克服阀的流体力（不平衡力）和摩擦力，还要在阀关闭时有一定的压紧力。在计算选型时，对气动薄膜执行机构所需推力还应留有1.3倍的安全系数。

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