1 概述

    切断阀门( 或称开关阀) 中，电动、手动、液动、电液联动或气液联动驱动切断阀门的开关速度相对于气动阀门都比较慢。气动切断阀因其开关迅速，在炼化行业、化工行业等大量应用。切断用途的阀门，开关速度越快越理想，自然很多工况订货要求的开关时间就过短。过短的开关时间使阀门快速的开启或关闭，对阀门和气动执行机构都会产生不利影响。

    气动阀门有不同的种类，但其特点相似，且气动开关阀以球阀为主。本文以 90°开关的气动球阀为例来讨论，开关时间过短对阀门和气动执行机构的影响。

2 气动执行机构与球阀结构

气动执行机构主要类型以开启方式可分为提升式、90°角行程。以作用形式可分为单作用形式( 弹簧复位) 、双作用形式。球阀根据其功能和结构可以分成很多类。以密封形式可以分为金属硬密封和软密封阀座。以密封原理可以分为固定球和浮动球。气动执行机构与阀门连接能实现靠压缩空气( 或其他可靠气源) 来驱动阀门开启或关闭，通过气动元件控制气缸动作，实现自动化。气动球阀结构如图 1、图 2 所示。

3 气动切断阀门开关时间

    气动切断阀门的实际开关时间主要受阀门扭矩( 或推力) 、气源压力、气动元件选配影响。阀门所需的扭矩( 或推力) 大，选配的气动执行机构亦大，需要的动作时间也较长。

    气路管道长度、管路内径、管路弯头、管路分支等都会影响气动执行机构的动作时间［1］。目前，气动开关阀门没有标准或规范明确规定具体规格的执行机构或阀门及其开关时间。对于气动切断阀的开关时间主要是以阀门口径及装置的工况要求方面来确定。

3. 1 按阀门口径确定

    按阀门口径确定开关时间。阀门口径与时间比值( 1s /in. ) 为开关时间。如 4in. ( DN100) 的阀门，开关时间为 4 s。在确定气动切断阀开关时间并且没有明确的设计要求或其他规范时，以阀门口径确定开关时间，作为参考依据。

3. 2 按制造商的推荐

    在没有设计数据和标准规范的条件下，要求推荐阀门或气动执行机构开关时间时，制造商可根据使用经验，推荐比较适用的时间。

3. 3 按装置的设计要求

    按装置( 或系统) 设计时规定的开关时间确定，开关时间来源有依据。在产品订货时，用户有意的将阀门的开关时间缩短，以为会更加保险。其实这种情况需要加装气动元件以缩短开关时间，导致成本的增加，而且，由于开关时间过短，即使配了相应的气动元件，依然达不到过短开关时间要求，难于保证。

4 球阀扭矩与气动执行机构推力
根据球阀的最大扭矩、气动执行机构的作用形式、气源压力等，选配驱动阀门开启或关闭的最小执行机构型号。
4. 1 球阀扭矩计算
以浮动球阀为例，可按式( 1) 、( 2) 计算其理论扭矩MF = MQF + MFT + MFC ( 1)式中

 MF———浮动球阀的扭矩，

NmMQF———填料与阀杆之间摩擦力矩，

Nm MFT———阀杆头部的摩擦力矩，

Nm MFC———球体与阀座密封面的摩擦力矩，

Nm MFC = πD2MP pfM R( 1 + cosφ) /32cosφ ( 2) DMP———阀座密封面平均直径，mm
p———计算压力，MPa
fM ———球体与密封面的摩擦系数
R———球体半径，mm
φ———球体与阀座接触点与通道轴法向夹角，( °)

    式( 1) 和( 2) 可以看出，压力 p 对球阀的扭矩MF 影响最大。图 3 为某规格球阀在不同的压力( 压差) p 实测的开启扭矩 M。