控制閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用

    執(zhí)行機(jī)構(gòu)是什么？

    對(duì)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)Z廣泛的定義是：一種能提供直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，它利用某種驅(qū)動(dòng)能源并在某種控制信號(hào)作用下工作。

    執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用液體、氣體、電力或其它能源并通過(guò)電機(jī)、氣缸或其它裝置將其轉(zhuǎn)化成驅(qū)動(dòng)作用。基本的執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于把閥門(mén)驅(qū)動(dòng)至全開(kāi)或全關(guān)的位置。用與控制閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠的使閥門(mén)走到任何位置。盡管大部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是用于開(kāi)關(guān)閥門(mén)，但是如今的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)功能，它們包含了位置感應(yīng)裝置，力矩感應(yīng)裝置，電極保護(hù)裝置，邏輯控制裝置，數(shù)字通訊模塊及PID控制模塊等，而這些裝置全部安裝在一個(gè)緊湊的外殼內(nèi)。

     因?yàn)樵絹?lái)越多的工廠采用了自動(dòng)化控制，人工操作被機(jī)械或自動(dòng)化設(shè)備所替代，人們要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠起到控制系統(tǒng)與閥門(mén)機(jī)械運(yùn)動(dòng)之間的界面作用，更要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)增強(qiáng)工作安全性能和環(huán)境保護(hù)性能。在一些危險(xiǎn)性的場(chǎng)合，自動(dòng)化的執(zhí)行機(jī)構(gòu)裝置能減少人員的傷害。某些特殊閥門(mén)要求在特殊情況下緊急打開(kāi)或關(guān)閉，閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)能阻止危險(xiǎn)進(jìn)一步擴(kuò)散同時(shí)將工廠損失減至Z少。對(duì)一些壓大口徑的閥門(mén)，所需的執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力矩非常大，這時(shí)所需執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須提機(jī)械效率并使用輸出的電機(jī)，這樣平穩(wěn)的操作大口徑閥門(mén)。

    閥門(mén)與自動(dòng)化

    為了成功的實(shí)現(xiàn)過(guò)程自動(dòng)化，Z重要的是要確保閥門(mén)自身能夠滿足過(guò)程及管道內(nèi)介質(zhì)的特殊要求。通常供應(yīng)過(guò)程和介質(zhì)能夠決定閥門(mén)的種類，閥芯的類型以及閥內(nèi)件和閥門(mén)的結(jié)構(gòu)和材料。

    閥門(mén)選擇后接下來(lái)就要考慮自動(dòng)化的要求即執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇?？梢院?jiǎn)單的按兩種基本的閥門(mén)操作類型來(lái)考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

    1.旋轉(zhuǎn)式閥門(mén)（單回轉(zhuǎn)閥門(mén)）

    這類閥門(mén)包括：旋塞閥、球閥、蝶閥以及風(fēng)門(mén)或擋板。這類閥門(mén)需要已要求的力矩進(jìn)行90度旋轉(zhuǎn)操作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)

    2.多回轉(zhuǎn)閥門(mén)

    這類閥門(mén)可以是非旋轉(zhuǎn)提升式閥桿或旋轉(zhuǎn)非提升式桿，或者說(shuō)是他們需要多轉(zhuǎn)操作去驅(qū)動(dòng)閥門(mén)到開(kāi)或關(guān)的位置。這類閥門(mén)包括：直通閥（截止閥）、閘閥、刀閘閥等。作為一種選擇，直線輸出的氣動(dòng)或液動(dòng)氣缸或薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)也開(kāi)來(lái)驅(qū)動(dòng)上述閥門(mén)。

    目前共有四種類型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它們能夠使用不同的驅(qū)動(dòng)能源，能夠操作各種類型的閥門(mén)。

    1.電動(dòng)多回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)

    電力驅(qū)動(dòng)的多回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)是Z常用、Z的執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型之一。使用單相或三相電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪或蝸輪蝸桿Z后驅(qū)動(dòng)閥桿螺母，閥桿螺母使閥桿產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)使閥門(mén)打開(kāi)或關(guān)閉。多回轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以快速驅(qū)動(dòng)大尺寸閥門(mén)。為了保護(hù)閥門(mén)不受損壞， 安裝在在閥門(mén)行程的終點(diǎn)的限位開(kāi)關(guān)會(huì)切斷電機(jī)電源，同時(shí)當(dāng)安全力矩被超過(guò)時(shí)，力矩感應(yīng)裝置也會(huì)切斷電機(jī)電源，位置開(kāi)關(guān)用于指示閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，安裝離合器裝置的手輪機(jī)構(gòu)可在電源故障時(shí)手動(dòng)操作閥門(mén)。

    這種類型執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要點(diǎn)是所有部件都安裝在一個(gè)殼體內(nèi)，在這個(gè)防水、防塵、防爆的外殼內(nèi)集成了所有基本及的功能。主要缺點(diǎn)是，當(dāng)電源故障時(shí)，閥門(mén)只能保持在原位，只有使用備用電源系統(tǒng)，閥門(mén)才能實(shí)現(xiàn)故障安全位置（故障開(kāi)或故障關(guān)）

    2.電動(dòng)單回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)

    這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)類似于電動(dòng)多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要差別是執(zhí)行機(jī)構(gòu)Z終輸出的是1/4轉(zhuǎn)記90度的運(yùn)動(dòng)。新一代電動(dòng)單回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)合了大部分多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的復(fù)雜功能，例如：使用非進(jìn)入式用戶友的操作界面實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定與診斷功能。

    單回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊可以安裝到小尺寸閥門(mén)上，通常輸出力矩可達(dá)800公斤米，另外應(yīng)為所需電源較小，它們可以安裝電池來(lái)實(shí)現(xiàn)故障安全操作。

    3.流體驅(qū)動(dòng)多回轉(zhuǎn)式或直線輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)

    這種類型執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)常用于操作直通閥（截止閥）和閘閥，它們使用氣動(dòng)或液動(dòng)操作方式。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作，很容易實(shí)現(xiàn)故障安全操作模式。

    通常情況下人們使用電動(dòng)多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)閘閥和截止閥，只有在無(wú)電源時(shí)才考慮使用液動(dòng)或氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

    4.流體驅(qū)動(dòng)單回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)

     氣動(dòng)、液動(dòng)單回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)非常通用，它們不需要電源并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能。它們應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣泛。通常輸出從幾公斤米到幾萬(wàn)公斤米。它們使用氣缸及傳動(dòng)裝置將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直角輸出，傳動(dòng)裝置通常有：撥叉、齒輪齒條，杠桿。齒輪齒條在全行程范圍內(nèi)輸出相同力矩，它們非常適用于小尺寸閥門(mén)，撥叉有較率在行程起點(diǎn)有力矩輸出非常適合于大口徑閥門(mén)。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般安裝電磁閥、定位器或位置開(kāi)關(guān)等附件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門(mén)的控制和監(jiān)測(cè)。

    這種類型執(zhí)行機(jī)構(gòu)很容易實(shí)現(xiàn)故障安全操作模式

    執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇要素

    選擇一臺(tái)合適的閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型和規(guī)格時(shí)必須考慮下列要素：

    1.驅(qū)動(dòng)能源

    Z常用的驅(qū)動(dòng)能源是電源或流體源，如果選擇電源為驅(qū)動(dòng)能源，對(duì)于大尺寸閥門(mén)一般選用三相電源，對(duì)于小尺寸閥門(mén)可選用單相電源。一般電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可有多種電源類型供選擇。有時(shí)也可選直流供電，此時(shí)可通過(guò)安裝電池實(shí)現(xiàn)電源故障安全操作。

    流體源種類很多，先可以是不同的介質(zhì)如：壓縮空氣、氮?dú)?、天然氣、液壓流體等，其次它們可以備各種壓力，第三執(zhí)行機(jī)構(gòu)有各種尺寸以提供輸出力活力矩。

    2.閥門(mén)類型

    當(dāng)選擇閥門(mén)用執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，必須要知道閥門(mén)的種類，這樣才可以選擇正確的執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型。有些閥門(mén)需要多回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，有些需要單回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，有些需要往復(fù)式驅(qū)動(dòng)，它們影響了執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型的選擇。通常多回轉(zhuǎn)的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)比電動(dòng)多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)價(jià)格要貴，但是往復(fù)式直行程輸出的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)價(jià)格比電動(dòng)多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

    3.力矩大小

     對(duì)于90度回轉(zhuǎn)的閥門(mén)如：球閥、碟閥、旋塞閥，通過(guò)閥門(mén)廠商獲得相應(yīng)閥門(mén)力矩大小，大部分閥門(mén)廠商是通過(guò)測(cè)試閥門(mén)在額定壓力下閥門(mén)所需的操作力矩，他們將這一力矩提供給客戶。對(duì)于多回轉(zhuǎn)的閥門(mén)情況有所不同，這些閥門(mén)可分為：往復(fù)式（提升式）運(yùn)動(dòng)-閥桿不旋轉(zhuǎn)、往復(fù)式運(yùn)動(dòng)-閥桿旋轉(zhuǎn)、非往復(fù)式-閥桿旋轉(zhuǎn)，必須測(cè)量閥桿的直徑，閥桿連接螺紋尺寸已決定執(zhí)行機(jī)構(gòu)規(guī)格。

    4.執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型

    一但執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型和閥門(mén)所需驅(qū)動(dòng)力矩確定了，就可以使用執(zhí)行機(jī)構(gòu)廠商提供的數(shù)據(jù)表或選型軟件進(jìn)行選型。有時(shí)還需考慮閥門(mén)操作的速度和頻率。

    流體驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)行程速度，但是三相電源的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)只有固定的行程時(shí)間。

    部分小規(guī)格的直流電動(dòng)單回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)行程速度。

    開(kāi)關(guān)控制

    自動(dòng)控制閥Z大的處是可以遠(yuǎn)距離的操作閥門(mén)，這就意味著操作人員可以坐在控制室控制供應(yīng)過(guò)程而不需要親臨現(xiàn)場(chǎng)去人工操作閥門(mén)的開(kāi)和關(guān)。人們只需鋪設(shè)一些管線連接控制室和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)能源通過(guò)管線直接激勵(lì)電動(dòng)或氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通常用的4-20mA信號(hào)來(lái)反饋閥門(mén)的位置。

    連續(xù)控制

    如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)被要求用于控制過(guò)程系統(tǒng)的液位、流量或壓力等參數(shù)，這是要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁動(dòng)作的工作，可以用4-20mA信號(hào)作為控制信號(hào)，然而這個(gè)信號(hào)可能會(huì)和過(guò)程一樣頻繁的改變。如果需要非常頻率動(dòng)作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，只有選擇特殊的能頻繁啟停的調(diào)節(jié)型執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)一個(gè)過(guò)程中需要多臺(tái)執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，可以通過(guò)使用數(shù)字通訊系統(tǒng)將各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接起來(lái)，這樣可大大降低安裝費(fèi)用。數(shù)字通訊回路可以快速的傳遞指令和收集信息。 目前有多種通訊方式如：FOUNDATION FIELDBUS、PROFIBUS、DEVICENET、HART和專為閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的PAKSCAN等。數(shù)字通訊系統(tǒng)不單單可以降低投資費(fèi)用，它們還可以收集大量閥門(mén)信息，這些信息對(duì)于閥門(mén)的預(yù)測(cè)性維護(hù)程序非常有價(jià)值。

    預(yù)測(cè)性維護(hù)

    操作人員可以借助內(nèi)置的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器來(lái)記錄閥門(mén)每次動(dòng)作時(shí)力矩感應(yīng)裝置測(cè)得的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以用來(lái)監(jiān)測(cè)閥門(mén)運(yùn)行的狀態(tài)，可以提示閥門(mén)是否需要維修，也可以用這些數(shù)據(jù)來(lái)診斷閥門(mén)。

    針對(duì)閥門(mén)可以診斷如下數(shù)據(jù)：
    1.閥門(mén)密封或填料摩擦力
    2.閥桿、閥門(mén)軸承的摩擦力矩
    3.閥座摩擦力
    4.閥門(mén)運(yùn)行中的摩擦力
    5.閥芯的所受的動(dòng)態(tài)力
    6.閥桿螺紋摩擦力
    7.閥桿位置

    上述大部分?jǐn)?shù)據(jù)存在于所有種類的閥門(mén)，但著重點(diǎn)不同，例如：對(duì)于蝶閥，閥門(mén)運(yùn)行中的摩擦力是可以忽略的，但對(duì)于旋塞閥這個(gè)力數(shù)值卻很大。不同的閥門(mén)有不同的力矩運(yùn)行曲線，例如：對(duì)于楔式閘飯，開(kāi)啟和關(guān)閉力矩都非常大，其它行程時(shí)只有填料摩擦力和螺紋摩擦力，關(guān)閉時(shí)，液體靜壓力作用在閘板上增加了閥座摩擦力，Z終楔緊效應(yīng)使力矩迅速增大直到關(guān)閉到位。所以根據(jù)力矩曲線的變化可以預(yù)測(cè)出將會(huì)發(fā)生的故障，可以對(duì)預(yù)測(cè)性維護(hù)提供有價(jià)值的信息。