控制閥執(zhí)行機構(gòu)的選用|資料

任何一種控制閥執(zhí)行機構(gòu)都是一種利用能源去驅(qū)動閥門的裝置。這種裝置可能是人力操作的齒輪組，用它去開關(guān)閥門，或者是一種具備復(fù)雜控制和測量裝置的智能電子部件，用它可實現(xiàn)閥門的連續(xù)調(diào)節(jié)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，執(zhí)行機構(gòu)變得更加復(fù)雜。早期的執(zhí)行機構(gòu)只不過是帶有位置感應(yīng)開關(guān)的馬達齒輪傳動裝置。如今的執(zhí)行機構(gòu)已經(jīng)具備了更多 的功能，它們不僅可以打開或關(guān)閉閥門而且可以檢測閥門與執(zhí)行機構(gòu)的工作狀態(tài)為預(yù)測性維護提供各種數(shù)據(jù)。

執(zhí)行機構(gòu)是什么？

對于執(zhí)行機構(gòu)最 的定義是：一種能提供直線或旋轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動裝置，它利用某種驅(qū)動能源并在某種控制信號作用下工作。

執(zhí)行機構(gòu)使用液體、氣體、電力或其它能源并通過電機、氣缸或其它裝置將其轉(zhuǎn)化成驅(qū)動作用。基本的執(zhí)行機構(gòu)用于把閥門驅(qū)動至全開或全關(guān)的位置。用與控制閥的執(zhí)行機構(gòu)能夠精確的使閥門走到任何位置。盡管大部分執(zhí)行機構(gòu)都是用于開關(guān)閥門，但是如今的執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計遠遠超出了簡單的開關(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緊湊的外殼內(nèi)。

因為越來越多的工廠采用了自動化控制，人工操作被機械或自動化設(shè)備所替代，人們要求執(zhí)行機構(gòu)能夠起到控制系統(tǒng)與閥門機械運動之間的界面作用，更要求執(zhí)行機構(gòu)增強工作安全性能和環(huán)境保護性能。在一些危險性的場合，自動化的執(zhí)行機構(gòu)裝置能減少人員的傷害。某些特殊閥門要求在特殊情況下緊急打開或關(guān)閉，閥門執(zhí)行機構(gòu)能阻止危險進一步擴散同時將工廠損失減至最少。對一些高壓大口徑的閥門，所需的執(zhí)行機構(gòu)輸出力矩非常大，這時所需執(zhí)行機構(gòu)必須提高機械效率并使用高輸出的電機，這樣平穩(wěn)的操作大口徑閥門。

閥門與自動化

為了成功的實現(xiàn)過程自動化，最重要的是要確保閥門自身能夠滿足過程及管道內(nèi)介質(zhì)的特殊要求。通常生產(chǎn)過程和工藝介質(zhì)能夠決定閥門的種類，閥芯的類型以及閥內(nèi)件和閥門的結(jié)構(gòu)和材料。

閥門選擇好后接下來就要考慮自動化的要求即執(zhí)行機構(gòu)的選擇?？梢院唵蔚陌磧煞N基本的閥門操作類型來考慮執(zhí)行機構(gòu)。

1.旋轉(zhuǎn)式閥門（單回轉(zhuǎn)閥門）

這類閥門包括：旋塞閥、球閥、蝶閥以及風(fēng)門或擋板。這類閥門需要已要求的力矩進行90度旋轉(zhuǎn)操作的執(zhí)行機構(gòu)

2.多回轉(zhuǎn)閥門

這類閥門可以是非旋轉(zhuǎn)提升式閥桿或旋轉(zhuǎn)非提升式桿，或者說是他們需要多轉(zhuǎn)操作去驅(qū)動閥門到開或關(guān)的位置。這類閥門包括：直通閥（截止閥）、閘閥、刀閘閥等。作為一種選擇，直線輸出的氣動或液動氣缸或薄膜執(zhí)行機構(gòu)也開來驅(qū)動上述閥門。

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

1.電動多回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機構(gòu)

電力驅(qū)動的多回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機構(gòu)是最常用、最可靠的執(zhí)行機構(gòu)類型之一。使用單相或三相電動機驅(qū)動齒輪或蝸輪蝸桿最后驅(qū)動閥桿螺母，閥桿螺母使閥桿產(chǎn)生運動使閥門打開或關(guān)閉。

多回轉(zhuǎn)式電動執(zhí)行機構(gòu)可以快速驅(qū)動大尺寸閥門。為了保護閥門不受損壞，安裝在在閥門行程的終點的限位開關(guān)會切斷電機電源，同時當(dāng)安全力矩被超過時，力矩感應(yīng)裝置也會切斷電機電源，位置開關(guān)用于指示閥門的開關(guān)狀態(tài)，安裝離合器裝置的手輪機構(gòu)可在電源故障時手動操作閥門。

這種類型執(zhí)行機構(gòu)的主要優(yōu)點是所有部件都安裝在一個殼體內(nèi)，在這個防水、防塵、防爆的外殼內(nèi)集成了所有基本及 的功能。主要缺點是，當(dāng)電源故障時，閥門只能保持在原位，只有使用備用電源系統(tǒng)，閥門才能實現(xiàn)故障安全位置（故障開或故障關(guān)）

2.電動單回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機構(gòu)

這種執(zhí)行機構(gòu)類似于電動多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)，主要差別是執(zhí)行機構(gòu)最終輸出的是1/4轉(zhuǎn)記90度的運動。新一代電動單回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機構(gòu)結(jié)合了大部分多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)的復(fù)雜功能，例如：使用非進入式用戶友好的操作界面實現(xiàn)參數(shù)設(shè)定與診斷功能。

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

3.流體驅(qū)動多回轉(zhuǎn)式或直線輸出執(zhí)行機構(gòu)

這種類型執(zhí)行機構(gòu)經(jīng)常用于操作直通閥（截止閥）和閘閥，它們使用氣動或液動操作方式。結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，很容易實現(xiàn)故障安全操作模式。

通常情況下人們使用電動多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)來驅(qū)動閘閥和截止閥，只有在無電源時才考慮使用液動或氣動執(zhí)行機構(gòu)。

4.流體驅(qū)動單回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機構(gòu)

氣動、液動單回轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)非常通用，它們不需要電源并且結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠。它們應(yīng)用的領(lǐng)域非常 。通常輸出從幾公斤米到幾萬公斤米。它們使用氣缸及傳動裝置將直線運動轉(zhuǎn)換為直角輸出，傳動裝置通常有：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，撥叉具有較高效率在行程起點具有高力矩輸出非常適合于大口徑閥門。氣動執(zhí)行機構(gòu)一般安裝電磁閥、定位器或位置開關(guān)等附件來實現(xiàn)對閥門的控制和監(jiān)測。

這種類型執(zhí)行機構(gòu)很容易實現(xiàn)故障安全操作模式

執(zhí)行機構(gòu)選擇要素

選擇一臺合適的閥門執(zhí)行機構(gòu)類型和規(guī)格時必須考慮下列要素：

1.驅(qū)動能源

最常用的驅(qū)動能源是電源或流體源，如果選擇電源為驅(qū)動能源，對于大尺寸閥門一般選用三相電源，對于小尺寸閥門可選用單相電源。一般電動執(zhí)行機構(gòu)可有多種電源類型供選擇。有時也可選直流供電，此時可通過安裝電池實現(xiàn)電源故障安全操作。

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

2.閥門類型

當(dāng)選擇閥門用執(zhí)行機構(gòu)時，必須要知道閥門的種類，這樣才可以選擇正確的執(zhí)行機構(gòu)類型。有些閥門需要多回轉(zhuǎn)驅(qū)動，有些需要單回轉(zhuǎn)驅(qū)動，有些需要往復(fù)式驅(qū)動，它們影響了執(zhí)行機構(gòu)類型的選擇。

通常多回轉(zhuǎn)的氣動執(zhí)行機構(gòu)比電動多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)價格要貴，但是往復(fù)式直行程輸出的氣動執(zhí)行機構(gòu)價格比電動多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)便宜。3.力矩大小

對于90度回轉(zhuǎn)的閥門如：球閥、碟閥、旋塞閥，最好通過閥門廠商獲得相應(yīng)閥門力矩大小，大部分閥門廠商是通過測試閥門在額定壓力下閥門所需的操作力矩，他們將這一力矩提供給客戶。對于多回轉(zhuǎn)的閥門情況有所不同，這些閥門可分為：往復(fù)式（提升式）運動-閥桿不旋轉(zhuǎn)、往復(fù)式運動-閥桿旋轉(zhuǎn)、非往復(fù)式-閥桿旋轉(zhuǎn)，必須測量閥桿的直徑，閥桿連接螺紋尺寸已決定執(zhí)行機構(gòu)規(guī)格。

4.執(zhí)行機構(gòu)選型

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

流體驅(qū)動的執(zhí)行機構(gòu)可調(diào)節(jié)行程速度，但是三相電源的電動執(zhí)行機構(gòu)只有固定的行程時間。

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

開關(guān)控制

自動控制閥最大的好處是可以遠距離的操作閥門，這就意味著操作人員可以坐在控制室控制生產(chǎn)過程而不需要親臨現(xiàn)場去人工操作閥門的開和關(guān)。人們只需鋪設(shè)一些管線連接控制室和執(zhí)行機構(gòu)，驅(qū)動能源通過管線直接激勵電動或氣動執(zhí)行機構(gòu)，通常用的4-20mA信號來反饋閥門的位置。

連續(xù)控制

如果執(zhí)行機構(gòu)被要求用于控制過程系統(tǒng)的液位、流量或壓力等參數(shù)，這是要求執(zhí)行機構(gòu)頻繁動作的工作，可以用4-20mA信號作為控制信號，然而這個信號可能會和過程一樣頻繁的改變。如果需要非常高頻率動作的執(zhí)行機構(gòu)，只有選擇特殊的能頻繁啟停的調(diào)節(jié)型執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)一個過程中需要多臺執(zhí)行機構(gòu)時，可以通過使用數(shù)字通訊系統(tǒng)將各個執(zhí)行機構(gòu)連接起來，這樣可大大降低安裝費用。數(shù)字通訊回路可以快速高效的傳遞指令和收集信息。目前有多種通訊方式如：FOUNDATIONFIELDBUS、PROFIBUS、DEVICENET、HART和專為閥門執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計的PAKSCAN等。數(shù)字通訊系統(tǒng)不單單可以降低投資費用，它們還可以收集大量閥門信息，這些信息對于閥門的預(yù)測性維護程序非常有價值。

預(yù)測性維護

操作人員可以借助內(nèi)置的數(shù)據(jù)存儲器來記錄閥門每次動作時力矩感應(yīng)裝置測得的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以用來監(jiān)測閥門運行的狀態(tài)，可以提示閥門是否需要維修，也可以用這些數(shù)據(jù)來診斷閥門。

針對閥門可以診斷如下數(shù)據(jù)：

1.閥門密封或填料摩擦力

2.閥桿、閥門軸承的摩擦力矩

3.閥座摩擦力

4.閥門運行中的摩擦力

5.閥芯的所受的動態(tài)力

6.閥桿螺紋摩擦力

7.閥桿位置

上述大部分數(shù)據(jù)存在于所有種類的閥門，但著重點不同，例如：對于蝶閥，閥門運行中的摩擦力是可以忽略的，但對于旋塞閥這個力數(shù)值卻很大。

不同的閥門具有不同的力矩運行曲線，例如：對于楔式閘飯，開啟和關(guān)閉力矩都非常大，其它行程時只有填料摩擦力和螺紋摩擦力，關(guān)閉時，液體靜壓力作用在閘板上增加了閥座摩擦力，最終楔緊效應(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)測出將會發(fā)生的故障，可以對預(yù)測性維護提供有價值的信息。