電動執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)原理及選型要素

    [安全閥]對于執(zhí)行機(jī)構(gòu)最廣泛的定義是：一種能提供直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)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(jī)構(gòu)使用液體、氣體、電力或其它能源并通過電機(jī)、氣缸或其它裝置將其轉(zhuǎn)化成驅(qū)動作用。

    其基本類型有部分回轉(zhuǎn)(Part-Turn)、多回轉(zhuǎn)(Multi-Turn)及直行程(Linear)三種驅(qū)動方式。

    基本的執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于把閥門驅(qū)動至全開或全關(guān)的位置。用于控制閥的執(zhí)行機(jī)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(jī)構(gòu)都是用于開關(guān)閥門，但是如今的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(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緊湊的外殼內(nèi)。本文由上海制發(fā)閥門有限公司轉(zhuǎn)載分享，上海制發(fā)閥門有限公司專業(yè)從事安全閥生產(chǎn)的廠家、主要生產(chǎn)各種型號規(guī)格的安全閥，彈簧式安全閥，安全閥型號，襯氟安全閥，空壓機(jī)安全閥，并終身為使用單位提供相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)支持。銷售熱線:021-69783299  官方網(wǎng)站:http://www.chuanqijiaoyu.com

    因?yàn)樵絹碓蕉嗟墓�廠采用了自動化控制，人工操作被機(jī)械或自動化設(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)與閥門機(jī)械運(yùn)動之間的界面作用，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。在一些危險性的場合，自動化的執(zhí)行機(jī)構(gòu)裝置能減少人員的傷害。某些特殊閥門要求在特殊情況下緊急打開或關(guān)閉，閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)能阻止危險進(jìn)一步擴(kuò)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(jī)構(gòu)輸出力矩非常大，這時所需執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須提高機(jī)械效率并使用高輸出的電機(jī)，這樣平穩(wěn)的操作大口徑閥門。對于一些小扭矩的閥門，精小型的電動閥門也應(yīng)用而生，相比普通性具有重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，功能齊全等優(yōu)點(diǎn)。

    閥門

    為了成功的實(shí)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(jī)構(gòu)的選擇。可以簡單的按兩種基本的閥門操作類型來考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

    旋轉(zhuǎn)式閥門

    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(jìn)行90度旋轉(zhuǎn)操作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)

    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(jī)構(gòu)也開來驅(qū)動上述閥門。

    電動多回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)

    目前共有二種類型的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一般分為部分回轉(zhuǎn)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)（Part-Turn Electric Valve Actuator)，和多回轉(zhuǎn)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)（Multi-Turn Electric Valve Actuator),前者主要控制需要部分回轉(zhuǎn)的閥門例如：球閥，蝶閥等，后者需要多圈數(shù)旋轉(zhuǎn)的閥門，例如閘閥等。

    電力驅(qū)動的多回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)是最常用、最可靠的執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型之一。使用單相或三相電動機(jī)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(yùn)動使閥門打開或關(guān)閉。

    多回轉(zhuǎn)式電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以快速驅(qū)動大尺寸閥門。為了保護(hù)閥門不受損壞，安裝在在閥門行程的終點(diǎn)的限位開關(guān)會切斷電機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)可在電源故障時手動操作閥門。

    這種類型執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)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)集成了所有基本及先進(jìn)的功能。主要缺點(diǎn)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(shí)現(xiàn)故障安全位置（故障開或故障關(guān)）

    這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)類似于電動多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要差別是執(zhí)行機(jī)構(gòu)最終輸出的是1/4轉(zhuǎn)記90度的運(yùn)動。新一代電動單回轉(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)入式用戶友好的操作界面實(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實(shí)現(xiàn)故障安全操作。

    電動執(zhí)行器選擇要素

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

    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(jī)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(shí)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?dú)狻⑻烊粴狻⒁簤毫黧w等，其次它們可以具備各種壓力，第三執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有各種尺寸以提供輸出力活力矩。

    閥門類型

    當(dāng)選擇閥門用執(zhí)行機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)類型的選擇。通常多回轉(zhuǎn)的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)比電動多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)價格要貴，但是往復(fù)式直行程輸出的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)價格比電動多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)便宜。

    力矩大小

    對于90度回轉(zhuǎn)的閥門如：球閥、蝶閥、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(yùn)動-閥桿不旋轉(zhuǎn)、往復(fù)式運(yùn)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(jī)構(gòu)規(guī)格。

    執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型

    一但執(zhí)行機(jī)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(jī)構(gòu)廠商提供的數(shù)據(jù)表或選型軟件進(jìn)行選型。有時還需考慮閥門操作的速度和頻率。

    流體驅(qū)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)行程速度，但是三相電源的電動執(zhí)行機(jī)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(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)行程速度。

    電動執(zhí)行器結(jié)構(gòu)原理

    以MD系列電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的整體式比例調(diào)節(jié)型為例。

    MD系列電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)以交流伺服電動機(jī)為驅(qū)動裝置的位皿伺服機(jī)構(gòu)，由配接的位置定位器PM-2控制板接受調(diào)節(jié)系統(tǒng)的4～20mA直流控制信號與位置發(fā)送器的位置反饋借號進(jìn)行比較，比較后的信號偏差經(jīng)過放大使功率級導(dǎo)通，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出件朝著減小這一偏差的方向移動（位置發(fā)送器不斷將輸出件的實(shí)際位置轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴�位盈反饋信號送至位致定位器），直到偏差信號小于設(shè)定值為止。此時執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出件就穩(wěn)定在與輸人信號相對應(yīng)的位置上。

    電動執(zhí)行器預(yù)測維護(hù)

    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(yùn)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(yùn)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?jǐn)?shù)據(jù)存在于所有種類的閥門，但著重點(diǎn)不同，例如：對于蝶閥，閥門運(yùn)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(yùn)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(hù)提供有價值的信息。

    8、過流保護(hù)

    當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)動過程中電機(jī)電流超過預(yù)設(shè)的最大電流值時,內(nèi)部的邏輯電路將使得電機(jī)立即停止動作以防止電機(jī)燒毀。

    9、減速、水壓沖擊保護(hù)

    在閥門操作必須降低以防止水壓沖擊或水錘的場合,可選用中斷定時器功能,在接近目標(biāo)位置的范圍內(nèi)(此范圍可由用戶自行設(shè)定)進(jìn)行脈沖點(diǎn)動操作,開啟和停止的脈沖操作時間周期可在1-99秒范圍內(nèi)獨(dú)立調(diào)整。

    10、聯(lián)鎖保護(hù)

    執(zhí)行機(jī)構(gòu)在高度安全的場合提供了聯(lián)鎖控制方式,在聯(lián)鎖控制方式下,有效的開閥或關(guān)閥指令均需一個相應(yīng)的聯(lián)鎖信號,在其中任意一個信號丟失的情況下,執(zhí)行機(jī)構(gòu)將保位。

    11、緊急保護(hù)(ESD)

    執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供了靈活的緊急保護(hù)功能,可與任何遠(yuǎn)程開關(guān)和模擬控制電路同時使用,也可超越就地和遠(yuǎn)程信號。每臺執(zhí)行機(jī)構(gòu)均可單獨(dú)設(shè)定緊急保護(hù)時的動作方式,如全開、全關(guān)或保位。如果需要,ESD信號可設(shè)定為超越聯(lián)鎖控制、就地停止和電機(jī)溫度保護(hù)電路。

    12、電氣保護(hù)

    輸入輸出通道均采用光電隔離。