電動執(zhí)行器的結構原理及選型要素

    [安全閥]對于執(zhí)行機構最廣泛的定義是：一種能提供直線或旋轉運動的驅動裝置，它利用某種驅動能源并在某種控制信號作用下工作。執(zhí)行機構使用液體、氣體、電力或其它能源并通過電機、氣缸或其它裝置將其轉化成驅動作用。

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

    基本的執(zhí)行機構用于把閥門驅動至全開或全關的位置。用于控制閥的執(zhí)行機構能夠精確的使閥門走到任何位置。盡管大部分執(zhí)行機構都是用于開關閥門，但是如今的執(zhí)行機構的設計遠遠超出了簡單的開關功能，它們包含了位置感應裝置，力矩感應裝置，電極保護裝置，邏輯控制裝置，數字通訊模塊及PID控制模塊等，而這些裝置全部安裝在一個緊湊的外殼內。本文由上海制發(fā)閥門有限公司轉載分享，上海制發(fā)閥門有限公司專業(yè)從事安全閥生產的廠家、主要生產各種型號規(guī)格的安全閥，彈簧式安全閥，安全閥型號，襯氟安全閥，空壓機安全閥，并終身為使用單位提供相關產品技術支持。銷售熱線:021-69783299  官方網站:http://m.f7lux.com.cn

    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備所替代，人們要求執(zhí)行機構能夠起到控制系統與閥門機械運動之間的界面作用，更要求執(zhí)行機構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閉，閥門執(zhí)行機構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)行機構輸出力矩非常大，這時所需執(zhí)行機構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。對于一些小扭矩的閥門，精小型的電動閥門也應用而生，相比普通性具有重量輕，結構緊湊，功能齊全等優(yōu)點。

    閥門

    為了成功的實現過程自動化，最重要的是要確保閥門自身能夠滿足過程及管道內介質的特殊要求。通常生產過程和工藝介質能夠決定閥門的種類，閥芯的類型以及閥內件和閥門的結構和材料。

    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)行機構。

    旋轉式閥門

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

    多回轉閥門

    這類閥門可以是非旋轉提升式閥桿或旋轉非提升式桿，或者說是他們需要多轉操作去驅動閥門到開或關的位置。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)行機構也開來驅動上述閥門。

    電動多回轉式執(zhí)行機構

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

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

    多回轉式電動執(zhí)行機構可以快速驅動大尺寸閥門。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會切斷電機電源，同時當安全力矩被超過時，力矩感應裝置也會切斷電機電源，位置開關用于指示閥門的開關狀態(tài)，安裝離合器裝置的手輪機構可在電源故障時手動操作閥門。

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

    這種執(zhí)行機構類似于電動多回轉執(zhí)行機構，主要差別是執(zhí)行機構最終輸出的是1/4轉記90度的運動。新一代電動單回轉式執(zhí)行機構結合了大部分多回轉執(zhí)行機構的復雜功能，例如：使用非進入式用戶友好的操作界面實現參數設定與診斷功能。

單回轉執(zhí)行機構結構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，另外應為所需電源較小，它們可以安裝電池來實現故障安全操作。

    電動執(zhí)行器選擇要素

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

    驅動能源

    最常用的驅動能源是電源或流體源，如果選擇電源為驅動能源，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)行機構具有各種尺寸以提供輸出力活力矩。

    閥門類型

    當選擇閥門用執(zhí)行機構時，必須要知道閥門的種類，這樣才可以選擇正確的執(zhí)行機構類型。有些閥門需要多回轉驅動，有些需要單回轉驅動，有些需要往復式驅動，它們影響了執(zhí)行機構類型的選擇。通常多回轉的氣動執(zhí)行機構比電動多回轉執(zhí)行機構價格要貴，但是往復式直行程輸出的氣動執(zhí)行機構價格比電動多回轉執(zhí)行機構便宜。

    力矩大小

    對于90度回轉的閥門如：球閥、蝶閥、旋塞閥，最好通過閥門廠商獲得相應閥門力矩大小，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。對于多回轉的閥門情況有所不同，這些閥門可分為：往復式（提升式）運動-閥桿不旋轉、往復式運動-閥桿旋轉、非往復式-閥桿旋轉，必須測量閥桿的直徑，閥桿連接螺紋尺寸已決定執(zhí)行機構規(guī)格。

    執(zhí)行機構選型

    一但執(zhí)行機構類型和閥門所需驅動力矩確定了，就可以使用執(zhí)行機構廠商提供的數據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。

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

    部分小規(guī)格的直流電動單回轉執(zhí)行機構可調節(jié)行程速度。

    電動執(zhí)行器結構原理

    以MD系列電動執(zhí)行機構的整體式比例調節(jié)型為例。

    MD系列電動執(zhí)行機構以交流伺服電動機為驅動裝置的位皿伺服機構，由配接的位置定位器PM-2控制板接受調節(jié)系統的4～20mA直流控制信號與位置發(fā)送器的位置反饋借號進行比較，比較后的信號偏差經過放大使功率級導通，電動機旋轉驅動執(zhí)行機構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際位置轉變?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定值為止。此時執(zhí)行機構的輸出件就穩(wěn)定在與輸人信號相對應的位置上。

    電動執(zhí)行器預測維護

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

    針對閥門可以診斷如下數據：

    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

    上述大部分數據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，最終楔緊效應使力矩迅速增大直到關閉到位。所以根據力矩曲線的變化可以預測出將會發(fā)生的故障，可以對預測性維護提供有價值的信息。

    8、過流保護

    當執(zhí)行機構在運動過程中電機電流超過預設的最大電流值時,內部的邏輯電路將使得電機立即停止動作以防止電機燒毀。

    9、減速、水壓沖擊保護

    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,在接近目標位置的范圍內(此范圍可由用戶自行設定)進行脈沖點動操作,開啟和停止的脈沖操作時間周期可在1-99秒范圍內獨立調整。

    10、聯鎖保護

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

    11、緊急保護(ESD)

    執(zhí)行機構提供了靈活的緊急保護功能,可與任何遠程開關和模擬控制電路同時使用,也可超越就地和遠程信號。每臺執(zhí)行機構均可單獨設定緊急保護時的動作方式,如全開、全關或保位。如果需要,ESD信號可設定為超越聯鎖控制、就地停止和電機溫度保護電路。

    12、電氣保護

    輸入輸出通道均采用光電隔離。