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淺析關(guān)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的描述性定義、類型以及選擇標(biāo)準(zhǔn)
來源：上海自動(dòng)化儀表有限公司作者：發(fā)表時(shí)間：2019-04-27 08:57:35【小中大】
描述性定義
上海自動(dòng)化儀表有限公司的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是利用動(dòng)力源來操作閥門的任何裝置。這種力量源泉可以 是人工操作手動(dòng)變速箱來打開或關(guān)閉閥門，或者它可以是智能的具有復(fù)雜控制和測(cè)量設(shè)備的電子設(shè) 備。隨著微電路的出現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)變得更加復(fù)雜的趨勢(shì)。早期的執(zhí)行機(jī)構(gòu)已不復(fù)存在而不是帶位置傳 感開關(guān)的齒輪電機(jī)。今天的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有更多高級(jí)功能。它們不僅可以作為打開和關(guān)閉閥門的設(shè)備， 也可以檢查閥門的健康狀況和健康狀況，并提供預(yù)測(cè)性維護(hù)數(shù)據(jù)。
什么是執(zhí)行機(jī)構(gòu)？
最廣泛定義的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一種從一個(gè)源產(chǎn)生線性或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置在控制源的作用下的力量 。執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用流體，電動(dòng)或其他動(dòng)力源，并通過電動(dòng)機(jī)，活塞或電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換其他設(shè)備來執(zhí)行工作 。基本執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于將閥門完全打開或完全打開平倉(cāng)。用于控制或位置調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)被給予定 位信號(hào)以高精度移動(dòng)到任何中間位置。雖然最常見而且執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重要用途是打開和關(guān)閉閥門，電 流執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了基本的開啟和關(guān)閉功能。執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以與位置傳感一起封裝在一起設(shè) 備，扭矩傳感，電機(jī)保護(hù)，邏輯控制，數(shù)字通信能力甚至PID控制全部采用緊湊的環(huán)保型外殼。
圖1：基本電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組件。
隨著更多設(shè)施采用自動(dòng)化，物理工作正在被機(jī)器及其機(jī)器所取代自動(dòng)控制。需要上海自動(dòng)化儀表有限公司的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來提供控制之間的接口智能和閥門的物理運(yùn)動(dòng)已經(jīng)增長(zhǎng)。有一個(gè)重要的需求 提高了工作安全性和執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以提供的環(huán)境保護(hù)。一些區(qū)域?qū)θ祟愑泻驍硨?duì)。在這些情況下自 動(dòng)啟動(dòng)設(shè)備可以降低個(gè)人的風(fēng)險(xiǎn)。某些關(guān)鍵閥門需要打開或關(guān)閉在緊急情況下迅速發(fā)生。執(zhí)行機(jī)構(gòu) 可以防止嚴(yán)重環(huán)境災(zāi)難以及對(duì)設(shè)施的破壞最小化。同某些過程需要高壓和大線量，打開所需的功率 或關(guān)閉閥門可能很重要。在這些情況 下增強(qiáng)了機(jī)械優(yōu)勢(shì)高輸出電機(jī)的應(yīng)用可以方便大閥門的操作。
閥門和自動(dòng)化
為了成功實(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)化，必須確保閥門本身適合處理流程和產(chǎn)品在管道中的特殊要求。它 是應(yīng)該決定閥門類型，閥門的關(guān)閉元件，裝飾的過程或產(chǎn)品要求和建筑材料。一旦選擇了閥門，下 一步就是考慮應(yīng)用程序的自動(dòng)化要求。通過檢查兩種基本類型的閥門操作可以簡(jiǎn)化這些操作執(zhí)行機(jī) 構(gòu)的視角。
1、旋轉(zhuǎn)或四分之一轉(zhuǎn)操作。該組包括旋塞閥，球閥，蝶閥和四分之一轉(zhuǎn)阻尼器。一個(gè)簡(jiǎn)單的 90°運(yùn)動(dòng)需要規(guī)定的扭矩需求。
2、閥門可歸類為多圈。這些閥門都有上升的非旋轉(zhuǎn)桿或非上升的旋轉(zhuǎn)桿。換句話說，他們需 要多圈使閥門關(guān)閉元件從打開到關(guān)閉。這個(gè)小組會(huì)包括截止閥，閘閥，刀閘，閘門等?；蛘?，線性 ，氣動(dòng)或液壓活塞操作器或隔膜氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以用過的
執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型
有四種基本類型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這些是所應(yīng)用的電源類型的組合以及閥門所需的運(yùn)動(dòng)類型。
1、電動(dòng)多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：電動(dòng)多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是其中之一最常見和可靠的執(zhí)行機(jī)構(gòu)配置。一 個(gè)或三個(gè)角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)相控電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)馬刺和/或水平齒輪的組合，反過來驅(qū)動(dòng)閥桿螺母。閥桿螺 母與閥桿接合以打開或關(guān)閉閥桿，經(jīng)常通過Acme螺紋軸。電動(dòng)多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是能夠的快速操作非 常大的閥門。為了保護(hù)閥門，限位開關(guān)關(guān)閉旅行結(jié)束時(shí)的電機(jī)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的扭矩傳感機(jī)構(gòu)關(guān)閉超過 安全扭矩水平時(shí)的電動(dòng)機(jī)。位置指示開關(guān)用于指示閥門的打開和關(guān)閉位置。通常是包括分離機(jī)構(gòu)和 手輪，以便閥門可以操作手動(dòng)應(yīng)該發(fā)生電源故障。這種類型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是所有附件都是包含在包裝中，受到物理和環(huán)境保護(hù)。它有一切基本和先進(jìn)的功能結(jié)合在一個(gè)緊湊的外殼，可以防 水，防爆，在某些情況下，潛水。首要的電動(dòng)多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是，如果發(fā)生電源故障，則閥 門保持在最后位置，無法輕易獲得故障安全位置除非有方便的儲(chǔ)存電能來源。
2、電動(dòng)角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)：這些單元非常類似于電動(dòng)多轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。主要區(qū)別在于最終驅(qū)動(dòng)元 件通常在一個(gè)象限中發(fā)出90°運(yùn)動(dòng)。新一代的角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用了大多數(shù)復(fù)雜的多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 中都有許多功能。例如，a非侵入式，紅外線，人機(jī)界面，用于設(shè)置，診斷等。角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)緊湊，可用于較小的閥門。他們通常被評(píng)定為大約1,500英尺磅。更小的附加優(yōu)勢(shì)角行程執(zhí)行機(jī) 構(gòu)是因?yàn)樗鼈兊墓β室筝^低，它們可以配備應(yīng)急電源，如電池，以提供故障保護(hù)操作。
3、流體動(dòng)力角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)：氣動(dòng)和液壓角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)非常多才多藝。它們可以在沒有現(xiàn)成電力的地方使用功率或簡(jiǎn)單性和可靠性至關(guān)重要。他們也可以承受相當(dāng)大的機(jī)械濫用它們的應(yīng)用 范圍非常廣泛。例如，最小的可以提供幾英寸磅的扭矩，最大的能力產(chǎn)生超過一百萬英寸磅的扭矩 。幾乎所有流體動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)利用氣缸和機(jī)構(gòu)來轉(zhuǎn)換氣缸中產(chǎn)生的線性運(yùn)動(dòng)四分之一轉(zhuǎn)。主要類型 的機(jī)制是蘇格蘭軛，杠桿和鏈接和齒輪齒條。齒條齒輪類型提供恒定的扭矩輸出因此，它們適用于 較小的閥門。中國(guó)是對(duì)于需要更高扭矩要求的大型閥門有效中風(fēng)的開始。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常由電磁 閥控制安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的閥門，有時(shí)與位置相結(jié)合指示開關(guān)。氣動(dòng)或流體動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)很容易影 響正故障模式通過增加一個(gè)相對(duì)的彈簧，在緊急情況下提供正向關(guān)閉。
圖3：液壓彈簧復(fù)位流體動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)
圖4：氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)
4、多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：經(jīng)常使用這些類型的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 需要多匝輸出來操作線性閥，例如閘門或球形閥 閥。這種類型的閥門經(jīng)常使用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。但是，如果有的話 沒有電力供應(yīng)隨時(shí)可用，那么氣動(dòng)或液壓馬達(dá)都可以 用于操作多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
選擇標(biāo)準(zhǔn)
選擇閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，可以通過以下選擇找到正確的類型和尺寸 標(biāo)準(zhǔn)：
1、電源：自動(dòng)閥的常見電源是電或電 流體動(dòng)力。如果選擇電力，通常需要三相電源 大閥門;但是，小型閥門可以在單相電源上運(yùn)行。平時(shí) 電動(dòng)閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以容納任何公共電壓。有時(shí) 可提供直流電源。這通常是緊急備用電源。流體動(dòng)力的變化要大得多。首先，存在各種流體介質(zhì) 作為壓縮空氣，氮?dú)?，液壓油或天然氣。然后，?這些媒體的可用壓力的變化。有各種氣缸尺寸， 對(duì)于特定的閥門尺寸，大多數(shù)變化都可以適應(yīng)。
2、閥門的類型：每當(dāng)閥門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺寸確定時(shí)，閥門的類型必須是已知，因此可以選擇正確類型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。有一些閥門需要多轉(zhuǎn)輸入，而其他人需要四分之一轉(zhuǎn)。這對(duì)我們有很大的影響所需的執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型。與可用電源組合使用時(shí)，然后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺寸和類型迅速成為焦點(diǎn)。通常，多匝流體動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)比多匝電動(dòng)機(jī)更昂貴執(zhí)行機(jī)構(gòu)。然而，對(duì)于上升的非旋轉(zhuǎn)閥桿，線性流體動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)可能更便宜。直到權(quán)力才能進(jìn)行明確的選擇閥門的要求是確定的。在做出決定之后，那么閥門的扭矩要求是下一個(gè)選擇標(biāo)準(zhǔn)。
3、計(jì)算閥門所需的扭矩：對(duì)于四分之一轉(zhuǎn)閥門，最佳方式確定所需的扭矩是通過獲得閥門制造商的扭矩?cái)?shù)據(jù)。最閥門制造商已經(jīng)測(cè)量了閥門操作所需的扭矩操作線壓力范圍。他們?yōu)榭蛻籼峁┐诵畔?。多回轉(zhuǎn)閥的情況不同。這些可以細(xì)分為幾個(gè)組：上升旋轉(zhuǎn)，上升非旋轉(zhuǎn)和非上升旋轉(zhuǎn)閥。在每一個(gè)在這些情況下，測(cè)量桿直徑以及鉛和螺距需要使用閥桿螺紋來確定閥門的自動(dòng)化程度。這個(gè)信息加上閥門的大小和跨越的壓差閥門可用于計(jì)算扭矩需求。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型和尺寸可以在供電后確定閥門，以及該閥門的扭矩需求已經(jīng)確定。
4、確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺寸：選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型和扭矩后確定了閥門的要求，然后可以使用執(zhí)行機(jī)構(gòu)制造商的尺寸計(jì)劃或表格之一。進(jìn)一步考慮確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺寸是閥門所需的操作速度。因?yàn)樗俣扔兄苯雨P(guān)系到執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的功率，更多的馬力需要以更快的速度操作閥門。流體動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以使用流體控制閥調(diào)節(jié)操作速度。但是，三相型電動(dòng)機(jī)操作者具有固定的速度操作。較小的角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用直流電機(jī)，可調(diào)節(jié)運(yùn)作速度。
控制
具有自動(dòng)閥的最大優(yōu)點(diǎn)是可以遠(yuǎn)程控制。這意味著操作員可以坐在控制室內(nèi)控制一個(gè)過程而無需親自前往閥門并給它一個(gè)打開或關(guān)閉命令，這是自動(dòng)閥門最基本的控制類型。通過將一對(duì)電線輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以輕松實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制閥門的能力
從控制室。在導(dǎo)線上施加功率可以激勵(lì)線圈，啟動(dòng)線圈中的運(yùn)動(dòng)電動(dòng)或流體動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？梢允褂么藢㈤y門定位在中間位置控制類型。但是，需要反饋來驗(yàn)證執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否處于所需位置。一個(gè)更常見的定位執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方法是將比例信號(hào)饋送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)因?yàn)?-20 mA，所以使用比較器裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以將自身定位在直接部分收到信號(hào)。
調(diào)制控制
如果需要執(zhí)行機(jī)構(gòu)來控制系統(tǒng)中的液位，流量或壓力，則可能需要執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)常搬家。使用相同的4-20毫安可以實(shí)現(xiàn)調(diào)制或定位控制信號(hào)。但是，信號(hào)會(huì)隨著所需的過程頻繁變化。如果率很高需要調(diào)制，然后需要特殊的調(diào)制控制閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)適應(yīng)此類職責(zé)所需的頻繁啟動(dòng)。
圖5：數(shù)字通信系統(tǒng)
如果一個(gè)過程中有許多執(zhí)行機(jī)構(gòu)，安裝的資金成本可以降低利用通過從一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)到另一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的通信回路的數(shù)字通信。一個(gè)數(shù)字通信回路可以快速發(fā)送命令并收集執(zhí)行機(jī)構(gòu)狀態(tài)并降低成本有效。有許多類型的數(shù)字通信，如Foundation Fieldbus，Profibus，DeviceNet，Hart以及專為閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的專有通信系統(tǒng)像Pakscan這樣的用途。數(shù)字通信系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)節(jié)省資金成本。他們能夠收集大量關(guān)于閥門狀況的數(shù)據(jù)，并且這樣可以用于預(yù)測(cè)性維護(hù)程序。
預(yù)測(cè)性維護(hù)
電機(jī)操作員可以利用內(nèi)置數(shù)據(jù)記錄器和高精度扭矩傳感閥門在行程中移動(dòng)時(shí)記錄數(shù)據(jù)的機(jī)制。扭矩曲線可以是用于監(jiān)控閥門運(yùn)行條件的變化并預(yù)測(cè)何時(shí)進(jìn)行維護(hù)需要。它們也可用于排除閥門故障。閥門上的力可包括以下內(nèi)容：
1、閥門密封或填料摩擦
2、閥軸，軸承摩擦
3、閥門關(guān)閉元件座椅摩擦
4、行程摩擦中的閉合元件
5、封閉元件上的水動(dòng)力
6、閥桿活塞效應(yīng)
7、閥桿螺紋摩擦
其中大多數(shù)存在于所有類型的閥門中，但程度不同。例如，蝶閥中的關(guān)閉元件行程摩擦可以忽略不計(jì)。其中作為非潤(rùn)滑旋塞閥在旅行摩擦中有重要意義。閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)用于將其扭矩限制在預(yù)設(shè)水平使用扭矩開關(guān)，通常在關(guān)閉方向。扭矩增加超過這個(gè)水平將停止執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在打開方向上，扭矩開關(guān)經(jīng)常被繞過以進(jìn)行初始脫開操作。產(chǎn)生的扭矩曲線可用于分析閥門狀況。
圖6：閘閥扭矩曲線
不同類型的閥門具有不同的輪廓。例如，楔形閘閥具有重要意義打開和關(guān)閉位置的扭矩。在行程的剩余部分期間扭矩需求由極端螺紋軸上的填料和螺紋摩擦組成。在座位上，封閉元件上的靜水力增加了座位摩擦力，最終增加了楔入效應(yīng)座椅中的閉合元件導(dǎo)致扭矩需求快速增加直到就座完成。因此，扭矩曲線的變化可以很好地指示未決問題和可以為有效的預(yù)測(cè)閥門維護(hù)計(jì)劃提供有價(jià)值的信息。
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