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目前(qian)任何(he)一種(zhong)控制閥(fa)執行(xing)機構都是一種(zhong)利用能源去(qu)驅(qu)動閥門的(de)裝置(zhi)(zhi)。這種裝置(zhi)(zhi)可能是人力操作的(de)齒(chi)輪組(zu)，用它去開(kai)關(guan)(guan)閥(fa)門(men)，或者是一(yi)種具(ju)備復雜控(kong)制和測(ce)量(liang)裝置(zhi)(zhi)的(de)智能電子部件，用它可實現閥(fa)門(men)的(de)連續調節。隨著微電子技術的(de)發(fa)展，執(zhi)(zhi)行機(ji)構(gou)(gou)變得更(geng)加復雜。早(zao)期(qi)的(de)執(zhi)(zhi)行機(ji)構(gou)(gou)只不(bu)過是帶有位置(zhi)(zhi)感應開(kai)關(guan)(guan)的(de)馬達齒(chi)輪傳動裝置(zhi)(zhi)。如今的(de)執(zhi)(zhi)行機(ji)構(gou)(gou)已經具(ju)備了更(geng)多先進的(de)功能，它們(men)不(bu)僅可以打開(kai)或關(guan)(guan)閉(bi)閥(fa)門(men)而且(qie)可以檢測(ce)閥(fa)門(men)與執(zhi)(zhi)行機(ji)構(gou)(gou)的(de)工作狀態為預測(ce)性維護提供各種數據。
執行機構是什(shen)么？
對于執(zhi)行機構(gou)最廣泛的定(ding)義是(shi)：一種(zhong)(zhong)能提供直線或旋轉運動(dong)的驅(qu)動(dong)裝置，它利用某種(zhong)(zhong)驅(qu)動(dong)能源并在(zai)某種(zhong)(zhong)控制信號作用下工作。執行機構使用液體、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。基本的執行機構用于把閥門驅動至全開或全關的位置。用與控制閥的執行機構能夠精確的使閥門走到任何位置。盡管大部分執行機構都是用于開關閥門，但是如今的執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(mo)塊等，而這些裝(zhuang)置全部安裝(zhuang)在一個緊湊的(de)外殼內。
因(yin)為越(yue)來越(yue)多的(de)(de)(de)(de)工廠采用了自動(dong)化(hua)控(kong)制(zhi)，人(ren)(ren)工操作被機(ji)(ji)(ji)械或自動(dong)化(hua)設備所(suo)替代，人(ren)(ren)們(men)要求執(zhi)(zhi)行(xing)機(ji)(ji)(ji)構(gou)(gou)能(neng)(neng)夠(gou)起到控(kong)制(zhi)系統與(yu)閥門(men)機(ji)(ji)(ji)械運(yun)動(dong)之間的(de)(de)(de)(de)界面作用，更(geng)要求執(zhi)(zhi)行(xing)機(ji)(ji)(ji)構(gou)(gou)增強工作安(an)全性能(neng)(neng)和環境保護性能(neng)(neng)。在(zai)一(yi)(yi)些危險性的(de)(de)(de)(de)場合，自動(dong)化(hua)的(de)(de)(de)(de)執(zhi)(zhi)行(xing)機(ji)(ji)(ji)構(gou)(gou)裝(zhuang)置(zhi)能(neng)(neng)減(jian)少人(ren)(ren)員的(de)(de)(de)(de)傷害(hai)。某些特殊閥門(men)要求在(zai)特殊情況下緊急打(da)開或關閉(bi)，閥門(men)執(zhi)(zhi)行(xing)機(ji)(ji)(ji)構(gou)(gou)能(neng)(neng)阻(zu)止危險進(jin)一(yi)(yi)步擴散同時將工廠損失(shi)減(jian)至(zhi)最少。對一(yi)(yi)些高(gao)壓大口徑的(de)(de)(de)(de)閥門(men)，所(suo)需(xu)的(de)(de)(de)(de)執(zhi)(zhi)行(xing)機(ji)(ji)(ji)構(gou)(gou)輸出(chu)力矩(ju)非(fei)常大，這(zhe)時所(suo)需(xu)執(zhi)(zhi)行(xing)機(ji)(ji)(ji)構(gou)(gou)必須提高(gao)機(ji)(ji)(ji)械效率并使用高(gao)輸出(chu)的(de)(de)(de)(de)電機(ji)(ji)(ji)，這(zhe)樣(yang)平穩(wen)的(de)(de)(de)(de)操作大口徑閥門(men)。
閥(fa)門與自動化
為了成功(gong)的(de)實現(xian)過程自動化，最重要(yao)的(de)是要(yao)確保閥(fa)(fa)門自身能夠滿足(zu)過程及(ji)管道內(nei)介質的(de)特殊要(yao)求。通常生產(chan)過程和工藝介質能夠決定(ding)閥(fa)(fa)門的(de)種類(lei)，閥(fa)(fa)芯的(de)類(lei)型以(yi)及(ji)閥(fa)(fa)內(nei)件和閥(fa)(fa)門的(de)結構和材料。
閥門(men)選(xuan)擇(ze)好后接下來就(jiu)要(yao)考(kao)慮自動化的要(yao)求即(ji)執行機(ji)(ji)構(gou)的選(xuan)擇(ze)。可以簡單的按兩種(zhong)基本的閥門(men)操(cao)作類型來考(kao)慮執行機(ji)(ji)構(gou)。
1、旋(xuan)轉(zhuan)式(shi)閥(fa)門(men)（單回轉(zhuan)閥(fa)門(men)），這(zhe)類閥(fa)門(men)包括：旋(xuan)塞閥(fa)、球閥、蝶閥以(yi)及(ji)風門或擋板。這類閥門需要已要求的力矩進(jin)行90度(du)旋轉操作的執行機構
2、多(duo)(duo)回轉閥(fa)(fa)(fa)門，這類閥(fa)(fa)(fa)門可以是(shi)非旋(xuan)轉提升式閥(fa)(fa)(fa)桿或(huo)旋(xuan)轉非提升式桿，或(huo)者說是(shi)他(ta)們(men)需(xu)要多(duo)(duo)轉操作去驅動(dong)(dong)閥(fa)(fa)(fa)門到開或(huo)關的位置。這類閥(fa)(fa)(fa)門包(bao)括(kuo)：直通閥(fa)(fa)(fa)（截止閥(fa)(fa)(fa)）、閘閥(fa)(fa)(fa)、刀閘閥(fa)(fa)(fa)等。作為(wei)一種選擇，直線輸出的氣(qi)動(dong)(dong)或(huo)液動(dong)(dong)氣(qi)缸或(huo)薄膜執行機構(gou)也開來驅動(dong)(dong)上述閥(fa)(fa)(fa)門。
目前共有四(si)種類型(xing)的(de)執行機構，它們能夠(gou)使用(yong)不同的(de)驅動能源，能夠(gou)操作(zuo)各(ge)種類型(xing)的(de)閥門。
1、電動多回轉式執(zhi)行(xing)機構(gou)
電力驅(qu)動的多(duo)回轉(zhuan)式執行(xing)機構(gou)是最常(chang)用、最可靠的執行(xing)機構(gou)類型(xing)之(zhi)一(yi)。使用單相或三相電動機驅(qu)動齒輪或蝸輪蝸桿(gan)最后驅(qu)動閥桿(gan)螺母，閥桿(gan)螺母使閥桿(gan)產(chan)生運動使閥門(men)打開或關閉。多(duo)回轉(zhuan)式電動執行機構可以快速驅動(dong)大尺寸閥(fa)門(men)。為了保護閥(fa)門(men)不受損(sun)壞(huai)，安(an)裝(zhuang)在(zai)在(zai)閥(fa)門(men)行程的終點(dian)的限(xian)位開(kai)(kai)(kai)關(guan)會(hui)切(qie)斷電機電源，同時當安(an)全(quan)力(li)矩(ju)被超過時，力(li)矩(ju)感應(ying)裝(zhuang)置(zhi)也會(hui)切(qie)斷電機電源，位置(zhi)開(kai)(kai)(kai)關(guan)用(yong)于指示閥(fa)門(men)的開(kai)(kai)(kai)關(guan)狀態，安(an)裝(zhuang)離合器裝(zhuang)置(zhi)的機(ji)構(gou)可(ke)在電源故障時手動操(cao)作(zuo)閥門。
這種類型執(zhi)行機構(gou)的主要優點是(shi)所有(you)(you)部(bu)件(jian)都(dou)安裝在一個殼體內，在這個防(fang)水、防(fang)塵、防(fang)爆的外殼內集成了所有(you)(you)基本及先進的功能。主要缺(que)點是(shi)，當電源(yuan)故(gu)(gu)障時，閥(fa)門只能保持在原位，只有(you)(you)使用備用電源(yuan)系統，閥(fa)門才能實(shi)現故(gu)(gu)障安全位置（故(gu)(gu)障開(kai)或故(gu)(gu)障關(guan)）
2、電動單回轉式執行機構
這種執行機構(gou)類似(si)于電動多回(hui)轉(zhuan)執行機構(gou)，主(zhu)要(yao)差(cha)別是執行機構(gou)最終輸(shu)出(chu)的是1/4轉記90度的(de)運動。新一代電動單回轉(zhuan)式(shi)執(zhi)行機(ji)構結合了大部分多回轉(zhuan)執(zhi)行機(ji)構的(de)復雜功(gong)能(neng)，例(li)如：使(shi)用(yong)非進入式(shi)用(yong)戶友(you)好的(de)操作界(jie)面實(shi)現參數設(she)定與診斷功(gong)能(neng)。
單回(hui)轉(zhuan)執行機構(gou)結構(gou)緊湊可以安裝(zhuang)到小尺寸(cun)閥門上，通(tong)常輸出力(li)矩可達800公斤米，另外應為所(suo)需電(dian)源(yuan)較小，它們可以(yi)安(an)裝電(dian)池(chi)來實現(xian)故(gu)障安(an)全操作(zuo)。
3、流體驅動多回轉式或直線輸出執行機構(gou)
這(zhe)種類(lei)型執(zhi)行(xing)機構經常(chang)用于操(cao)作(zuo)直通(tong)閥（截止閥）和閘閥，它(ta)們使用氣動(dong)或液動(dong)操(cao)作(zuo)方式。結構簡單(dan)，工(gong)作(zuo)可靠，很容易(yi)實現(xian)故障(zhang)安全操(cao)作(zuo)模式。
通(tong)常情(qing)況下人們(men)使(shi)用電(dian)動(dong)多回轉執行機構(gou)來驅動(dong)閘(zha)閥(fa)和截止(zhi)閥(fa)，只有在無電(dian)源時(shi)才考慮使(shi)用液動(dong)或氣動(dong)執行機構(gou)。
4、流體(ti)驅動單(dan)回(hui)轉式執行機構
氣動(dong)、液(ye)動(dong)單回轉執行(xing)機構(gou)(gou)非(fei)(fei)常通用(yong)，它(ta)(ta)們(men)不需要(yao)電源并且(qie)結構(gou)(gou)簡單，性能可靠。它(ta)(ta)們(men)應用(yong)的領(ling)域非(fei)(fei)常廣泛(fan)。通常輸(shu)出從幾公(gong)斤(jin)米到幾萬公(gong)斤(jin)米。它(ta)(ta)們(men)使用(yong)氣缸及(ji)傳動(dong)裝(zhuang)置將直線運動(dong)轉換為直角輸(shu)出，傳動(dong)裝(zhuang)置通常有：撥(bo)叉、齒輪齒條(tiao)，杠桿。齒輪齒條(tiao)在全(quan)行(xing)程(cheng)范圍內輸(shu)出相同力矩，它(ta)(ta)們(men)非(fei)(fei)常適(shi)(shi)用(yong)于小尺寸閥門，撥(bo)叉具(ju)(ju)有較高效率在行(xing)程(cheng)起點(dian)具(ju)(ju)有高力矩輸(shu)出非(fei)(fei)常適(shi)(shi)合于大口徑閥門。氣動(dong)執行(xing)機構(gou)(gou)一(yi)般安裝(zhuang)電磁閥這種類型執行機(ji)構很容易實現故障安全(quan)操(cao)作模式。、定位器或位置(zhi)開關等附件(jian)來實現對閥門(men)的(de)控制和監測。
執(zhi)行機構選擇要素
選(xuan)擇一臺(tai)合適(shi)的(de)閥門執行機構類型和規(gui)格時必須(xu)考慮下列(lie)要(yao)素：
1、驅(qu)動能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)，最常用的驅(qu)動能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)是電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)或(huo)流體(ti)源(yuan)(yuan)(yuan)，如果選(xuan)(xuan)擇電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)為驅(qu)動能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)，對(dui)于大尺(chi)寸閥(fa)門一(yi)般選(xuan)(xuan)用三相(xiang)電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)，對(dui)于小尺(chi)寸閥(fa)門可(ke)選(xuan)(xuan)用單相(xiang)電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)。一(yi)般電(dian)(dian)動執行機(ji)構(gou)可(ke)有多種電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)類型供(gong)選(xuan)(xuan)擇。有時(shi)(shi)也可(ke)選(xuan)(xuan)直流供(gong)電(dian)(dian)，此(ci)時(shi)(shi)可(ke)通過安(an)裝(zhuang)電(dian)(dian)池(chi)實現電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)故障安(an)全操作(zuo)。
流體源(yuan)種(zhong)類很(hen)多，首先可以是不同(tong)的介質如：壓縮空氣、氮氣、天(tian)然(ran)氣、液壓流體等(deng)，其次它(ta)們可以具(ju)備各(ge)種(zhong)壓力，第三(san)執行(xing)機構(gou)具(ju)有各(ge)種(zhong)尺寸以提供輸出力活(huo)力矩。
流體源(yuan)種(zhong)類很(hen)多，首先可以是不同(tong)的介質如：壓縮空氣、氮氣、天(tian)然(ran)氣、液壓流體等(deng)，其次它(ta)們可以具(ju)備各(ge)種(zhong)壓力，第三(san)執行(xing)機構(gou)具(ju)有各(ge)種(zhong)尺寸以提供輸出力活(huo)力矩。
2、閥(fa)門(men)類(lei)型(xing)，當選(xuan)擇(ze)閥(fa)門(men)用執(zhi)(zhi)(zhi)行(xing)(xing)機(ji)構(gou)時，必(bi)須要知道閥(fa)門(men)的(de)種類(lei)，這樣才(cai)可以選(xuan)擇(ze)正(zheng)確的(de)執(zhi)(zhi)(zhi)行(xing)(xing)機(ji)構(gou)類(lei)型(xing)。有(you)些(xie)(xie)閥(fa)門(men)需要多(duo)(duo)回(hui)轉驅(qu)動，有(you)些(xie)(xie)需要單回(hui)轉驅(qu)動，有(you)些(xie)(xie)需要往復式驅(qu)動，它(ta)們影響(xiang)了執(zhi)(zhi)(zhi)行(xing)(xing)機(ji)構(gou)類(lei)型(xing)的(de)選(xuan)擇(ze)。通常多(duo)(duo)回(hui)轉的(de)氣動執(zhi)(zhi)(zhi)行(xing)(xing)機(ji)構(gou)比電動多(duo)(duo)回(hui)轉執(zhi)(zhi)(zhi)行(xing)(xing)機(ji)構(gou)價(jia)格(ge)要貴(gui)，但(dan)是往復式直(zhi)行(xing)(xing)程(cheng)輸出(chu)的(de)氣動執(zhi)(zhi)(zhi)行(xing)(xing)機(ji)構(gou)價(jia)格(ge)比電動多(duo)(duo)回(hui)轉執(zhi)(zhi)(zhi)行(xing)(xing)機(ji)構(gou)便宜(yi)。
3、力矩大小
對于90度回(hui)轉的閥(fa)(fa)(fa)(fa)門(men)(men)(men)(men)如：球閥(fa)(fa)(fa)(fa)、碟閥(fa)(fa)(fa)(fa)、旋塞閥(fa)(fa)(fa)(fa)，最好通(tong)過閥(fa)(fa)(fa)(fa)門(men)(men)(men)(men)廠商獲得相應閥(fa)(fa)(fa)(fa)門(men)(men)(men)(men)力矩大(da)小，大(da)部分閥(fa)(fa)(fa)(fa)門(men)(men)(men)(men)廠商是通(tong)過測試閥(fa)(fa)(fa)(fa)門(men)(men)(men)(men)在額定壓力下閥(fa)(fa)(fa)(fa)門(men)(men)(men)(men)所(suo)需的操作力矩，他們將這(zhe)一力矩提供給客戶。對(dui)于多回(hui)轉的閥(fa)(fa)(fa)(fa)門(men)(men)(men)(men)情(qing)況有所(suo)不同，這(zhe)些(xie)閥(fa)(fa)(fa)(fa)門(men)(men)(men)(men)可分為：往復式(shi)（提升式(shi)）運(yun)動-閥(fa)桿不(bu)旋轉、往復式運動-閥桿旋轉、非往復式-閥(fa)桿(gan)旋(xuan)轉，必須測量閥(fa)桿(gan)的直徑，閥(fa)桿(gan)連接(jie)螺紋尺寸已決定執行(xing)機構規(gui)格。
4、執行機(ji)構選型(xing)。
一(yi)但執(zhi)行機構類型和(he)(he)閥(fa)門(men)所需(xu)驅動力矩(ju)確定了(le)，就可以(yi)使用執(zhi)行機構廠(chang)商提供的數據表或選(xuan)型軟件進行選(xuan)型。有時還需(xu)考慮閥(fa)門(men)操(cao)作的速度和(he)(he)頻率。
流體(ti)驅動的執行(xing)機構可調節行(xing)程速度，但是三相電源的電動執行(xing)機構只(zhi)有固定的行(xing)程時間。
部分小(xiao)規格的直流電動單回轉執行(xing)機構可調節行(xing)程速度。
開關控制
自(zi)動控(kong)(kong)制(zhi)閥(fa)(fa)最大(da)的好處(chu)是可(ke)以遠距離的操(cao)作閥(fa)(fa)門(men)，這就意味著操(cao)作人員可(ke)以坐在控(kong)(kong)制(zhi)室控(kong)(kong)制(zhi)生產過(guo)程而(er)不(bu)需要親臨現場(chang)去(qu)人工操(cao)作閥(fa)(fa)門(men)的開和關。人們只需鋪設(she)一些管線連接(jie)控(kong)(kong)制(zhi)室和執行(xing)機構(gou)，驅動能(neng)源通過(guo)管線直(zhi)接(jie)激勵電動或氣動執行(xing)機構(gou)，通常用的4-20mA信號來(lai)反饋(kui)閥門的位置。
連續控制(zhi)
如果執行機(ji)構(gou)被(bei)要(yao)(yao)求用于控(kong)制過程系統(tong)的液(ye)位、流(liu)量或壓力等參數，這是要(yao)(yao)求執行機(ji)構(gou)頻繁動(dong)作的工作，可(ke)以用4-20mA信(xin)號(hao)作為控制信(xin)號(hao)，然而這(zhe)個(ge)信(xin)號(hao)可(ke)能(neng)會和過程一樣頻繁的改變。如果(guo)需要非常高頻率動(dong)作的執行機構，只(zhi)有選擇特(te)殊的能(neng)頻繁啟(qi)停的調(diao)節(jie)型執行機構。當一個(ge)過程中(zhong)需要多(duo)臺執行機構時(shi)，可(ke)以(yi)通(tong)(tong)過使用數(shu)字(zi)(zi)通(tong)(tong)訊(xun)系統將各個(ge)執行機構連(lian)接起來(lai)，這(zhe)樣可(ke)大(da)(da)大(da)(da)降低安裝費(fei)用。數(shu)字(zi)(zi)通(tong)(tong)訊(xun)回路可(ke)以(yi)快速(su)高效的傳遞(di)指令和收集信(xin)息。目前有多(duo)種通(tong)(tong)訊(xun)方式如：FOUNDATION FIELDBUS、PROFIBUS、DEVICENET、HART和專為(wei)閥(fa)門執行機構設計的PAKSCAN等。數字通訊系統不單(dan)單(dan)可以(yi)降低投資費用(yong)，它們(men)還可以(yi)收(shou)集大量閥門信息(xi)(xi)，這些信息(xi)(xi)對(dui)于閥門的預(yu)測性維護程序非(fei)常(chang)有(you)價值。
預測性維護
操作(zuo)人員可以(yi)借助(zhu)內置的數(shu)(shu)據(ju)存儲器(qi)來記錄閥(fa)(fa)門每次動作(zuo)時力矩感應(ying)裝置測得的數(shu)(shu)據(ju)，這(zhe)些(xie)數(shu)(shu)據(ju)可以(yi)用來監測閥(fa)(fa)門運(yun)行的狀態，可以(yi)提示閥(fa)(fa)門是否需要維修，也(ye)可以(yi)用這(zhe)些(xie)數(shu)(shu)據(ju)來診斷閥(fa)(fa)門。
針對閥門可以診斷如下數據(ju)：
1、閥(fa)門密封(feng)或填料(liao)摩擦力
2、閥桿、閥門軸承的摩擦力矩
3、閥(fa)座摩擦力
4、閥門運行中的摩擦力
5、閥芯的所(suo)受(shou)的動態力(li)
6、閥(fa)桿螺紋(wen)摩擦力
7、閥桿位置(zhi)
2、閥桿、閥門軸承的摩擦力矩
3、閥(fa)座摩擦力
4、閥門運行中的摩擦力
5、閥芯的所(suo)受(shou)的動態力(li)
6、閥(fa)桿螺紋(wen)摩擦力
7、閥桿位置(zhi)
上(shang)述大(da)部分數(shu)(shu)據存在(zai)于(yu)(yu)(yu)所有(you)種類的(de)閥門(men)，但(dan)著重點不同(tong)，例如：對于(yu)(yu)(yu)蝶閥，閥門(men)運行中的(de)摩(mo)擦(ca)力(li)(li)是可以忽略(lve)的(de)，但(dan)對于(yu)(yu)(yu)旋塞閥這個力(li)(li)數(shu)(shu)值卻很大(da)。不同(tong)的(de)閥門(men)具有(you)不同(tong)的(de)力(li)(li)矩(ju)運行曲(qu)(qu)線(xian)，例如：對于(yu)(yu)(yu)楔式閘飯(fan)，開啟和關(guan)閉(bi)力(li)(li)矩(ju)都非常大(da)，其(qi)它行程時只有(you)填料摩(mo)擦(ca)力(li)(li)和螺(luo)紋(wen)摩(mo)擦(ca)力(li)(li)，關(guan)閉(bi)時，液體(ti)靜壓力(li)(li)作用在(zai)閘板上(shang)增加了(le)閥座摩(mo)擦(ca)力(li)(li)，最(zui)終楔緊效應使力(li)(li)矩(ju)迅速增大(da)直到(dao)關(guan)閉(bi)到(dao)位。所以根據力(li)(li)矩(ju)曲(qu)(qu)線(xian)的(de)變化可以對預測性維護提(ti)供有(you)價值的(de)信息，也可以預測出將會發(fa)生的(de)故障。