閥門(mén)執行機構你選對了嗎？
一、閥門(mén)與自動(dòng)化
為了成功的實(shí)現過(guò)程自動(dòng)化，重要的是要確保閥門(mén)自身能夠滿(mǎn)足過(guò)程及管道內介質(zhì)的特殊要求。通常生產(chǎn)過(guò)程和工藝介質(zhì)能夠決定閥門(mén)的種類(lèi)，閥芯的類(lèi)型以及閥內件和閥門(mén)的結構和材料。
閥門(mén)選擇好后接下來(lái)就要考慮自動(dòng)化的要求即執行機構的選擇?？梢院?jiǎn)單的按兩種基本的閥門(mén)操作類(lèi)型來(lái)考慮執行機構。
1.旋轉式閥門(mén)（單回轉閥門(mén)）：
這類(lèi)閥門(mén)包括：旋塞閥、球閥、蝶閥以及風(fēng)門(mén)或擋板。這類(lèi)閥門(mén)需要已要求的力矩進(jìn)行90度旋轉操作的執行機構
2.多回轉閥門(mén)：
這類(lèi)閥門(mén)可以是非旋轉提升式閥桿或旋轉非提升式桿，或者說(shuō)是他們需要多轉操作去驅動(dòng)閥門(mén)到開(kāi)或關(guān)的位置。這類(lèi)閥門(mén)包括：直通閥（截止閥）、閘閥、刀閘閥等。作為一種選擇，直線(xiàn)輸出的氣動(dòng)或液動(dòng)氣缸或薄膜執行機構也開(kāi)來(lái)驅動(dòng)上述閥門(mén)。
二、閥門(mén)與執行機構
對于執行機構廣泛的定義是：一種能提供直線(xiàn)或旋轉運動(dòng)的驅動(dòng)裝置，它利用某種驅動(dòng)能源并在某種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(guò)電機、氣缸或其它裝置將其轉化成驅動(dòng)作用?；镜膱绦袡C構用于把閥門(mén)驅動(dòng)至全開(kāi)或全關(guān)的位置。用與控制閥的執行機構能夠的使閥門(mén)走到任何位置。盡管大部分執行機構都是用于開(kāi)關(guān)閥門(mén)，但是如今的執行機構的設計遠遠超出了簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)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(gè)緊湊的外殼內。
目前共有四種類(lèi)型的執行機構，它們能夠使用不同的驅動(dòng)能源，能夠操作各種類(lèi)型的閥門(mén)。
1.電動(dòng)多回轉式執行機構:
電力驅動(dòng)的多回轉式執行機構是常用、可靠的執行機構類(lèi)型之一。使用單相或三相電動(dòng)機驅動(dòng)齒輪或蝸輪蝸桿后驅動(dòng)閥桿螺母，閥桿螺母使閥桿產(chǎn)生運動(dòng)使閥門(mén)打開(kāi)或關(guān)閉。
多回轉式電動(dòng)執行機構可以快速驅動(dòng)大尺寸閥門(mén)。為了保護閥門(mén)不受損壞，安裝在在閥門(mén)行程的終點(diǎn)的限位開(kāi)關(guān)會(huì )切斷電機電源，同時(shí)當安全力矩被超過(guò)時(shí)，力矩感應裝置也會(huì )切斷電機電源，位置開(kāi)關(guān)用于指示閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，安裝離合器裝置的手輪機構可在電源故障時(shí)手動(dòng)操作閥門(mén)。
這種類(lèi)型執行機構的主要優(yōu)點(diǎn)是所有部件都安裝在一個(gè)殼體內，在這個(gè)防水、防塵、防爆的外殼內集成了所有基本及的功能。主要缺點(diǎn)是，當電源故障時(shí)，閥門(mén)只能保持在原位，只有使用備用電源系統，閥門(mén)才能實(shí)現故障安全位置（故障開(kāi)或故障關(guān)）
2.電動(dòng)單回轉式執行機構：
這種執行機構類(lèi)似于電動(dòng)多回轉執行機構，主要差別是執行機構終輸出的是1/4轉即90度的運動(dòng)。新一代電動(dòng)單回轉式執行機構結合了大部分多回轉執行機構的復雜功能，例如：使用非侵入式用戶(hù)友好的操作界面實(shí)現參數設定與診斷功能。
單回轉執行機構結構緊湊可以安裝到小尺寸閥門(mén)上，通常輸出力矩可達800公斤/米，另外所需電源較小，它們可以安裝電池來(lái)實(shí)現故障安全操作。
3.流體驅動(dòng)多回轉式或直線(xiàn)輸出執行機構：
這種類(lèi)型執行機構經(jīng)常用于操作直通閥（截止閥）和閘閥，它們使用氣動(dòng)或液動(dòng)操作方式。結構簡(jiǎn)單，工作可靠，很容易實(shí)現故障安全操作模式。
通常情況下人們使用電動(dòng)多回轉執行機構來(lái)驅動(dòng)閘閥和截止閥，只有在無(wú)電源時(shí)才考慮使用液動(dòng)或氣動(dòng)執行機構。
4.流體驅動(dòng)單回轉式執行機構：
氣動(dòng)、液動(dòng)單回轉執行機構非常通用，它們不需要電源并且結構簡(jiǎn)單，性能可靠。它們應用的領(lǐng)域非常廣泛。通常輸出從幾公斤/米到幾萬(wàn)公斤/米。它們使用氣缸及傳動(dòng)裝置將直線(xiàn)運動(dòng)轉換為直角輸出，傳動(dòng)裝置通常有：撥叉、齒輪齒條、杠桿。齒輪齒條在全行程范圍內輸出相同力矩，它們非常適用于小尺寸閥門(mén)，撥叉具有較率，在行程起點(diǎn)具有高力矩輸出非常適合于大口徑閥門(mén)。氣動(dòng)執行機構一般安裝電磁閥、定位器或位置開(kāi)關(guān)等附件來(lái)實(shí)現對閥門(mén)的控制和監測。這種類(lèi)型執行機構很容易實(shí)現故障安全操作模式
選擇一臺合適的閥門(mén)執行機構類(lèi)型和規格時(shí)必須考慮下列要素：
1.驅動(dòng)能源：
常用的驅動(dòng)能源是電源或流體源，如果選擇電源為驅動(dòng)能源，對于大尺寸閥門(mén)一般選用三相電源，對于小尺寸閥門(mén)可選用單相電源。一般電動(dòng)執行機構可有多種電源類(lèi)型供選擇。有時(shí)也可選直流供電，此時(shí)可通過(guò)安裝電池實(shí)現電源故障安全操作。流體源種類(lèi)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,執行機構具有各種尺寸以提供各種輸出力力矩。
2.閥門(mén)類(lèi)型：
當選擇閥門(mén)用執行機構時(shí)，必須要知道閥門(mén)的種類(lèi)，這樣才可以選擇正確的執行機構類(lèi)型。有些閥門(mén)需要多回轉驅動(dòng)，有些需要單回轉驅動(dòng)，有些需要往復式驅動(dòng)，它們影響了執行機構類(lèi)型的選擇。通常多回轉的氣動(dòng)執行機構比電動(dòng)多回轉執行機構價(jià)格要貴，但是往復式直行程輸出的氣動(dòng)執行機構價(jià)格比電動(dòng)多回轉執行機構便宜。
對于90度回轉的閥門(mén)如：球閥、碟閥、旋塞閥，通過(guò)閥門(mén)廠(chǎng)商獲得相應閥門(mén)。
3.力矩大?。?/span>
對于90度回轉的閥門(mén)如：球閥、碟閥、旋塞閥，通過(guò)閥門(mén)廠(chǎng)商獲得相應閥門(mén)力矩大小，大部分閥門(mén)廠(chǎng)商是通過(guò)測試閥門(mén)在額定壓力下閥門(mén)所需的操作力矩，他們將這一力矩提供給客戶(hù)。對于多回轉的閥門(mén)情況有所不同，這些閥門(mén)可分為：往復式（提升式）運動(dòng)-閥桿不旋轉、往復式運動(dòng)-閥桿旋轉、非往復式-閥桿旋轉，必須測量閥桿的直徑，閥桿連接螺紋尺寸以決定執行機構規格。
三、執行機構選型
一旦執行機構類(lèi)型和閥門(mén)所需驅動(dòng)力矩確定了，就可以使用執行機構廠(chǎng)商提供的數據表或選型軟件進(jìn)行選型。有時(shí)還需考慮閥門(mén)操作的速度和頻率。
流體驅動(dòng)的執行機構可調節行程速度，但是三相電源的電動(dòng)執行機構只有固定的行程時(shí)間。部分小規格的直流電動(dòng)單回轉執行機構可調節行程速度。
1.開(kāi)關(guān)控制：
自動(dòng)控制閥大的好處是可以遠距離的操作閥門(mén)，這就意味著(zhù)操作人員可以坐在控制室控制生產(chǎn)過(guò)程而不需要親臨現場(chǎng)去人工操作閥門(mén)的開(kāi)和關(guān)。人們只需鋪設一些管線(xiàn)連接控制室和執行機構，驅動(dòng)能源通過(guò)管線(xiàn)直接激勵電動(dòng)或氣動(dòng)執行機構，通常用的4-20mA信號來(lái)反饋閥門(mén)的位置。
2.連續控制：
如果執行機構被要求用于控制過(guò)程系統的液位、流量或壓力等參數，這是要求執行機構頻繁動(dòng)作的工作，可以用4-20mA信 號作為控制信號，然而這個(gè)信號可能會(huì )和過(guò)程一樣頻繁的改變。如果需要非常高頻率動(dòng)作的執行機構，只有選擇特殊的能頻繁啟停的調節型執行機構。當一個(gè)過(guò)程中 需要多臺執行機構時(shí)，可以通過(guò)使用數字通訊系統將各個(gè)執行機構連接起來(lái)，這樣可大大降低安裝費用。數字通訊回路可以快速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(zhuān)為閥門(mén)執行機構設計的PAKSCAN等。數字通訊系統不單單可以降低投資費用，它們還可以收集大量閥門(mén)信息，這些信息對于閥門(mén)的預測性維護程序非常有價(jià)值。
3.預測性維護：
操作人員可以借助內置的數據存儲器來(lái)記錄閥門(mén)每次動(dòng)作時(shí)力矩感應裝置測得的數據，這些數據可以用來(lái)監測閥門(mén)運行的狀態(tài)，可以提示閥門(mén)是否需要維修，也可以用這些數據來(lái)診斷閥門(mén)。
針對閥門(mén)可以診斷如下數據：
（1）閥門(mén)密封或填料摩擦力
（2）閥桿、閥門(mén)軸承的摩擦力矩
（3）閥座摩擦力
（4）閥門(mén)運行中的摩擦力
（5）閥芯的所受的動(dòng)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(lèi)的閥門(mén)，但著(zhù)重點(diǎn)不同，例如：對于蝶閥，閥門(mén)運行中的摩擦力是可以忽略的，但對于旋塞閥這個(gè)力數值卻很大。
不同的閥門(mén)具有不同的力矩運行曲線(xiàn)，例如：對于楔式閘閥，開(kāi)啟和關(guān)閉力矩都非常大，其它行程時(shí) 只有填料摩擦力和螺紋摩擦力，關(guān)閉時(shí)，液體靜壓力作用在閘板上增加了閥座摩擦力，終楔緊效應使力矩迅速增大直到關(guān)閉到位。所以根據力矩曲線(xiàn)的變化可以預測出將會(huì )發(fā)生的故障，可以對預測性維護提供有價(jià)值的信息。
4.智能變頻控制：
執行機構在工作過(guò)程中，由于電機的頻繁啟動(dòng)，導致工作時(shí)額定頻率的變化，通過(guò)智能變頻控制可使頻率達到額定值，從而使執行機構的工作更可靠和穩定。
