電動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)原理及選型要素
[安全閥]對(duì)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(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置,它利用某種驅(qū)動(dòng)能源并在某種控制信號(hào)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(dòng)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(dòng)方式。
基本的執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于把閥門驅(qū)動(dòng)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(jì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了簡(jiǎn)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(gè)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(hào)規(guī)格的安全閥,彈簧式安全閥,安全閥型號(hào),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.etike.net
因?yàn)樵絹碓蕉嗟墓S采用了自動(dòng)化控制,人工操作被機(jī)械或自動(dòng)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(dòng)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(xiǎn)性的場(chǎng)合,自動(dòng)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(xiǎn)進(jìn)一步擴(kuò)散同時(shí)將工廠損失減至最少。對(duì)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(shí)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(duì)于一些小扭矩的閥門,精小型的電動(dòng)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(dòng)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(dòng)化的要求即執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇。可以簡(jiǎn)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(dòng)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(dòng)或液動(dòng)氣缸或薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)也開來驅(qū)動(dòng)上述閥門。
電動(dòng)多回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)
目前共有二種類型的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),一般分為部分回轉(zhuǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(Part-Turn Electric Valve Actuator),和多回轉(zhuǎn)電動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪或蝸輪蝸桿最后驅(qū)動(dòng)閥桿螺母,閥桿螺母使閥桿產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)使閥門打開或關(guān)閉。
多回轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以快速驅(qū)動(dòng)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(huì)切斷電機(jī)電源,同時(shí)當(dāng)安全力矩被超過時(shí),力矩感應(yīng)裝置也會(huì)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(shí)手動(dòng)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(gè)殼體內(nèi),在這個(gè)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(shí),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(dòng)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(dòng)。新一代電動(dòng)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(dòng)執(zhí)行器選擇要素
選擇一臺(tái)合適的閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型和規(guī)格時(shí)必須考慮下列要素:
驅(qū)動(dòng)能源
最常用的驅(qū)動(dòng)能源是電源或流體源,如果選擇電源為驅(qū)動(dòng)能源,對(duì)于大尺寸閥門一般選用三相電源,對(duì)于小尺寸閥門可選用單相電源。一般電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可有多種電源類型供選擇。有時(shí)也可選直流供電,此時(shí)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)、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(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(shí),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(dòng),有些需要單回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng),有些需要往復(fù)式驅(qū)動(dòng),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(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)比電動(dòng)多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)價(jià)格要貴,但是往復(fù)式直行程輸出的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)價(jià)格比電動(dòng)多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)便宜。
力矩大小
對(duì)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(cè)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(duì)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(dòng)-閥桿不旋轉(zhuǎn)、往復(fù)式運(yùn)動(dòng)-閥桿旋轉(zhuǎn)、非往復(fù)式-閥桿旋轉(zhuǎn),必須測(cè)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(dòng)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(shí)還需考慮閥門操作的速度和頻率。
流體驅(qū)動(dòng)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(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)只有固定的行程時(shí)間。
部分小規(guī)格的直流電動(dòng)單回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)行程速度。
電動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)原理
以MD系列電動(dòng)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(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以交流伺服電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)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(hào)與位置發(fā)送器的位置反饋借號(hào)進(jìn)行比較,比較后的信號(hào)偏差經(jīng)過放大使功率級(jí)導(dǎo)通,電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出件朝著減小這一偏差的方向移動(dòng)(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?hào)—位盈反饋信號(hào)送至位致定位器),直到偏差信號(hào)小于設(shè)定值為止。此時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出件就穩(wěn)定在與輸人信號(hào)相對(duì)應(yīng)的位置上。
電動(dòng)執(zhí)行器預(yù)測(cè)維護(hù)
操作人員可以借助內(nèi)置的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器來記錄閥門每次動(dòng)作時(shí)力矩感應(yīng)裝置測(cè)得的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)可以用來監(jiān)測(cè)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(duì)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(dòng)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(duì)于蝶閥,閥門運(yùn)行中的摩擦力是可以忽略的,但對(duì)于旋塞閥這個(gè)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(duì)于楔式閘飯,開啟和關(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,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(cè)出將會(huì)發(fā)生的故障,可以對(duì)預(yù)測(cè)性維護(hù)提供有價(jià)值的信息。
8、過流保護(hù)
當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中電機(jī)電流超過預(yù)設(shè)的最大電流值時(shí),內(nèi)部的邏輯電路將使得電機(jī)立即停止動(dòng)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(chǎng)合,可選用中斷定時(shí)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(dòng)操作,開啟和停止的脈沖操作時(shí)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(chǎng)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(gè)相應(yīng)的聯(lián)鎖信號(hào),在其中任意一個(gè)信號(hào)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(shí)使用,也可超越就地和遠(yuǎn)程信號(hào)。每臺(tái)執(zhí)行機(jī)構(gòu)均可單獨(dú)設(shè)定緊急保護(hù)時(shí)的動(dòng)作方式,如全開、全關(guān)或保位。如果需要,ESD信號(hào)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。