目前，任何控制閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是利用能源驅(qū)動調(diào)節(jié)閥的裝置。該裝置可能是人工操作的齒輪組，用于開關(guān)閥門，或具有復(fù)雜控制和測量裝置的智能電子部件，可以實(shí)現(xiàn)閥門的連續(xù)調(diào)整。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，執(zhí)行機(jī)構(gòu)變得更加復(fù)雜。早期的執(zhí)行機(jī)構(gòu)只是一個帶有位置感應(yīng)開關(guān)的電機(jī)齒輪傳動裝置。今天的執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有更先進(jìn)的功能，它們不僅可以打開或關(guān)閉閥門，還可以檢測閥門和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)，為預(yù)測性維護(hù)提供各種數(shù)據(jù)。

什么是執(zhí)行機(jī)構(gòu)？

對于執(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)動的驅(qū)動裝置，它利用某種驅(qū)動能源并在某種控制信號作用下工作。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用液體、氣體、電力或其他能源，并通過電機(jī)、氣缸或其他裝置將其轉(zhuǎn)換為驅(qū)動功能?；镜膱?zhí)行機(jī)構(gòu)用于將閥門驅(qū)動到完全打開或完全關(guān)閉的位置。使用和控制閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以準(zhǔn)確地使閥門進(jìn)入任何位置。雖然大多數(shù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于開關(guān)閥門，但今天的設(shè)計(jì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了簡單的開關(guān)功能，包括位置感應(yīng)裝置、扭矩感應(yīng)裝置、電極保護(hù)裝置、邏輯控制裝置、數(shù)字通信模塊和PID所有這些裝置都安裝在緊湊的外殼中。

由于越來越多的工廠采用自動控制，人工操作被機(jī)械或自動化設(shè)備所取代，人們要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)在控制系統(tǒng)和閥門機(jī)械運(yùn)動之間發(fā)揮界面作用，并要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)提高工作安全性能和環(huán)境保護(hù)性能。在某些危險情況下，自動執(zhí)行裝置可以減少人員傷害。一些特殊的閥門需要在特殊情況下緊急打開或關(guān)閉，閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以防止危險進(jìn)一步擴(kuò)散，最大限度地減少工廠損失。對于一些高壓大直徑閥門，所需的執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出扭矩非常大，因此所需的執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須提高機(jī)械效率，使用高輸出電機(jī)，以便大直徑閥門的平穩(wěn)運(yùn)行。

閥門和自動化

為了成功實(shí)現(xiàn)工藝自動化，最重要的是確保閥門本身能夠滿足工藝和管道介質(zhì)的特殊要求。通常，生產(chǎn)過程和工藝介質(zhì)可以決定閥門的類型、閥芯的類型、閥內(nèi)部件和閥門的結(jié)構(gòu)和材料。

選擇閥門后，應(yīng)考慮自動化要求，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇。執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以簡單地考慮兩種基本的閥門操作類型。

1.旋轉(zhuǎn)閥(單旋轉(zhuǎn)閥)包括旋塞閥、球閥、蝶閥、風(fēng)門或擋板。這類閥門需要90度旋轉(zhuǎn)所需扭矩的執(zhí)行機(jī)構(gòu)

2.多旋轉(zhuǎn)閥，可以是非旋轉(zhuǎn)提升閥桿或旋轉(zhuǎn)非提升閥桿，也可以是需要多旋轉(zhuǎn)操作驅(qū)動閥門到開關(guān)位置。這種閥門包括: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)行器也驅(qū)動上述閥門。

目前，有四種執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以使用不同的驅(qū)動能源來操作各種類型的閥門。

1.電動多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

電力驅(qū)動的多旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是最常用、最可靠的執(zhí)行機(jī)構(gòu)之一。使用單相或三相電機(jī)驅(qū)動齒輪或蝸輪蝸桿最終驅(qū)動閥桿螺母。閥桿螺母移動閥桿，打開或關(guān)閉閥門。多旋轉(zhuǎn)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以快速驅(qū)動大型閥門。為了保護(hù)閥門不受損壞，安裝在閥門行程末端的限位開關(guān)將切斷電機(jī)電源。同時，當(dāng)安全扭矩超過時，扭矩感應(yīng)裝置也將切斷電機(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)在電源故障時可手動操作閥門。

這類執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是所有部件都安裝在一個外殼中，所有基本和先進(jìn)的功能都集成在這個防水、防塵和防爆的外殼中。主要缺點(diǎn)是，當(dāng)電源故障時，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（故障開啟或故障關(guān)閉）

2.電動單回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)類似于電動多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要區(qū)別在于執(zhí)行機(jī)構(gòu)最終輸出1/4轉(zhuǎn)記90度的運(yùn)動。新一代電動單回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)合了大多數(shù)多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的復(fù)雜功能，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)置和診斷功能。

單旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，可安裝在小型閥門上，通常輸出扭矩可達(dá)800kgm，所需電源小，可安裝電池實(shí)現(xiàn)故障安全操作。

3.流體驅(qū)動多回轉(zhuǎn)或直線輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)

這種類型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常用于操作氣動或液動操作的直通閥（截止閥）和閘閥。結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，易于實(shí)現(xiàn)故障安全操作模式。

通常，人們使用電動多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來驅(qū)動閘閥和截止閥，只有在沒有電源時才考慮使用液動或氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

4.流體驅(qū)動單旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

氣動和液動單旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)非常普遍。它們不需要電源，結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠。它們被廣泛使用。通常輸出從幾公斤到幾萬公斤。它們使用氣缸和傳動裝置將直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直角輸出。傳動裝置通常包括：撥叉、齒輪齒條和杠桿。齒輪齒條在整個行程范圍內(nèi)輸出相同的扭矩。它們非常適合小型閥門。撥叉在行程起點(diǎn)效率高，扭矩輸出高，非常適合大口徑閥門。氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般安裝電磁閥、定位器或位置開關(guān)附件，以控制和監(jiān)控閥門。

這類執(zhí)行機(jī)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)故障安全操作模式

執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇要素

在選擇合適的閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型和規(guī)格時，必須考慮以下因素：

1.驅(qū)動能源，最常用的驅(qū)動能源是電源或流體源。如果選擇電源作為驅(qū)動能源，大型閥門一般選擇三相電源，小型閥門可選擇單相電源。一般來說，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以選擇多種電源類型。有時可以選擇直流電源。此時，可通過安裝電池實(shí)現(xiàn)電源故障的安全操作。
流體源有很多種。首先，它們可以是不同的介質(zhì)，如壓縮空氣、氮?dú)?、天然氣、液壓流體等。其次，它們可以有各種壓力。第三，執(zhí)行機(jī)構(gòu)有各種尺寸以提供輸出力活力矩。

2、閥門類型，當(dāng)選擇閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)時，必須了解閥門的類型，以便選擇正確的執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型。有些閥門需要多旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，有些需要單旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，有些需要往復(fù)驅(qū)動，這影響了執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型的選擇。通常，多旋轉(zhuǎn)氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)比電動多旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)更貴，但往復(fù)直行程輸出的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)比電動多旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)更便宜。

3、力矩大小

對于球閥、盤閥、旋塞閥等90度旋轉(zhuǎn)閥，最好通過閥門制造商獲得相應(yīng)的閥門扭矩。大多數(shù)閥門制造商測試閥門在額定壓力下所需的操作扭矩，并向客戶提供該扭矩。對于不同的多旋轉(zhuǎn)閥，這些閥可分為：往復(fù)（提升）運(yùn)動-閥桿不旋轉(zhuǎn)、往復(fù)運(yùn)動-閥桿旋轉(zhuǎn)、非往復(fù)閥桿旋轉(zhuǎn)，必須測量閥桿的直徑，閥桿連接螺紋尺寸已確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)規(guī)格。

4.選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

一旦確定了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型和閥門所需的驅(qū)動扭矩，就可以使用執(zhí)行機(jī)構(gòu)制造商提供的數(shù)據(jù)表或選擇軟件進(jìn)行選擇。有時需要考慮閥門的速度和頻率。

流體驅(qū)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以調(diào)整行程速度，但三相電源的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)只有固定的行程時間。

一些小型直流電動單回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以調(diào)整行程速度。

開關(guān)控制

自動控制閥最大的優(yōu)點(diǎn)是可以遠(yuǎn)距離操作閥門，這意味著操作人員可以坐在控制室里控制生產(chǎn)過程，而無需到現(xiàn)場手動操作閥門的開關(guān)。人們只需鋪設(shè)一些管道連接控制室和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過管道直接激勵電氣或氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通常使用4-20mA反饋閥門位置的信號。

連續(xù)控制

如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)被要求用于控制過程系統(tǒng)的液位、流量或壓力等參數(shù)，則可以使用4-20mA信號作為一個控制信號，但它可能會像這個過程一樣頻繁地改變。如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要非常高頻的行動，只能選擇特殊的可以頻繁啟動和停止的調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)一個過程中需要多個執(zhí)行機(jī)構(gòu)時，每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)都可以通過使用數(shù)字通信系統(tǒng)連接起來，這可以大大降低安裝成本。數(shù)字通信電路可以快速有效地傳輸指令和收集信息。目前，有多種通信方式，如：FOUNDATION FIELDBUS、PROFIBUS、DEVICENET、HART專為閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的和PAKSCAN等等。數(shù)字通信系統(tǒng)不僅可以降低投資成本，還可以收集大量閥門信息，對閥門的預(yù)測性維護(hù)程序非常有價值。

預(yù)測性維護(hù)

操作人員可以使用內(nèi)置數(shù)據(jù)存儲器記錄每個動作過程中扭矩感應(yīng)裝置測量的數(shù)據(jù)，可以用來監(jiān)控閥門的運(yùn)行狀態(tài)，提示閥門是否需要維護(hù)或診斷。

閥門可診斷以下數(shù)據(jù)：

1.閥門密封或填料摩擦力
2.閥桿和閥軸承的摩擦力矩
三、閥座摩擦力
4.閥門運(yùn)行中的摩擦力
5.閥芯的動態(tài)力
6、閥桿螺紋摩擦力
7、閥桿位置

上述數(shù)據(jù)大多存在于各種閥門中，但重點(diǎn)不同。例如，對于蝶閥，閥門運(yùn)行中的摩擦力可以忽略不計(jì)，但旋塞閥的力值非常大。不同的閥門有不同的扭矩運(yùn)行曲線。例如，對于楔形閘門，打開和關(guān)閉扭矩非常大。在其他行程中，只有填料摩擦和螺紋摩擦。關(guān)閉時，液體靜壓作用在閘板上增加閥座摩擦。最后，楔形緊固效應(yīng)迅速增加扭矩，直至關(guān)閉到位。因此，根據(jù)扭矩曲線的變化，可以為預(yù)測性維護(hù)提供有價值的信息，也可以預(yù)測將出現(xiàn)的故障。