摘要：这些年，随着我国工业不断向前发展，自动化控制被越来越多的工厂所采用，水平也越来越高，人工操作被机械或自动化设备所替代，人们要求控制系统与阀门机械运动之间有一个简单而友好的界面，执行机构的出现正好满足这个基本要求。任何一种阀门的执行机构都是一种利用能源去驱动阀门的装置。如今的执行机构已经具备了更多先进的功能，它们不仅可以打开或关闭阀门而且可以检测阀门与执行机构的工作状态为预测性维护提供各种数据。
关键词：执行机构；阀门；电动；气动；液动；磨煤机
一、执行机构的基本定义
对于执行机构最广泛的定义是：一种能提供直线或旋转运动的驱动装置，它利用某种驱动能源并在某种控制信号作用下工作。执行机构使用液体、气体、电力或其它能源并通过电机、气缸或其它装置将其转化成驱动作用。基本的执行机构用于把阀门驱动至全开或全关的位置。尽管大部分执行机构基本应用都是开关阀门，但是如今的执行机构的设计远远超出了简单的开关功能，它们包含了位置感应装置，力矩感应装置，电机保护装置，逻辑控制装置，数字通讯模块及PID控制模块等，而这些装置全部安装在一个紧凑的外壳内。
对一些高压大口径的阀门，所需的执行机构输出力矩非常大，这时所需执行机构必须提高机械效率并使用高输出的电机，这样才能平稳的操作大口径阀门。
二、阀门及执行机构的分类
为了成功的实现过程自动化，最重要的就是要确保阀门自身能够满足过程及管道内介质的特殊要求。通常生产过程和工艺介质能够决定阀门的种类、阀芯的类型以及阀内件、阀门的结构和材料。阀门选择好后接下来就要考虑自动化的要求即执行机构的选择。可以简单的按两种基本的阀门操作类型来考虑执行机构。
1.旋转式阀门（单回转阀门），这类阀门包括：旋塞阀、球阀、蝶阀以及风门或挡板。这类阀门需要已要求的力矩进行90度旋转操作的执行机构
2.多回转阀门，这类阀门可以是非旋转提升式阀杆或旋转非提升式阀杆，或者说是他们需要多转操作去驱动阀门到开或关的位置。这类阀门包括：直通阀（截止阀）、闸阀等。
根据阀门和驱动能源的不同，目前所用基本上共有四种类型的执行机构，它们能够使用不同的驱动能源，能够操作各种类型的阀门。
1.电动多回转式执行机构
电力驱动的多回转式执行机构是最常用、最可靠的执行机构类型之一。为了保护阀门不受损坏，安装在在阀门行程的终点的限位开关在开关到位情况下会自动切断电机电源，同时当安全力矩被超过时，力矩感应装置也会切断电机电源，位置开关用于指示阀门的开关状态，安装离合器装置的手轮机构则可以在电源故障时手动操作阀门。
这种类型执行机构的主要优点是所有部件都安装在一个壳体内，在这个防水、防尘、防爆的外壳内集成了所有基本及先进的功能。主要缺点是，当电源故障时，阀门只能保持在原位，只有使用备用电源系统，阀门才能实现故障安全位置（故障开或故障关）。
2.电动单回转式执行机构
这种执行机构类似于电动多回转执行机构，主要差别是执行机构最终输出的是1/4转即90度的运动。单回转执行机构结构紧凑可以安装到小尺寸阀门上，通常输出力矩较小，一般可达800牛米，现在通过加装减速机也能实现较大力矩的输出。
3.流体驱动多回转式或直线输出执行机构
这种类型执行机构经常用于操作直通阀（截止阀）和闸阀，它们使用气动或液动操作方式。结构简单，工作可靠，很容易实现故障安全操作模式。
通常情况下人们使用电动多回转执行机构来驱动闸阀和截止阀，只有在无电源时才考虑使用液动或气动执行机构。
4.流体驱动单回转式执行机构
气动、液动单回转执行机构非常通用，它们不需要电源提供动力并且结构简单，性能可靠。它们应用的领域非常广泛，通常输出从几牛米到几万牛米。气动执行机构一般需要安装电磁阀、定位器或位置开关等附件来实现对阀门的控制和监测。
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三、执行机构选择要素
选择一台合适的阀门执行机构类型和规格时必须考虑下列要素：
1.驱动能源
最常用的驱动能源是电源或流体源，如果选择电源为驱动能源，对于大尺寸阀门一般选用三相电源，对于小尺寸阀门可选用单相电源。一般电动执行机构可有多种电源类型供选择。
流体源种类很多，首先可以是不同的介质如：压缩空气、氮气、天然气、液压流体等，其次它们可以具备各种压力，第三，执行机构具有各种尺寸以提供各种输出力矩。
2.阀门类型
当选择阀门用执行机构时，必须要知道阀门的种类，这样才可以选择正确的执行机构类型。有些阀门需要多回转驱动，有些需要单回转驱动，有些需要往复式驱动，它们影响了执行机构类型的选择。
3.力矩大小
对于90度回转的阀门如：球阀、碟阀、旋塞阀，最好通过阀门厂商获得相应阀门力矩大小，大部分阀门厂商是通过测试阀门在额定压力下阀门所需的操作力矩，他们将这一力矩提供给客户。
4.执行机构选型
一旦执行机构类型和阀门所需驱动力矩确定了，就可以使用执行机构厂商提供的数据表或选型软件进行选型。有时还需考虑阀门操作的速度和频率。
另外，流体驱动的执行机构可调节行程速度，但是三相电源的电动执行机构一般只有固定的行程时间。
四、常用执行机构的控制方式
1.开关控制
执行机构最大的好处是可以远距离的操作阀门，这就意味着操作人员可以坐在控制室控制生产过程而不需要亲临现场去人工操作阀门的开和关。人们只需铺设一些管线连接控制室和执行机构，驱动能源通过管线直接激励电动或气动执行机构，通常用的4-20mA信号来反馈阀门的位置。
2.连续控制
如果执行机构被要求用于控制过程系统的液位、开度、流量或压力等参数，这是要求执行机构频繁动作的工作，可以用4-20mA信号作为控制信号，然而这个信号可能会和过程一样频繁的改变。当一个过程中需要多台执行机构时，可以通过使用数字通讯系统将各个执行机构连接起来，这样可大大降低安装费用。数字通讯回路可以快速高效的传递指令和收集信息。目前有多种通讯方式有：FOUNDATION FIELDBUS、PROFIBUS、DEVICENET、HART和专为阀门执行机构设计的PAKSCAN等。数字通讯系统不单单可以降低投资费用，它们还可以收集大量阀门信息，这些信息对于阀门的预测性维护程序非常有价值。
五、执行机构维护与现代技术的结合
操作人员可以借助内置的数据存储器来记录阀门每次动作时力矩感应装置测得的数据，这些数据可以用来监测阀门运行的状态，可以提示阀门是否需要维修，也可以用这些数据来诊断阀门。
针对阀门可以诊断如下数据：
1.阀门密封或填料摩擦力
2.阀杆、阀门轴承的摩擦力矩
3.阀座摩擦力
4.阀门运行中的摩擦力
5.阀芯的所受的动态力
6.阀杆螺纹摩擦力
7.阀杆位置
上述大部分数据对于各种种类的阀门，着重点不同，不同的阀门具有不同的力矩运行曲线，所以根据力矩曲线的变化可以预测出将会发生的故障，可以对预测性维护提供有价值的信息。
六、磨煤机上的应用
磨煤机上阀门很多，形式也是多种多样的，相对应的执行机构也是多种多样的：1、煤粉出口门为直线型闸阀，要求动作迅速，时间响应快，宜采用气动执行机构；2、入磨前密封风阀门为蝶阀，宜采用电动多回转执行机构；3、入磨前防爆气体为闸阀，要求密封性较好，宜采用直连式电动执行机构；4、密封风机入口调节门为蝶门结构，且需要调节风量大小，宜采用调节型电动执行机构；5、磨煤机排渣门为刀阀，由于需要密封严实同时需要一定得力矩，宜采用液动执行机构。
七、结束语
以上是我对执行机构选型及其在磨煤机应用中的一点浅薄认识，执行机构的选择涉及到机、电、液、气等各个专业，比较复杂，因此论文之中还存在不少不足之处，希望能起到抛砖引玉的作用，以期能在执行机构选型方面及应用有更深刻的学习和认识。
论文作者:张永亮
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/16
标签：执行机构论文; 阀门论文; 力矩论文; 操作论文; 电源论文; 类型论文; 装置论文; 《电力设备》2019年第9期论文;