电动执行机构的类型、功能以及选择注意事项

来源：上海自动化仪表有限公司作者：发表时间：2019-08-29 09:26:05【小中大】

电动执行机构是一种控制阀，有许多选项可用于满足工厂范围和个人自动化要求。虽然概念简单，包括带有输入、输出和操作执行机构的机构，但实际上在选择合适的电动执行机构时需要考虑很多因素。并且由于电动执行机构在执行机构在控制回路中的整体性能中起着更重要的作用，因此工程师不应轻视这一决定。在本指南中，我们将讨论电动执行机构的类型、功能以及选择正确的电动执行机构时的关键考虑因素。

电动执行机构的类型：

正如有许多类型的执行机构一样，有几种特定类型的电动执行机构。然而，根据所应用的动力类型和所需的运动类型，大多数属于几个常见类别：

1.气动和液压执行机构（流体动力）：四分之一转。这些类型的执行机构是通用的，可用于电力不易获得的地方，也可用于优先考虑简单性和可靠性的应用中。它们还具有广泛的功能，从提供几英寸扭矩的小型执行机构到最大的执行机构，可以提供一百万英寸磅的扭矩或更多。大多数气动和液压执行机构使用气缸连接一些机构，该机构将气缸中产生的线性运动转换为执行机构操作所需的四分之一圈运动。添加相反的弹簧可以在紧急情况下实现正向关闭。

2.电动执行机构：多转。这些类型的执行机构是最常见和最可靠的。它们能够快速操作一些最大的执行机构，它们由单相或三相电动机驱动，驱动水平齿轮和马刺的组合。随后，这些齿轮和齿轮驱动阀杆螺母，阀杆螺母与阀杆接合以打开或关闭阀杆。它们通常包括分离机构和手轮，以便在电源故障时进行手动操作。

3.手动执行机构：手动执行机构使用杠杆，轮子和/或齿轮以便于移动。手动执行机构与自动执行机构不同，因为自动执行机构具有外部电源，提供自动或远程操作执行机构所需的力和运动。对于许多执行机构，手动操作不是一种选择，因为应用程序包括远程管道中的执行机构或由于操作所需的绝对力量。另外，对于位于有毒或恶劣环境中的执行机构，手动执行机构不是实用的解决方案，并且它们在需要立即关闭的安全预防措施的应用中不那么有用。

气动和液压执行机构一起描述并且操作类似。但是，它们在气缸移动方式上略有不同。液压执行机构使用来自泵的不可压缩液体移动气缸，而气动执行机构使用加压空气移动气缸。由于压缩空气消耗，气动执行机构对于需要大缸径的大型设备而言并不实用。

另一方面，与气动和电动执行机构相比，液压执行机构可以具有更高的单位成本。它们还倾向于泄漏流体，并且它们需要各种配套部件：包括电动机、泵、释放阀、流体贮存器、热交换器和降噪设备。

电动执行机构的功能：

所有电动执行机构必须执行多项功能，包括：

1.将执行机构关闭构件移动到适当的位置。闭合构件通常是塞子，圆盘或球，并且执行机构必须具有足够的力以即使在困难或不期望的条件下也能移动它。此外，它必须配备必要的控制来指导它。

2.将执行机构关闭件固定到位。一旦处于所需位置，电动执行机构必须能够将其固定到位。在一些应用中，例如节流应用，这需要坚固的弹簧或流体动力或机械刚度以将封闭构件牢固地保持在适当位置。

3.以足够的扭矩安装执行机构以满足所需的关闭规范。某些类型的执行机构可能需要用于执行机构尺寸调整的特殊附件，以维持足够的扭矩以保持关闭位置。

4.有失败模式。如果发生系统故障，则需要发生故障模式。根据应用，故障模式可以是原样，完全关闭或完全打开。

5.具有适当的旋转值。一些执行机构需要一定量的旋转，通常为90度或180度。多端口阀通常需要超过90度的旋转，并且电动执行机构通常优选用于需要旋转大于180度的应用，因为它们不受机械旋转的限制。

提供正确的运行速度。可以通过控制电路元件调节执行机构的循环速度，但循环速度小于典型执行机构循环时间的一半需要仔细选择执行机构。高循环速度可能需要特别准备的气动执行机构，而不会有损坏执行机构部件的风险。

选择电动执行机构的注意事项：

现在我们已经介绍了执行机构和电动执行机构的基本类型，以及电动执行机构必须执行的主要功能，在为您的应用选择合适的执行机构时，需要考虑一些重要的考虑因素。需要考虑的因素有很多，从使用因素到尺寸，供应压力要求，安全性和可靠性，成本考虑等等。

1.使用因素：

使用因素是选择合适的电动执行机构时的重要考虑因素。这些因素包括：

①兼容性：有哪些电源？如上所述，电执行机构本质上需要电力来操作。如果没有现成的电源，气动或液压电动执行机构是合理的选择。气动执行机构需要40到120 psi的空气供应。可能难以获得更高的压力，并且较低的压力将需要具有较大直径的隔膜或活塞以便获得必要的扭矩。电动执行机构需要110 VAC的电源，但电动执行机构可以购买其他尺寸的直流和交流电机。

②温度范围：气动执行机构可在-20至70°C的温度范围内工作，或在某些情况下在-40至121°C的温度范围内工作合适的密封件，润滑脂和轴承就位。电动执行机构的工作温度范围为-40至65°C。

③危险区域：气动执行机构由于其防爆特性通常在危险或有毒环境中是首选，但如果缺少压缩空气或气动执行机构不能满足其他操作规范，则可以使用电动执行机构。在危险环境中使用的电动执行机构必须具有外壳，以防止爆炸。

2.尺寸和力量：

力是指执行机构的扭矩要求，意味着将执行机构从打开位置移动到关闭位置所需的力量。在滑动杆阀中，所需的力将是线性推拉力; 多转或部分回转阀需要旋转力。确定所需的力量取决于许多因素，例如：最小和最大供应压力、执行机构类型、失败模式、执行机构扭矩。执行机构的尺寸和设计以及执行机构上的压差也是考虑因素，以及阀杆填料摩擦，介质温度以及执行机构和阀杆的机械特性。请注意，对于四分之一转执行机构，无法准确计算执行机构的扭矩需求。相反，需要在各种压差条件下对每个执行机构尺寸进行物理测量。

由于适当确定电动执行机构尺寸的复杂性，因此必须由经过技术培训的专家确定执行机构的尺寸。仅选择超大型执行机构也不是安全措施；超大的电动执行机构可能会损坏执行机构的阀杆（除非使用额外的组件，如安全阀），加上浪费。尺寸过小的执行机构根本无法按需操作执行机构，这在紧急关闭阀（ESDV）中尤为重要。

最小和最大供应压力是最重要的尺寸因素。通常提供的常规压力不应用于确定执行机构的尺寸。执行机构必须能够产生足够的扭矩，以便在最小供应压力下操作执行机构，确保即使供应压力处于最低点也能正常工作。还必须考虑最大压力，因为执行机构必须能够安全地处理最大潜在压力。调节器和安全阀可用于执行机构尺寸过大或无法安全处理最大供应压力的应用中。

3.速度：

所需的操作速度决定了执行机构的功率要求。电动执行机构具有减速电机，因此在不进行齿轮调整的情况下控制这些执行机构的速度是困难的。在某些情况下可以添加脉冲电路以允许更慢的操作。

对于电动执行机构，所需的运行速度决定了所需的电机功率。对于流体动力执行机构，除了方向控制阀的尺寸之外，所需的运行速度还决定了供应和排出管线的必要尺寸。

4.运动频率：

操作频率会影响机械驱动器的耐用性和控制器的稳健性。显然，不经常运行的执行机构意味着机械部件和控制装置的磨损更少。然而，其他执行机构，例如调节过程执行机构，在接近恒定或连续的基础上运行，需要更耐用的执行机构和执行机构组件。

执行机构功能通常定义为每小时指定的启动次数。根据ISA电动电动执行机构规范指南，标准换向接触器的额定电流应至少为每小时60次。可选的固态可逆接触器应电气互锁，可用于高速调节服务，额定每小时至少1200次启动。

5.安全：

选择电动执行机构时应始终考虑安全性，如果可能，应使用基于应用规范的最安全，最可靠的选项。但是，在某些情况下，由于减轻情况，不能使用理想的执行机构。如果必须使用与最理想的解决方案不同类型的执行机构，则通常可以添加其他组件以提高安全性并满足法规要求。

大多数电动执行机构都没有弹簧复位选项，但备用电池通常是这些执行机构可行的故障安全选项。或者，电动液压执行机构可用于实现弹簧返回功能，仅需要电源。这是通过给液压泵通电来完成的，该液压泵对弹簧复位气缸加压，在发生电源故障时将执行机构驱动到原始位置。

6.成本：

上面讨论的所有因素都会影响电动执行机构的成本。通常，所需的扭矩越大，操作所需的功率越大，执行机构越大且越昂贵。在为应用选择合适的电动执行机构时，包括安全和理想操作所需的任何其他组件，可能意味着更高的前期成本，最终配置将受益于更高的可靠性和耐用性。编写清晰明确的技术规范，勤勉地进行质量控制，确保充分的供应商资格，是为您的应用采购合适的执行机构的关键步骤。

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