气动长行程执行机构_气动长行程执行机构工作原理

气动长行程执行机构_气动长行程执行机构工作原理

       大家好，今天我将为大家讲解气动长行程执行机构的问题。为了让大家更好地理解这个问题，我将相关资料进行了整理，现在就让我们一起来看看吧。

1.气动执行机构的特点

2.电动执行器和气动执行器的使用功能有什么区别？

3.为什么大口径气动蝶阀要使用拨叉型气动执行器？

4.调节阀型号如何选择调节阀种类详解

5.气动执行器在实际应用过程中选用的原则有哪些?

气动执行机构的特点

       紧凑的双活塞齿轮，齿条式结构，啮合精确，效率高，输出扭矩恒定。

       铝制缸体、活塞及端盖，与同规格结构的执行器相比重量最轻。

       缸体为挤压铝合金，并经硬质阳极氧化处理，内表面质地坚硬，强度，硬度高。采用低摩擦材料制成的滑动轴承，避免了金属间的相互直接接触，摩擦系数低，转动灵活，使用寿命长。

       气动执行器与阀门安装、连接尺寸根据国际标准ISO5211、DIN3337和VDI/VDE3845进行设计，可与普通气动执行器互换。

       气源孔符合 NAMUR 标准。

       气动执行器底部轴装配孔(符合ISO5211标准)成双四方形，便于带方杆的阀线性或45°转角安装。

       输出轴的顶部和顶部的孔符合 NAMUR 标准。

       两端的调整螺钉可调整阀门的开启角度。

       相同规格的有双作用式、单作用式(弹簧复位)。

       可根据阀门需要选择方向，顺时针或逆时针旋转。

       根据用户需要安装电磁阀、定位器(开度指示)、回信器、各种限位开关及手动操作装置。

       气动执行器分类

       执行器按其能源形式分为气动，电动和液动三大类，它们各有特点，适用于不同的场合。气动执行器是执行器中的一种类别。气动执行器还可以分为单作用和双作用两种类型：执行器的开关动作都通过气源来驱动执行，叫做DOUBLE ACTING (双作用)。SPRINGRETURN (单作用)的开关动作只有开动作是气源驱动，而关动作时弹簧复位。

       气动执行器的选型

       注:本文均以DA/SR系列气动执行机构为例，说明执行机构的选用这个参考资料的目的是帮助客户正确选择执行机构，在把气动/电动执行机构安装到阀门之前，必须考虑以下因素。* 阀门的运行力矩加上生产厂家的推荐的安全系数/根据操作状况。* 执行机构的气源压力或电源电压。* 执行机构的类型双作用或者单作用(弹簧复位)以及一定气源下的输出力矩或额定电压下的输出力矩。* 执行机构的转向以及故障模式(故障开或故障关)正确选择一个执行机构是非常重要的，如执行机构过大，阀杆可能受力过大。相反如执行机构过小，侧不能产生足够的力矩来充分操作阀门。一般地说，我们认为操作阀门所需的力矩来自阀门的金属部件(如球芯，阀瓣)和密封件(阀座)之间的磨擦。根据阀门使用场合，使用温度，操作频率，管道和压差，流动介质(润滑、干燥、泥浆)，许多因素均影响操作力矩

       球阀的结构原理基本上根据一个抛光球芯(包括通道)包夹在两个阀座这间(上游和下游)，球心的旋转对流体进行拦截或流过球芯，上游和下游的压差产生的力使球芯紧靠在下游阀座(浮动球结构)。这种情况下操作阀门的力矩是由球芯与阀座、阀杆与填料相互摩擦所决定的。如图1所示，力矩最大值发生在出现压差且球芯在关闭位置向打开方向旋转时

       蝶阀。蝶阀的结构原理基本上根据固定在轴心的蝶板。在关闭位置蝶板与阀座完全密封,当蝶板旋转(绕着阀杆)后与流体的流向平行时，阀门处于全开位置。相反当蝶板与流体的流向垂直时，阀门处于关闭位置。操作蝶阀的力矩是由蝶板与阀座、阀杆与填料之间的磨擦所决定的，同时压差作用在蝶板上的力也影响操作力矩如阀门在关闭时力矩最大，微小地旋转后，力矩将明显减小

       旋塞阀的结构原理是基本根据密封在锥形塞体里的塞子。在塞子的一个方向上有一个通道。随着塞子旋入阀座来实现阀门的开启和关闭。操作力矩通常不受流体的压力影响而是由开启和关闭过程中阀座和塞子之间的摩擦所决定的。阀门在关闭时力矩最大。由于有受压力的影响，在余下的操作中始终保持较高的力矩

       双作用执行机构的选用以DA系列气动执行机构为例

       齿轮条式执行机构的输出力矩是活塞压力(气源压力所供)乘上节圆半径(力臂)所得，如图4所示。且磨擦阻力小效率高。如图5所示，顺时针旋转和逆时针旋转时输出力矩都是线性的。在正常操作条件下，双作用执行机构的推荐安全系数为25-50%

       单作用执行机构的选用

       以SR系列气动执行机构为例在弹簧复位的应用中，输出力矩是在两个不同的操作过程中所得，根据行程位置，每一次操作产生两个不同的力矩值。弹簧复位执行机构的输出力矩由力(空气压力或弹簧作用力)乘上力臂所得第一种状况：输出力矩是由空气压力进入中腔压缩弹簧后所得，称为空气行程输出力矩在这种情况下，气源压力迫使活塞从0度转向90度位置，由于弹簧压缩产生反作用力，力矩从起点时最大值逐渐递减直至到第二种状况：输出力矩是当中腔失气时弹簧恢复力作用在活塞上所得，称为弹簧行程输出力矩在这种情况下，由于弹簧的伸长，输出力矩从90度逐渐递减直0度如以上所述，单作用执行机构是根据在两种状况下产生一个平衡力矩的基础上设计而成的。如图11所示。在每种情况下，通过改变每边弹簧数量和气源压力的关系(如每边2根弹簧和5.5巴气源或反之)，有可能获得不平衡力矩　在弹簧复位应用中可获得两种状况：失气开启或失气关闭。在正常工作条件下，弹簧复位执行机构的推荐安全系数为25-50%

       弹簧复位执行机构的选用示例(同时见技术数据表)：

       弹簧关(失气)

       *球阀的力矩=80NM

       *安全系数(25%)=80NM+25%=100NM

       *气源压力=0.6MPa

       被选用的SY-SR执行机构是SR125-05，因为可产生下列数值：

       *弹簧行程0o=119.2NM

       *弹簧行程90o=216.2NM

       *空气行程0o=228.7NM

       *空气行程90o=118.8NM

电动执行器和气动执行器的使用功能有什么区别？

       　 阀门电动执行机构主要应用于动力厂或核动力厂，因为在高压水系统需要一个平滑、稳定和缓慢的过程。电动执行机构主要优点就是高度的稳定和用户可应用的恒定的推力，最大执行器产生的推力可高达225000kgf,能达到这么大推力的只有液动执行器，但液动执行器要比电动高很多。电动执行器的抗偏离能力是很好的，输出的推力或力矩基本上是恒定的，可以很好的克服介质的不平衡力，达到对工艺参数的准确控制，所以控制精度比气动执行器要高。如果配用伺服放大器，可以很容易地实现正反作用的互换，也可以轻松设定断信号阀位状态(保持/全开/全关)，而故障时，一定停留在原位，这是气动执行器所做不到，气动执行器必须借助于一套组合保护系统来实现保位。

       电，

        阀门气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体，其执行机构有薄膜式和活塞式两类。活塞式行程长，适用于要求有较大推力的场合；而薄膜式行程较小，只能直接带动PZ641H?型?PN16~PN63?气动钢制排渣闸阀。由于气动执行机构有结构简单，输出推力大，动作平稳可靠，并且安全防爆等优点，在发电厂、化工，炼油等对安全要求较高的生产过程中有广泛的应用。

为什么大口径气动蝶阀要使用拨叉型气动执行器？

       执行机构一般包括气动执行器、电动执行器、液动执行器这三种。执行机构最广泛的定义是：可以提供直线或者旋转运动的驱动装置，利用驱动能源并在控制信号的作用下，对一些设备和装置进行自动操作，控制其开关和调节，代替人工作业。执行单元是过程控制工业里的终端控制单元，通常由阀门和执行机构组成。本文主要讨论电动执行器与气动执行器的区别和优劣势，5大方面20个点全角度去带大家了解两者的区别。

       本文来源于《阀门配套，选电动执行器还是气动执行器，从20点来为你分析！》

?1）驱动能源

1.1 驱动源获得的难易程度

电动执行机构：驱动源是电源，无论是三相电源还是单相电源，在工业现场都很方便获取。

气动执行机构：驱动源是气源，需要专门配套气源站、铺设管线，施工较为繁琐，增加预算。气源一般为压缩空气，所以还要配以大型的空气压缩机。

得锐自动化评述：各类型工业现场，电源都很容易获取。一些小型设备的配套执行器，用电动方案会更方便（通常小设备是没有压缩气体的，例如：压板机，盾构机等）

1.2 对驱动源的要求

电动执行机构：电源电压在一定范围内波动时，电机可以正常工作。一般波动范围在额定电压的±10%

气动执行机构：气源不能含油，含水，含杂质。不洁净的气体将会影响执行机构和阀门定位器的正常运行和寿命。

得锐自动化评述：电源更容易保证供电质量。气源需使用气体过滤装置，维护检测工作较多，但是现在一般工厂都会有气源。

       1.3 节能

电动执行机构：仅在改变控制阀开度时，需要驱动电机，到达所需开度时电机断电。待机状态只需少量供电维持控制单元的运作。

       气动执行机构：在整个控制阀运行和待机状态中都需要有一定的气压，气压下降时，压缩机就要运行增压。

得锐自动化评述：通常来说，电动执行机构比气动执行机构更省电节能。

?2）应用范围

       2.1 动作方式

电动执行机构：配置灵活，动作方式有：直行程，角行程，多回转。可以用于控制所有类型的阀门。

气动执行机构：通常只有直行程和角行程两种类型，通常用于控制直行程调节阀，蝶阀，球阀等，一般情况无法控制闸阀，截止阀等阀门。

得锐自动化评述：电动执行机构可以方便的实现多回转的动作方式，其结构形式比较灵活，尤其是用于控制闸阀，截止阀等在工业现场有巨大使用量的阀门。气动执行机构通常无法控制以上阀门。

2.2 大力矩角行程阀门控制

电动执行机构：可实现最大几十万Nm 力矩，且组合灵活，体积相对较小，容易实现。

       气动执行机构：也可实现几万Nm 的扭矩，但体积将会非常庞大，不便于安装使用。

得锐自动化评述：较大力矩（ 超过1 万Nm）的90°回转阀门，通常选用电动执行机构更合适一些。

2.3 防爆场合

电动执行机构：电机、控制单元等电子电器元件在故障状态时有可能产生电火花，需要进行特殊的隔爆处理才能用于易燃易爆的场合。

       气动执行机构：驱动能源是气源（空气或者惰性气体），不存在高压强电原件，不易产生电火花，安全性能高。

得锐自动化评述：在石化、冶金、煤化工等行业的一些主装置设备中，常含有石油、天然气、煤气等易燃易爆介质，出于安全考虑，通常会选用气动执行器。而隔爆电动执行器通常用于油库，罐区，油气管线，煤气管线等不便于铺设气路的场合。

3）产品性能

       3.1 耐高温

电动执行机构：即使控制器分体安装，但主传动结构中因为电机、传感器等元器件的正常运行受环境温度的限制，耐环境温度一般不超过80℃。

气动执行机构：阀门定位器分体安装后，主体（气缸）可以选用耐高温型产品，耐环境高温可达100℃以上或更高。

得锐自动化评述：智能一体化的电动和气动执行器的工作环境温度差不多。但控制单元与主体分体安装后，气动执行机构比电动执行机构更耐高温一些。

3.2 抗震性能

       电动执行机构：有大量机械、电子元件构成，其正常运行和寿命受震动影响较大。

气动执行机构：整体结构简单，可动部件少，对震动不敏感。

得锐自动化评述：气动执行机构抗震性更强。

3.3 运行速度

电动执行机构：通过不同类型的齿轮箱减速后，不同型号产品具有快慢不等的输出速度，运行速度一般不可调。

气动执行机构：通过气源信号根据使用需求调节运行速度的快慢，并且可以达到较快的运行速度

得锐自动化评述：气动执行机构可实现快速动作响应，并且速度可调，提高调节效率。电动执行机构需要采用特殊电机和变速控制模块才可实现调速运行。

3.4 过载能力及寿命

       电动执行机构：电机超出使用条件的频繁动作或过载时，容易发热，导致产生热保护并中途停机，长期大负荷也会加大对传动齿轮的磨损。

气动执行机构：适应频繁满负载动作，运行寿命长。阀门因为介质沉积可能会加大启动扭距，使用气动元件，可以在一定范围内增加工作压力以及作用力。

得锐自动化评述：气动执行机构更加适应频繁大负荷的调节动作，调节型气动执行机构使用周期更长些，最高可达200万次动作。调节型电动执行机构运行周期最高可达180 万次动作。

调节阀型号如何选择调节阀种类详解

       这个问题很荣幸我可以回答。

       我们首先来看什么是拨叉式气动执行器：拨叉式气动执行器是气源驱动拨叉盘进行阀门的启闭的执行机构，在结构上与齿轮齿条式气动执行器有区别。

拨叉式气动执行器力矩大

       目前，角行程气动执行器主要有齿轮齿条式和拨叉式两种，具体到内部结构设计上，拨叉式气动执行器与齿轮齿条式执行器之间有很大区别。齿轮内条式执行器为啮合式平行结构，通过输出轴上的圆齿轮与直齿条啮合传输动力，由齿合的位置是不变的，使往复输出扭矩恒定。拨叉式气动执行器为嵌入式转动结构，通过拨叉式活寒臂的转销推动“转动轴上的拨叉盘”转动来产生扭矩，转动销在核叉盘滚动槽内几乎无阻力地相对滑动，有效力臂随之改变，最终使输出扭矩随轴的转角改变而改变，并在阀门开启和关闭点时达到最大值，从而得到最优化的输出力矩来满足蝶阀、球阀的控制需要。

       拨叉式嵌入结构增加了力臂有效长度，无须因为齿条的厚度浪费或减小力臂长度。在实际应用中发现，拨叉式气动执行器可产生比齿轮齿条式执行器大50%的启闭力矩。

       从上面的图，我们可以得出，拨叉式气动执行器的输出力矩是一条曲线，在阀门开启和关闭的时候力矩最大。

拨叉式执行器价格问题

       所以，我们回到问题，为什么大口径蝶阀要用拨叉式气动执行器，因为大口径蝶阀需要更大的输出力矩驱动阀门的开关，那么就需要业主购买更大扭矩的执行器，更大扭矩的执行器则需要更昂贵的价格。如果使用拨叉式气动执行器，那么就可以用稍小扭矩的执行器驱动大口径蝶阀。

       拨叉式执行器体积和重量更小

       问题问“大口径蝶阀”，那么大口径蝶阀在体积会很大，重量会很重，一般会使用吊机来进行安装，在安装和维护上很不方便。我们以口径DN700mm的进水阀为例，那么执行器需要3600NM以上，如果使用齿轮齿条式执行器，重量则为80kg-120kg，如果采用拨叉式气动执行器则重量只有48kg，在体积上也会少48.1%，在安装和维护上更加便利。

       所以大口径蝶阀使用拨叉式气动执行器会更好！

气动执行器在实际应用过程中选用的原则有哪些?

       那么什么是调节阀呢？调节阀又名控制阀，是在工业自动化过程控制领域中，通过接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变介质流量、压力、温度、液位等工艺参数的最终控制元件。一般由执行机构和阀门组成。调节阀型号有很多，我们该如何选择呢？

       一、调节阀型号如何选择

       选择调节阀型号时，首先应该考虑功能方面。根据管道输送介质的温度、腐蚀等性质应该考虑调节阀的耐温、耐蚀（耐腐蚀，汽蚀、冲蚀）、防堵、压差△p（包括正常工作压差，阀关闭时压差）、泄漏量应满足工艺要求等方面要求。这一方面主要体现在调节阀阀体上。

       还有调节阀参数方面，调节阀参数的选择主要有作用方式选择、调节速度选择，可调比验算、流量特性选择、阀的口径选择，以及相随的开度验算等几个参数。这一项主要是调节阀执行器的技术参数的选择。

       二、调节阀型号有哪些

       （1）气动调节阀

       ①按气动执行机构的形式分类

       （a）薄膜执行机构。又分直装式（正作用和反作用）及侧装式（正作用和作用）

       （b）活塞执行机构，又分比例式（正作用和反作用和二位式。

       （c）长行程执行机构

       （d）滚动薄膜执行机构。

       ②按调节形式分类：（a）调节型；（b）切断性；（c）调节切断型。

       ③按移动型式分类：（a）直行程；（b）角行程。

       ④按阀芯形状分类：（a）平板形阀芯；（b）柱塞形阀芯；（c)窗口形阀芯；（d）套筒形阀芯；（e）多级形阀芯；（f）偏旋形阀芯；（g）蝶形阀芯；（h）球形阀芯。

       ⑤按流量特性分类：（a）直线；（b）等百分比；（c)抛物线；（d）快开。

       ⑥按上阀盖形式分类：（a）普通型；（b）散（吸）热型；（c)长颈型；（d）波纹管密封型。

       2)电动调节阀

       ①按电动职称机构的形式分类：（a）角行程；（b）直行程；（c)多回转式。

       ②按附件形式分类：（a）伺服放大器；（b）限位开关。

       ③按流量特性分类：（a）直线；（b）等百分比；（c)抛物线；（d）快开。

       ④按上盖形式分类：（a）普通型；（b）散（吸）热型；（c)长颈型；（d）波纹管密封型。

       1.执行机构选择的主要考虑因素

①可靠性；②经济性；③动作平稳、足够的输出力矩；④结构简单、维护方便。

       2.电动执行机构与气动执行机构的选择比较

       （1）气动执行机构简单可靠

老式电动执行机构可靠性差是它过去的一贯弱点，然而在?90 年代电子式执行机构的发展彻底解决了这一问题，可以在?5~10年内免维修，它的可靠性甚至超过了气动执行机构。

       （2）驱动源

气动执行机构的最大不足就是需别设置气源站，增加了费用；电动阀的驱动源随地可取。

       （3）价格方面

气动执行机构必须附加阀门定位器，再加上气源，其费用与电动阀不相上下（进口电气阀门定位器与进口电子式执行机构价格相当；国产定位器与国产电动执行器不相上下）。

       （4）推力和刚度：两者相当。

       （5）防火防爆

“气动执行机构?+ 电气阀门定位器”略好于电动执行机构。

3.推荐意见

       （1）在可能的情况下，建议选用进口电子式执行机构配国产阀，以用于国产化场合、新建项目等。

       （2）薄膜执行机构虽存在推力不够、刚度小、尺寸大的缺陷，但其结构简单，所以，目前仍是使用最多的执行机构。但这里我们强调的是最好选用?ZHA 、 ZHB 型的精小型薄膜执行机构去代替?ZMA 、 ZMB 型的老式薄膜执行机构，以获得更轻的重量、更小的尺寸和大的输出力。

       （3）活塞执行机构选择注意方面：

       ①气动薄膜执行机构推力不够时，选用活塞执行机构来提高输出力；对大压差的调节阀（如中压蒸汽切断），当?DN≥ 200 时，甚至要选双层活塞执行机构；

       ②对普通调节阀，还可选用活塞执行机构去代替薄膜执行机构，使执行机构的尺寸大大减小，就此观点而言，气动活塞调节阀使用会更多；

       ③对角行程类调节阀，其角行程执行机构，典型的结构是双活塞齿轮齿条转动式。值得强调的是，传统的“直行程活塞执行机构+ 角铁?+ 曲柄连杆”方式。

       4.电气和气动执行器的对比

?1.抗过载能力和使用寿命

       电动执行器只能用于间断性操作，因此不适用于持续的闭环操作。而气动执行器具有抗过载能力且在其整个使用寿命中是免维护的。不需要换油也不需要其它润滑。其标准使用寿命多达一百万次开关循环，所以气动执行器比其它阀执行器优越。

2.安全

       气动执行器可用于有潜在爆炸危险的场合，特别是碰到下列情况：

       需要防爆阀(如带合适线圈的Namur阀)；阀或阀岛需安装在爆炸区域外，在爆炸区域使用的气动执行器要通过气管驱动；电动执行器不易在有潜在爆炸危险的场合中使用且成本高。

       （OMAL欧玛尔气动执行器）

3.抗过载能力

       在需要增加扭矩或对作用力有特殊要求的情况下，电动执行器将很快地达到扭矩极限。尤其是在不定期开启或长时间关闭阀执行器的情况下，气动执行器抗过载能力的优点就显而易见了，因为沉积物或烧结物会加大起动扭矩。使用气动元件，可以很容易地增加工作压力以及作用力或扭矩。

4.经济性

       在水和污水处理技术中大多数阀执行器都是以开/关的模式进行操作或者甚至设计成手动操作形式，因此气动元件开创了合理化的重要前景。与气动执行器相比，如果使用电动执行器，则监测功能如过温监测、扭矩监测、转换频率、维修保养周期都必须设计在控制和测试系统中，这就导致了大量的线路输入和输出。除了终端位置感测和气源处理，气动执行器不需要任何监测和控制功能。气动执行器成本很低，所以更加应该使手动阀执行器自动化。

5.装配

       气动技术非常简单。可以很容易地实现气动执行器在阀驱动头上的安装以及气源处理装置的连接和驱动，另外气动执行器的免维护设计确保了方便易用的即装即运行。

6.元件

       气动元件具有较高的抗振性，坚固、耐用，一般不会损坏。即使很高的温度也不会损坏耐腐蚀元件。电动执行器由大量的元件组成，相对而言，比较容易损坏。

7.技术

       直线执行器直接作用在关闭装置上，而摆动执行器只需一个活塞和一根驱动轴就可将“直线压缩空气力”转换为摆动。使用气动执行器也可很容易地实现缓慢运动，如通过使用简单且成本较低的流量控制元件可实现缓慢运动。电动执行器在将供给的能量转换为运动时，要发生很大的能量损失。首先是由于电马达将大部分能量转换为热量，其次是由于使用了齿轮箱。

       

8.总结

现今大多数工控场合所用执行器都是气动执行机构，因为用气源做动力，相较之下，比电动和液动要经济实惠，且结构简单，易于掌握和维护。由维护观点来看，气动执行机构比其它类型的执行机构易于操作和校定，在现场也可以很容易实现正反左右的互换。

       来源：工程师必备：阀门执行器是选气动还是电动？

       今天的讨论已经涵盖了“气动长行程执行机构”的各个方面。我希望您能够从中获得所需的信息，并利用这些知识在将来的学习和生活中取得更好的成果。如果您有任何问题或需要进一步的讨论，请随时告诉我。