电动执行机构作为过程控制自动化领域中不可或缺的机电一体化设备,凭借其以电为动力源的特性,在工业自动化进程中发挥着关键作用。它能够精准接收控制系统发送的模拟或数字信号,并将这些信号转化为与之对应的转角或行程等机械位移,进而实现对各类阀门(如调节阀、开关阀、闸阀、旋塞阀等)的精确控制,最终达成对被控对象(如压力、流量、温度、液位等)的自动调节目标。
电动执行机构通常由多个关键部分组成,包括电动机、减速传动机构、行程限位机构、转矩限位机构、位置反馈机构、手/电动切换机构、手动操作机构(手轮)以及控制单元等。这些部件协同工作,确保电动执行机构能够稳定、可靠地运行。
常用的电动执行机构行业标准如下:
电动执行机构结构复杂,价格昂贵,不具有气动执行机构的本质安全性,当用于危险场所时,需考虑设置防爆、安全等措施。按输出位移与输入信号的关系,可分为积分式(输出位移与输入信号对时间的积分成正比)与比例式(输出位移与输入信号成正比)两类。常见分类如下:
下图为电动调节阀的工作框架图:行程限位机构限定执行机构的行程,当调节阀动作到设定位置时触动限位开关、电动机停转,通过调整轮的位置可限定执行机构的行程。
电动调节阀的工作框架图
力矩限位机构使电动机在合理的力矩范围内工作,起到保护设备的作用:当输出力矩超过设定限制力矩时,借助齿轮在传递力矩时产生的偏转触动力矩开关、电动机停转;调整力矩限制弹簧的压缩量即可调整力矩限定值。
电动执行机构组成结构框图
直行程电动执行机构通常是在多回转电动执行机构的基础上,附加梯形螺母丝杆、法兰支架和调节行程机构组合而成。它将多回转的转矩和转速转变为直线运动的行程和出轴推力,从而实现对阀杆升降类阀门(如单座、双座调节阀)的操作。另一种工作方式是直接通过机械传动结构带动丝杠与丝母套转动,由丝母套输出直线位移。
直行程电动执行机构结构图:1 支架杆;2 阀杆连接件;3 碟簧;4 丝母套;5 丝杆;6 双联齿轮;7 电动机轮;8 电动机部件;9 手轮部件;10 大轮部件;11 反馈部件;12 控制部件;13 行程限位机构
直行程的主要技术参数包括工作温度、环境温度、工作制式、基本误差、回差和死区等,反映其在不同工况下的性能稳定性与准确性;主要性能参数有推力、电源、速度、功耗、重量及手轮安装方式等。
角行程电动执行机构由多回转电动执行机构配置蜗轮减速箱组合而成,一般输出转角为 90°,广泛应用于蝶阀、球阀和旋塞阀。按安装接口方式分为直连式(输出轴直接与阀杆连接)与底座曲柄式(通过曲柄与阀杆连接)两种。
其主要技术参数与直行程类似(工作温度、环境温度、工作制式、基本误差、回差、死区);主要性能参数有转矩、电源、速度、功耗、重量及手轮安装方式等。
角行程电动执行机构结构示意图:1 手轮;2 杆;3 反部件;4 机限位部件;5 限位机构;6 制部件;7 电动机部件;8 过渡轮部件;9 大齿轮;10 涡轮;11 行星轮部件;12 传动部件;13 反馈杆
多回转电动执行机构由单相或三相电动机驱动,通过蜗轮蜗杆减速带动输出轴转动。减速箱内设手动/自动切换机构:切换手柄处于手动位置时,操作手轮经离合器带动输出轴;电动操作时切换机构自动回落,离合器与蜗轮啮合,由电动机驱动输出轴。电动机驱动蜗杆轴上装有力矩传感器,输出轴经伞齿轮啮合将行程传至位置传感器,实现阀门位置与力矩的精确控制。
其主要技术参数同样包括工作温度、环境温度、工作制式、基本误差、回差和死区;主要性能参数有输出转速、额定转速、电动机功耗、额定电流及法兰形式等。
多回转电动执行机构结构示意图:1 控制部件;2 接线盒部件;3 控制部件;4 电动机部件;5 蜗杆部件;6 涡轮部件;7 位置反馈机构;8 离合器复位弹簧;9 手轮;10 手动/电动切换机构
1、整体控制功能:分本地控制与远程控制两种方式——本地通过现场开关按钮直接操作;远程接收控制系统指令信号,实现自动与集中控制。
2、限位方式:分为行程限位、力矩限位、行程和力矩组合式限位,具体采用哪种需依据阀门类型确认,确保运行安全可靠。
3、显示界面:液晶屏实时显示运行状态与故障报警信息,便于巡检人员及时掌握设备状况、快速发现并处理问题。
4、控制方式:手动操作(手轮)与电动操作(电动机驱动)两种;采用电动控制时手轮装置自动切换,两种方式的操作方法有所不同,需按实际情况正确操作。
以闸阀为例:阀门开度低于 10% 时所需操作力矩迅速增大——流体节流后阀板前后压差增大,阀杆需要更大力矩克服压差;阀门关闭后,密封面静摩擦系数大于动摩擦系数,导致开阀力矩大于关阀力矩。选型时必须充分考虑这一特性,确保执行机构在不同开度下都有足够力矩。
直行程(闸阀)电动执行机构力矩特性曲线
球阀的力矩特性曲线呈峰状:阀门中间开度时流体在阀球中流向改变造成旋流,随阀门开启/关闭旋流影响逐渐减小。这要求执行机构能根据力矩变化及时调整输出,保证球阀稳定运行。
球阀力矩特性曲线(峰状)
电气参数:依据实际工况选择驱动电源,确保与现场条件匹配。
输出位移方式:直线运动选直行程;转角小于 360°(球阀/蝶阀)选角行程;转角大于 360°(闸阀)选多回转。
工况环境:无可燃气体环境可选非防爆型;有可燃气体必须选防爆型,并按气体等级选择相应防爆等级(如 d IIBT4、d IICT4)。
控制方式:按工艺流程判断阀门是开关阀还是调节阀——开关阀选两位式执行机构(触点型控制信号);调节阀选调节式执行机构(4~20mA 电流信号)。
环境温度:工作环境温度高于 70℃ 选分体式执行机构;低于 70℃ 选一体式。
输出力安全系数:调节阀的执行机构输出推力应为调节阀所需推力的 1.2 倍;开关阀应为所需输出力的 1.2~1.5 倍,保证可靠驱动、避免力矩不足。
原文以两张对照表给出电动执行机构常见故障与处理要点,如下:
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