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永嘉宏瑞機械廠作者
摘要：調(diào)節(jié)閥是物料或能量供給系統(tǒng)中*的重要組成部分，而執(zhí)行機構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的關(guān)鍵組成部件。針對執(zhí)行機構(gòu)對調(diào)節(jié)閥工作性能的影響，分析了調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機構(gòu)類型，討論了不同類型執(zhí)行機構(gòu)的組成、工作原理和特點，在此基礎(chǔ)上對不同類型的執(zhí)行機構(gòu)適用范圍進行了探討，為調(diào)節(jié)閥的選擇提供指導(dǎo)作用。
1引言
調(diào)節(jié)閥廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電、核電、化工等流體控制場合，是工業(yè)生產(chǎn)過程zui常用的終端控制元件。執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)閥門是組成調(diào)節(jié)閥的兩大部件，執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)控制信號驅(qū)動調(diào)節(jié)閥門，對通過的流體進行調(diào)節(jié)，從而改變操縱變量的數(shù)值[1～2]。作為調(diào)節(jié)閥的驅(qū)動部分，執(zhí)行機構(gòu)在很大程度上影響著調(diào)節(jié)閥的工作性能。本文討論了調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機構(gòu)，并對各種類型執(zhí)行機構(gòu)的性能特點進行了分析。
2調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)
按操作能源的不同，調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)可分為氣動執(zhí)行機構(gòu)、電動執(zhí)行機構(gòu)和電液執(zhí)行機構(gòu)。
2.1氣動執(zhí)行機構(gòu)
氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)是zui常用的氣動執(zhí)行機構(gòu)[3]。將20～100kPa的標準氣壓信號P通入薄膜氣室中，在薄膜上便產(chǎn)生一個向下的推力，驅(qū)動閥桿部件向下移動，調(diào)節(jié)閥門打開。與此同時，彈簧被壓縮，對薄膜產(chǎn)生一個向上的反作用力。當彈簧的反作用力與氣壓信號在薄膜產(chǎn)生的推力相等時，閥桿部件停止運動。信號壓力越大，在薄膜上產(chǎn)生的推力就越大，彈簧壓縮量即調(diào)節(jié)閥門的開度也就越大。
為了減小調(diào)節(jié)閥死區(qū)與滯后的影響，除了改進閥桿密封填料結(jié)構(gòu)，采用合適密封材料等外，目前的主要改進措施是通過給氣動調(diào)節(jié)閥配備氣動閥門定位器[2]。波紋管1的信號壓力大小由調(diào)節(jié)閥控制器調(diào)節(jié)。當調(diào)節(jié)閥控制器的輸出增大時，波紋管1的信號壓力也增大，主杠桿2便繞支點3作逆時針轉(zhuǎn)動，于是噴嘴5與擋板4的距離減小，噴嘴的背壓升高，此背壓經(jīng)過放大器6放大后，進入薄膜氣室7的壓力也開始升高，閥桿8向下移動，并帶動反饋桿9繞支點10作逆時針轉(zhuǎn)動，與反饋桿9安裝在同一支點的反饋凸輪11跟著作逆時針轉(zhuǎn)動。與此同時，副杠桿12在滾輪13的作用下開始繞支點14作順時針轉(zhuǎn)動，反饋彈簧15被拉伸。當反饋彈簧15對主杠桿2的拉力與信號壓力作用在波紋管1上的力達到力矩平衡時，調(diào)節(jié)閥氣動執(zhí)行閥桿達到平衡位置。因此，通過氣動閥門定位器可以在輸入信號與氣動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行閥桿位移（即調(diào)節(jié)閥開口量）之間建立起一對應(yīng)的關(guān)系。
添加氣動閥門定位器后可以在一定程度上減小氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的死區(qū)與滯后，但要*解決死區(qū)與滯后的影響，需從根本上解決調(diào)節(jié)閥的摩擦力補償?shù)葐栴}。
除氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)外，還有氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)，調(diào)節(jié)閥執(zhí)行閥桿通過氣缸驅(qū)動。
2.2電動執(zhí)行機構(gòu)
電動執(zhí)行機構(gòu)是采用電動機和減速裝置來移動調(diào)節(jié)閥門的執(zhí)行機構(gòu)，需與電動伺服放大器配套使用。由于帶有位移傳感器實時檢測執(zhí)行閥桿的位移，故電動執(zhí)行機構(gòu)不需額外配備閥門定位器就可以組成位置反饋控制系統(tǒng)，以調(diào)節(jié)閥執(zhí)行閥桿的位移信號作為調(diào)節(jié)閥控制器的反饋測量信號，將控制器輸出的設(shè)定信號與反饋測量信號進行比較，當兩者有偏差時，改變對伺服放大器的輸出，使執(zhí)行閥桿動作，從而建立起輸入信號與調(diào)節(jié)閥執(zhí)行閥桿位移（即調(diào)節(jié)閥開口量）一一對應(yīng)的關(guān)系。通常電動執(zhí)行機構(gòu)的輸入信號是標準的電流或電壓信號，輸出位移可以是直行程、角行程和多轉(zhuǎn)式等類型[2]。
2.3電液執(zhí)行機構(gòu)
電液執(zhí)行機構(gòu)將輸入的標準電流或電壓信號轉(zhuǎn)換為電動機的機械能，然后通過液壓泵，將電動機的機械能轉(zhuǎn)化為液壓油的壓力能，并經(jīng)管道和控制元件向前傳遞，zui后借助液壓執(zhí)行元件（如液壓缸）將液壓油的壓力能轉(zhuǎn)化為機械能，驅(qū)動調(diào)節(jié)閥閥桿（閥軸）完成直線（回轉(zhuǎn)角度）運動，控制調(diào)節(jié)閥閥門的開度。電液執(zhí)行機構(gòu)的組成及系統(tǒng)框圖如圖5所示，位移傳感器所形成回路實際起著閥門定位器的作用，建立閥桿位移信號與調(diào)節(jié)閥控制器輸出信號之間的一一對應(yīng)關(guān)系。
工控機根據(jù)調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)的設(shè)置，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后以模擬信號的形式輸出設(shè)定信號，使電液比例方向閥2的左位工作。液壓泵1輸出的壓力油一路給蓄能器3充液，儲備液壓能，以備快速關(guān)閉或開啟的應(yīng)急功能，另一路經(jīng)過電液比例方向閥2的左位進入液壓缸6的左腔，推動活塞右移，調(diào)節(jié)閥門7打開。位移傳感器實時檢測調(diào)節(jié)閥開口量，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后將閥門開度信號輸入工控機，經(jīng)過調(diào)節(jié)閥控制器的處理后，又將信號輸出給電液比例方向閥。電液比例方向閥根據(jù)傳來的信號符號與大小確定活塞的移動方向和位移量，也就是調(diào)整調(diào)節(jié)閥開口的大小。
電磁換向閥4用于實現(xiàn)電液調(diào)節(jié)閥快速關(guān)閉或開啟的應(yīng)急功能，而手動換向閥5用于實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的機械手輪降級操作。
3調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)的應(yīng)用
氣動執(zhí)行機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、價格低廉、抗環(huán)境污染等優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。但由于氣動執(zhí)行機構(gòu)的氣體工作介質(zhì)具有較強的可壓縮性，使氣動執(zhí)行機構(gòu)的抗偏離能力比較差，給位置和速度的穩(wěn)定控制帶來很大的影響[5]，不適于快速響應(yīng)和大的執(zhí)行速度場合，從而限制了氣動執(zhí)行機構(gòu)在大型控制項目中的進一步推廣。
電動執(zhí)行機構(gòu)動作迅速、響應(yīng)快、所用電源取用方便、便于進行遠距離的信號傳遞，特別是隨著電子與計算機技術(shù)在工業(yè)控制過程中的廣泛應(yīng)用，電動執(zhí)行機構(gòu)具有很大的發(fā)展前途。但由于電動執(zhí)行機構(gòu)由電機、減速齒輪箱、控制箱等組成，當實現(xiàn)大推力時，電動執(zhí)行機構(gòu)體積太龐大，而且其封閉的結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生熱，防火防爆差，降低了安全性。
液壓傳動以幾乎不可壓縮的高壓液體作為傳遞動力的介質(zhì)，能夠輸出大的力或力矩，動作靈敏，運行較為平穩(wěn)，傳動無間隙，可在高速下啟動、制動、換向[6~7]。隨著國家大型電站等工業(yè)項目的推進，對調(diào)節(jié)閥提出了大推力（推力矩）、長行程、高精度、快速響應(yīng)等控制要求。電液執(zhí)行機構(gòu)結(jié)合了電子技術(shù)和液壓技術(shù)兩個方面的優(yōu)勢，具有控制精度高、響應(yīng)速度快、輸出功率大、信號處理靈活、易于實現(xiàn)各種參量的反饋等優(yōu)點，有助于調(diào)節(jié)閥適應(yīng)大型工業(yè)項目提出的控制要求，同時也適應(yīng)了現(xiàn)代工業(yè)過程控制系統(tǒng)化、智能化不斷提高的發(fā)展趨勢。
4結(jié)束語
執(zhí)行機構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的關(guān)鍵部件，執(zhí)行機構(gòu)類型不同的調(diào)節(jié)閥工作性能有很大的差異?？刂七^程是否平穩(wěn)取決于調(diào)節(jié)閥能否準確動作。選擇恰當?shù)恼{(diào)節(jié)閥是管路設(shè)計的主要內(nèi)容，也是保證調(diào)節(jié)系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行的關(guān)鍵所在。在選擇調(diào)節(jié)閥前應(yīng)充分了解不同執(zhí)行機構(gòu)類型調(diào)節(jié)閥的特點、適用范圍，根據(jù)不同的需要選擇不同執(zhí)行機構(gòu)類型的調(diào)節(jié)閥。
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