各种执行器工作原理及结构详细介绍

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1、北方电力论坛 执行器的工作原理及结构一、概述 执行器在现代生产过程自动化中起着十分重要的作用。人们常把它称为实现生产过 程控制的手足，因为它在自动化控制系统中接受调节器的控制信号，自动的改变调 节变量，达到对被调参数（如温度、压力、流量、液位等）进行调节的目的，使生 产过程按预定要求正常进行。执行器根据执行机构使用的能源不同可可分为气动、电动和液动三大类。 电动执行器 电动执行器是以电能为动力的，它的特点是获取能源方便，动作快，信号传递速度 快，且可远距离传输信号，便于和数字装置配合使用等。所以电动执行器处于发展 和上升时期，是一种有发展前途的装置。其缺点是结构复杂，价格贵和推动力小， 同时，

2、一般来说电动执行器不适合防火防爆的场合。但如果采用防爆结构，也可以 达到防火防爆的要求。 气动执行器 气动执行器是以压缩空气为动力的，具有结构简单、动作可靠稳定、输出力大、维 护方便和防火防爆等优点。所以广泛应用于石油、化工、冶金、电力等部门，特别 适用于具有爆炸危险的石油、化工生产过程。其缺点是滞后大，不适宜远传（150m 以内） ，不能与数字装置连接。 目前，国内外所选用的执行器中，液动的很少。 执行器的基本结构 执行器由执行机构和调节阀（调节机构）两个部分组成，执行机构是执行器的推动 装置，它根据控制信号的大小，产生相应的推力，推动调节阀动作。调节阀是执行 器的调节部分，在执行机构推力的

3、作用下，调节阀产生一定的位移或转角，直接调 节流体的流量。 为了保证执行器能够正常工作，提高调节质量和可靠性，执行器还必须配备一定的 辅助装置。常用的辅助装置有阀门定位器和手轮机构。阀门定位器利用反馈原理改 善执行器性能，使执行器能按调节器的控制信号，实现准确定位。手轮机构用于直 接操作调节阀，以便在停电、停气、调节器无输出或执行机构损坏而失灵的情况下， 生产仍能正常工作。 二、气动执行机构 气动执行机构接受气动控制器或阀门定位器输出的气压信号，并将其转换成相应的 推杆直线位移，以推动调节阀动作。 气动执行机构主要有两种类型：薄膜式与活塞式。薄膜式执行机构简单、动作 可靠、维修方便、价格低廉，

4、是最常用的一种执行机构；活塞式执行机构允许操作 压力可达 500kpa，因此输出推力大，但价格较高。 气动执行机构又可分为有弹簧和无弹簧两种，有弹簧的气动执行机构较之无弹簧的 气动执行机构输出推力小、价格低。 气动执行机构有正作用和反作用两种形式。当信号压力增加时推杆向下动作的 叫正作用式执行机构；信号压力增加时推杆向上动作的叫反作用式执行机构 气动薄膜执行机构使用弹性膜片将输入气压转变为推杆的推力，通过推杆使阀芯产 生相应的位移，改变阀的开度，气动活塞式执行机构以汽缸内的活塞输出推力，由 于汽缸允许压力较高，可获得较大的推力，并容易制成长行程执行机构。一个典型 的气动薄膜型执行机构主要由弹性

5、薄膜、压缩弹簧和推杆组成。北方电力论坛 图为薄膜气动阀结构示意图当信号压力 P 进入气室时，此时压力乘以膜片的有效面积得到推力，使推杆移动， 弹簧受压，直到弹簧产生的反作用力与薄膜上的推力平衡为止。信号压力越大，推 力越大，推杆的位移计弹簧的压缩量也越大。推杆的位移范围就是执行机构的行程。 推杆则从零走到全行程，阀门就从全开（或全关）到全关（或全开） 。 一般控制气源的装置有电磁阀，全开或全关，定位器能实现调节作用。 气动活塞式执行机构 气动活塞式执行机构，其基本部分为气缸，气缸内活塞随气缸两侧压差而移动。 两侧可以分别输入一个固定信号和一个变动信号，或两侧都输入变动信号。它的输 出特性有比例

6、式及两位式两种。两位式是根据输入执行机构活塞两侧的操作压力的 大小，活塞从高压侧推向低压侧，使推杆从一个极端位置移到另一极端位置。比例 式是在两位式基础上加有阀门定位器后，使推杆位移与信号压力成比例关系。 此外，还有一种长行程执行机构，其结构原理与活塞式执行机构基本相同，它具有 行程长、输出力矩大的特点，输出转角位移为 90o，直线位移为 40200mm，适用 于输出角位移和力矩的场合。阀门定位器 阀门定位器是气动执行器的种辅助仪表，它与气动执行器配套使用。 在的气动调 节阀中，阀杆的位移是由薄膜上的气压推力与弹簧反作用力平衡来确定的，门定位 器接受调节器的输出信号后，去控制气动执行器；当气动

7、执行器动作时，阀杆的位 移又通过机械装置负反馈到阀门定位器，因此定位器和执行器组成了一个闭环回路， 阀门定位器能够增加执行机构的输出功率，减少调节信号的传递滞后，加快阀杆的 移动速度，能提高信号与阀位间的线性度，克服阀杆的摩擦力和消除不平衡力的影北方电力论坛 响，从而保证调节阀的正确定位。 图为智能阀门定位器的功能图三、电动执行器的工作原理: 电动执行机构的工作原理都是利用电机的正反转来实现阀门的开关。 1、电动执行器的分类： 电动执行机构一般有开关型与调节型两种，智能执行机构可实现开关型和调节型的 选型，电动执行器按运动形式可分为直行程和角行程两种，按停止种类划分也可分 为力矩停与行程停两种

8、，现阶段的智能型电动执行机构在生产过程中根据不同需要 两种形式都可以选择，电动执行器按装配的阀门与减速机构不同有多回转型 （3600）和部分回转型（900） 2、电动执行机构的构成 a) 电动机; b) 减速传动机构; c) 转矩控制(机械式或电子式); d) 行程控制(机械式或电子式);北方电力论坛 e) 位置指示(机械式或电子式); f) 位置信号反馈(用户要求时提供); 9) 手动操作机构: h) 手一电动切换; i) 功率控制(用户要求时提供)。 3、电动执行机构通用技术要求 电动执行机构应在下列条件下正常工作: a) 环 境 条件。 1) 海拔应不高于 1000m; 2) 工作环境温

9、度: 开关型电动执行机构一 0一+800C 调节型电动执行机构一 20一+600C 3) 工作环境相对湿度不大于 90% (250C ); 4) 工作环境不含有强腐蚀性、易燃、易爆的介质。 b) 电源条件。 1) 电压额定值 : 三 相 38 0X (1 士 10 % ) V 单 相 22 0X (1 士 10 %)V 2) 频率值 50 X (1 士 1%)H z. c) 特殊条件。 特殊电源条件和特殊环境条件中使用的电动执行机构可另行规定。 4、电动执行机构配用的电动机应能满足电动执行机构的各项性能要求。 4.1 电动执行机构外表面应平整、光滑，不得有裂纹、毛刺及磕碰等影响外观质量的 缺陷

10、，表面涂漆 层应附着牢固、平整、光滑、色泽均匀，无油污、压痕和其他机械损伤。 4.2 电动执行机构接线部分应有接地螺钉及标志。 4.3 电动执行机构手动操作机构应有开关方向指示，宜为面向手轮顺时针为“关” ， 逆时针为“开” 。 4.4 电气接线应符合接线图的要求，布线光滑平整，固定牢固，导线不得开裂，绝缘 层不得损伤。电动执行机构的动力电源和控制信号的进线应分开。 4.5 电动执行机构各裸露带电回路之间，以及带电零部件与导电零部件或接地零部件 之间(不包括印刷电路板)的电气间隙和爬电距离应符合要求。 4.6 电动执行机构配置现场位置指示机构时，该指示机构指针的指向应与输出轴的开 关旋向一致，

11、 并且运行中无停顿、滞后现象，旋转角度范围应为 80-280。 4.7 电动执行机构配置位置发送器时，所供电源电压应为直流 12V-30V，其输出位 置信号应为 (4 -20) mADC，与电动执行机构最终输出实际位移的误差应不大于输出位置信号示 值范围的 11%. 4.8 电动执行机构在空载下的噪声，用声级计计量应不大于声压级 75dB (A). 4.9 电动执行机构所有载流部分与外壳间的绝缘电阻应不低于 20MU 0 4.10 手一电动切换机构应灵活可靠，电动时手轮不得转动(摩擦力带动除外)。 4.11 电动执行机构的最大控制转矩应不小于额定转矩。最小控制转矩应不大于额定 转矩，同时应不大

12、于最大控制转矩的 50%.北方电力论坛 4.12 设置转矩应不大于最大控制转矩，不小于最小控制转矩。若用户未提出转矩要 求，则设置转矩应为最小控制转矩。 4.13 电动执行机构的堵转转矩应大于最大控制转矩的 1.1 倍。 4.14 电动执行机构的转矩控制部分应灵敏可靠，并能调整输出控制转矩的大小。 4.15 电动执行机构的基本误差应不大于士 1.0%. 4.16 电动执行机构的回差应不大于 1.0%. 4.17 电动执行机构的防护等级:户内应不低于 IP55(不带机械制动)和 IP54(带机械制动)， 户外应不低于 IP65e 4.18 对电动执行机构实施手动操作时，在达到电动执行机构最大控制

13、转矩情况下， 作用于手轮上的操作转矩应不小于 15Nm，手轮(柄)的结构应能承受附加杠杆的驱动。5、开关型电动执行机构应具备以下功能: a) 输出表示全开、全关及至少一个中间位置的状态信号; b) 在负载超出最大控制转矩时，输出开、关行程方向的转矩过载的状态信号; C) 输出表示运动状态的远传闪光信号: d) 输出表示阀门位置的电阻信号或(4-20)m ADC 电流信号。 6、 调节型电动执行机构应具备以下功能: a) 输 出 表示全开、全关位置的状态信号: b) 在负载超出最大控制转矩时，输出开、关行程方向的转矩过载的状态信号; c) 输出表示阀门位置的(420)r nADC 电流信号，其负

14、载能力应不小于 65052; d) 电动机应配置热保护元件。 7、配有功率控制部分的电动执行机构应具备以下功能: a) 调节型电动执行机构应能接受下列型式的输入信号: 1) ( 4 2 0 )m A D C 模拟量信号，输入阻抗不大于 25052; 2) 24VDC 脉冲量信号，脉冲宽度大于 300ms; 3) 触点信号 。 b) 开关型电动执行机构应能接受下列型式的输入信号: 1) 触点信号 ; 2) 24VDC 开关量信号。 c) 实现远方和就地操作控制及远方和就地之间的切换。 d) 就地操作控制部分须有防护措施，以防止误操作。 e) 输入电源的过电流保护。 f) 在电源中断时应保持不动。

15、 S) 在控制信号中断时应保持不动或回到安全位置。 8、 智能型电动执行机构应具备以下功能: a) 配有功率控制部分的电动执行机构的所有功能; b) 通过显示各种符号、数字、文字的人机界面进行参数设置、调试和故障诊断: c) 通过死区自适应或其他方式，在各种运行工况下均不发生振荡; d) 防止电动机惰走; e) 对输入的三相电源自动进行相序纠正; f) 发生故障时应停止在原位置，并给出故障状态信号; 8) 紧急操作阀门关闭和开启的功能: 9、 电动执行机构与阀门的配套 9.1 电动执行机构与阀门配套时，其控制转矩应满足下列条件:北方电力论坛 a) 电动执行机构输出的最大控制转矩应大于阀门在工作

16、状态时开启或关闭所需的转 矩: b) 电动执行机构输出的最小控制转矩应小于阀门在工作状态时开启或关闭所需的转 矩; c) 调节型电动执行机构输出的最小控制转矩应不小于调节阀或调节挡板中间位置的 运行转矩。 9.2 电动执行机构与阀门配套时，其额定行程应满足下列条件: a) 电动执行机构的额定行程应不小于阀门的最大行程; b) 电动执行机构的额定行程范围值应可调整。 9.3 双速运行的阀门应配套下列形式的双速电动执行机构: a) 双电动机电动执行机构: b) 变极双速电动机电动执行机构; c) 变频调速电动执行机构。 四、现场执行机构的故障分析及检修： 目前现场主要安装的电动执行机构有瑞基电动执行器和罗多克电动执行器两种，下 面为这两种电动执行机构的一些常见故障及分析处理方法。 1、罗多克电动执行器常见故障及处理方法。 1） 、执行器阀杆无输出： A 查手动是否可以操作。