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自动化工程师必备:如何选择执行机构气动和电动?

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。

二、电动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。

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。

三、总 结

1.气动执行机构

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。

它最大的优点是安全,当使用定位器时,对于易燃易爆环境是理想的,而电讯号如果不是防爆的或本质安全的则有潜在的因打火而引发火灾的危险。所以,虽然现在电动调节阀应用范围越来越广,但是在化工领域,气动调节阀还是占据着绝对的优势。

气动执行机构的主要缺点就是:响应较慢,控制精度欠佳,抗偏离能力较差,这是因为气体的可压缩性,尤其是使用大的气动执行机构时,空气填满气缸和排空需要时间。但这应该不成问题,因为许多工况中不要求高度的控制精度和极快速的响应以及抗偏离能力。

2.电动执行机构

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。

电动执行机构的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,但液动执行器造价要比电动高很多。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,这是气动执行器所作不到,气动执行器必须借助于一套组合保护系统来实现保位。

电动执行机构的缺点主要有:结构较复杂,更容易发生故障,且由于它的复杂性,对现场维护人员的技术要求就相对要高一些;电机运行要产生热,如果调节太频繁,容易造成电机过热,产生热保护,同时也会加大对减速齿轮的磨损;另外就是运行较慢,从调节器输出一个信号,到调节阀响应而运动到那个相应的位置,需要较长的时间,这是它不如气动、液动执行器的地方。

来源:工控库吧

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原始发表时间:2017-07-11

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