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执行机构的原理及应用

 以电能、压缩空气或压力油为动力,输出与控制信号相对应的转角或直线位移,以一定转矩或推力推动调节机构,从而完成生产过程、或者目标对象的参数控制要求的装置,称执行器。
上海川沪阀门专业生产气动执行器AT气缸气动薄膜执行器381电动执行器精小型电动执行器阀门定位器等,咨询电话:021-51863046

气动执行机构
   根据采用动力源的不同,通常有电动执行机构,气动执行机构,液动执行机构等。
    执行机构是自动控制系统的重要环节。它接受来自控制仪表或人工给定的控制信号,对其进行功率放大,然后转换为输出轴的相应的角位移或直线位移,用以推动各种调节机构,如调节阀、风门挡板等,改变被调介质流量,以完成各种过程参数的自动控制或人工手动控制。执行机构的动作规律通常是线性的,也有采用等百分比型的。其控制信号有连续的电流信号,也有断续的电压信号或脉冲信号。
 
最常用的执行机构是电信号气动长行程执行机构和电动执行器。

1、电信号气动长行程执行机构

      以压缩空气为动力,可直接接受标准电流控制信号的气动执行机构,具有动作平稳,推力大,精度高,本质防爆,易于实现所要求的控制规律等特点。其多数品种带有断电源、断气源、断电信号的“三断”自锁保位功能,使用安全性高。

气动执行机构由自动工作系统和各种辅助装置两大部分组成。
前者包括电-气转换器、定位器、气缸、连杆等部件。
后者包括手操机构、“三断”自锁装置、阀位变送器、行程开关等。
电-气转换器将电流控制信号变为气压控制信号。按力平衡原理工作的定位器和作为动力部件的气缸,以及连杆等构成的自动工作系统的功能,是使执行机构的输出角位移与输入控制信号相对应。手操机构用于装置调整和就地应急操作。
“三断”自锁装置由气源、电源、电信号的监控回路和断气源时的锁紧装置构成。当上述故障之一发生时,执行机构输出保位,保证设备和运行安全。阀位变送器将执行机构的输出角位移转变为相应的电流信号,行程开关用来发出极限位置的开关量信号。

图1 气动执行机构原理框图
功能完善的带“三断”保护的气动执行机构广泛用于各个工业部门。但其结构复杂,维护工作量较大。常见的气动执行机构有仅带断气源保护功能的气动执行机构,气动隔膜调节阀,脉冲电信号气动长行程执行机构等。前两者结构简单,后者采用脉冲控制,安全性好。

电动执行器

2、电动执行器

    分角行程、直行程两大类。
    根据信号制和全行程时间的不同,又分基型品种和多个派生品种。
    在自动控制系统中,它们和不同型号电动操作器配用,可实现过程参数的自动控制,控制系统的手动/自动双向无扰切换,中途限位及远方手操等功能。
电动执行器由伺服放大器和伺服机构两大部件配套组成。
它是一个位置自动控制系统。来自控制仪表的控制信号,和由位置发送器返回的阀位反馈信号的偏差,经伺服放大器进行功率放大,然后驱动伺服电机,使减速器推动调节机构朝减小偏差方向转动,输出轴最后稳定在与控制信号相对应的转角位置上,电动操作器的作用是进行控制系统的手动/自动切换及远方手动操作。

图2 电动执行器原理框图
1—伺服放大器; 2—电动操作器; 3—伺服机构;4—伺服电机; 5—减速器; 6—位置发送器

3、执行机构的应用领域和行业
执行机构主要应用在以下三大领域:
1、发电厂: 

①火电行业应用:
送风机风门挡板,一次进风风门挡板,空气预热风门挡板,烟气再循环,旁路风门挡板,二次进风风门,挡板,主风箱风门挡板,燃烧器调节杆,燃烧器摇摆驱动器,液压推杆驱动器,叶轮机调速。烟气调节阀,蒸气调节阀,球阀和蝶阀控制,滑动门,闸门;

②其它电力行业的阀门执行器应用:
球阀,除尘控制喷水,叶轮机转速控制,控制大型液压阀,燃气控制阀,燃烧器点火启动,蒸气控制阀,冷凝水再循环,脱氧机,锅炉给水,过热控制器,再加热恒温控制器等。

  2、过程控制:
用于化工、石化、模具、食品、医药、包装等行业的生产过程控制,按照既定的逻辑指令或电脑程序对阀门、刀具、管道、挡板、滑槽、平台等进行精确的定位、起停、开合、回转,利用系统检测出的温度、压力、流量、尺寸、辐射、亮度、色度、粗糙度、密度等实时参数对系统进行调整,从而实现间歇、连续和循环的加工过程的控制。

基于现场总线的电动执行机构应用实例
 3、工业自动化:
用于较为广泛的航空、航天、军工、机械、冶金、开采、交通、建材等方面,对各类自动化设备和系统的运动点(运     动部件)进行各种形式的调节和控制。 
过程控制和工业自动化方面的主要应用举例如下:

① 在硫矿生产中的应用 注水流量控制 球阀和碟阀控制;
②碳酸钾管道阀门执行器的应用 滑动门 分流器 闸门 球阀和蝶阀 球型控制阀;
③水处理阀门执行器的应用 液流流量控制 调压阀压力控制 酸溶液流量控制;
④石灰石/水泥厂阀门执行器的应用球或蝶阀控制处理干水泥,石膏,或液体送风和引风机,调节型风门挡板,旁路       风门挡板,污染控制和除尘装置滑动门,对在料斗和储藏库的原材料进行物流控制闸门,控制原材料在进料口的流       量,燃气控制阀,调节转炉上燃烧器进气量蒸气控制阀,控制生产过程所需的蒸气;
⑤在谷物加工厂执行器的应用:闸门,分流阀,分配器,物料卸货器/加热器,除尘隔离挡板,气流控制(物流干燥)       球阀和蝶阀控制;
⑥钢厂风门挡板和阀门执行器的应用:球或蝶阀控制,控制冷却水,废水,或其它冷却介质调节型风门挡板,送风和     引风机旁路风门挡板闸门,环境污染控制和除尘装置滑动门,控制原材料在进料口的流量,对在料斗和储藏库的原       材料进行物流控制,燃气控制阀,蒸气控制阀,调节转炉上燃烧器进气量,控制生产过程所需的蒸气;

冗余总线型执行机构电控总体设计

⑦铝厂风门挡板和阀门执行器的应用:送风机风门挡板,一次进风风门挡板,空气预热风门挡板,烟气再循环,旁路     风门挡板,二次进风风门挡板,主风箱风门挡板,燃烧器调节杆,燃烧器摇摆驱动器,液压推杆驱动器,叶轮机调       速烟气调节阀,蒸气调节阀,球阀和蝶阀控制,滑动门,闸门;
⑧过程控制挡板的应用:空气补充,排风机旁路,热/冷风混和,应急关断;
⑨在石油工业中的应用:注油工艺流量控制,气举管路主阀门压力控制,注水工艺流量控制,油井油质采样试验 /        生产用阀门;
⑩在天然气生产和输送工业的应用:气举气流流量控制,气管路主阀门压力控制,压缩机喘振控制,天然气压力控制 天然气管路主阀门压力控制,应急关断,天然气调压器控制,压力控制,压缩机喘振控制,流量控制。 

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