气动、电动执行机构基础知识

电动执行机构的应用和分类：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，使生产过程中按预定要求正常进行。执行器的功能：--控制阀门的开关，保证阀门正常工作所需的行程；--提供阀门关闭时所需的关闭力；--具备一定的开关速度，保证使用要求；--与相关附件联合使用，满足意外故障时阀门的理想位置。从应用来分类：直行程（LinearActuator）：直行程调节阀（口径一般为15~150mm）的控制。输出推力：0.5~25KN，行程（10~100mm），行程速度（0.2~2.5mm/s）；角行程（Quaret-turnActuator）：90°转角阀门（如蝶阀、球阀）和风门挡板的控制。输出力矩：50~2000Nm（常用力矩：100Nm，250Nm，700Nm，1600Nm，2500Nm，6500Nm）行程90°、120°，行程速度（5~150S）；多转式（Multi-turnActuator）：多回转阀门（如闸阀）的控制，也是直行程、角行程执行器的基础。输出力矩：30~2000Nm，行程（0.25~50s），行程速度（1~120r/min）。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。按照结构可分为：启动薄膜执行机构、气缸式执行机构。气动执行机构的分类：对于不同的进气方位可分为：❈

气开式（进气打开阀门，失气弹簧复位关闭阀门）；❈

气关时（进气关闭阀门，使其弹簧复位打开阀门）。电动执行机构的主要组成部件和功能：减压阀：降低控制气源压力，以适宜执行机构的工作压力；过滤器：滤去压缩空气中的水和其他杂质，保证进入电/气转换器、定位器以及执行机构的压缩空气的清洁。许多产品是减压阀和过滤器一体化设计；电/气转换器：将控制系统的4-20mA电流信号转换成3-15psi（0.2-1kg/cm）的气压控制信号；定位器：是阀位控制的核心部件，对调节阀的阀位进行精确控制。气动执行机构的主要组成部件和功能：位置变送器：通过连杆与阀杆的位移同步产生转角移动，转换成4~20mA电信号，线性地反应阀门的开度；行程开关：通常安装在阀门的全开和全关位置，用以发出阀门全开或全关的信号送到控制系统；为了实现某些特殊的控制功能，一些执行机构上还配备了其他的控制部件，如实现连锁功能的电磁阀，实现保位功能的锁气器，加快动作速度的气放大器，失气时维持短时间的储能罐等等。气动执行机构常见故障及产生的原因：调节阀不动作。故障现象及原因如下：一

无信号、无气源1、气源未开；2、由于气源含水在冬季结冰，导致风管堵塞或过滤器、减压阀堵塞失灵；3、空压机故障；4、气源总管泄漏。二

有气源，无信号1、调节器故障；2、信号管泄漏；3、定位器波纹管漏气；三

定位器无气源1、过滤器堵塞；2、减压阀故障；3、管道泄漏或堵塞。四

定位器有气源，无输出定位器的节流孔堵塞。五

定位器输出正常调节阀不动作1、阀芯脱落；2、阀芯与阀座卡死；3、管道泄漏或堵塞；4、阀座阀芯冻结或焦块污物；5、执行机构弹簧因长期不用而锈死。调节阀的动作不稳定。故障现象和原因如下：一

气源压力不稳定1、压缩机容量太小；2、减压阀故障。二

信号压力不稳定1、控制系统的时间常数（T=RC）不适当；2、调节器输出不稳定。三

气源压力稳定，信号压力也稳定，但调节阀的动作仍不稳定1、定位器中放大器磨损或脏，耗气量特别增大时会产生输出振荡；2、定位器中放大器的喷咀挡板不平行，挡板盖不住喷咀；3、输出管、线漏气；4、膜盒漏气；5、阀杆摩擦阻力大。调节阀振荡，故障现场和原因分析如下：一

调节阀在任何开度下都振荡1、支撑不稳；2、附近有振动源；3、阀芯与衬套磨损严重；4、膜盒漏气；5、定位器泄漏；6、定位器输出与膜盒间管路漏气；7、盘根压得太紧；8、盘根压偏；9、阀杆摩擦力大。二

调节阀在接近全闭位置时振荡1、调节阀选大了，常在小开度下使用；2、单阀座介质流向与关闭方向相反。调节阀的动作迟钝。迟钝的现象及原因如下：一

阀杆仅在单方向动作时迟钝1、气动薄膜执行机构中膜片破损泄漏；2、执行机构中“O”型密封泄漏。二

阀杆在往复动作时均有迟钝现象1、阀体内有粘物堵塞；2、聚四氟乙烯填料变硬或石墨--石棉填料润滑油干燥；3、填料压得太紧，摩擦阻力增大；4、由于阀杆不直导致摩擦阻力大；5、没有定位器的气动调节阀也会导致动作迟缓。调节阀的泄漏量增大。泄漏的原因如下：一

阀全关时泄漏量增大1、阀芯被磨损，内漏严重；2、阀未调好关不严；二

阀达不到全闭位置1、介质压差太大，执行机构刚性小，阀关不严；2、阀内有异物；3、衬套烧结。电动执行机构：电动执行机构是电动单元组合式仪表中的执行单元。它是以单相交流电源为动力，接受统一的标准直流信号，输出相应的转角位移，操纵风门、挡板等机械机构，可配用各种电动操作器完成调节系统“手动--自动”的无扰动切换，及对被调对象的远方手动操作，电动执行机构还设有电气限位和机械限位双重保护来完成自动调节的任务。它在电力、冶金、石油化工及锅炉系统的上水及风门挡板的调节等部门得到广泛应用。电动执行机构的结构：电动执行器的结构电动执行器一般由：伺服电机、控制器、减速机、辅助部件四部分组成。电机：电机是接受伺服放大器或电动操作器输出的开关电源，把电能转化为机械能，从而驱动执行机构动作。减速器：减速器上有手动部件、输出轴、机械限位块。减速器是将电机的高转速、小转矩转换为低转速、大转矩的输出功率，以带动阀门机构动作。控制部位接受和输出4—20mA模拟信号和数字信号实现对于执行器的自动控制，包括伺服放大器和位置变送器，新近发展的智能化技术还可以实现对执行器的功能设定、故障自我诊断、状态报警和记录、显示和通讯功能。位置发送器：位置发送器是由电源变压器、差动变压器、印刷电路板等部件组成。当减速器输出轴移动时，凸轮随之旋转，是压在凸轮斜面上的差动变压器的铁芯连杆产生轴向位移，改变铁芯在差动变压器的铁芯连杆产生轴向位移，改变铁芯在差动变压器线圈中的位置，使差动变压器输出对应位置的电压转换成标准的直流电流信号（4~20mA）。伺服放大器：四氟放大器的调节原理类似于一个纯积分作用的调节阀，只要指令型号与阀位反馈型号的偏差超过调节不灵敏区的范围，伺服放大器就会一直发出开指令或者关指令。它接受调节仪表的标准型号（4-20mA）和执行机构的反馈信号，进行比较放大后输出220V交流电驱动伺服电动机正转、反转，连续调节阀位开度。电动执行机构控制方式：电动执行机构有远方遥控调节、就地电动控制和就地手动操作三种控制方式。1.

就地手动方式电动执行机构需就地手动操作时，当电动操作器切换开关位置“手动”位置，把电机端部旋钮拨到“手动”位置，拉出执行机构上的手轮或波动手/自动切换把手，摇动手轮就可以实现手动操作。当不用就地操作时，千万要注意，把电动端部的旋钮拨到“自动”位置，并把首轮推进。2.

就地电动方式当执行机构切换开关放在“就地”位置时，操作只要将旋转切换开关分别拨到“开”或“关”的位置（或按“开”或“关”按钮），带动电动正转和反转，执行机构输出轴就可以实现上行或下行动作，在运动过程中观察电动操作器上的阀位开度表，到所需控制阀位开度时，立即松开切换开关即可。3.

远方控制方式当电动执行机器切换放在：“自动”或“远控”位置时，即处在自动调节状态，接受DCS或控制器4-20mADC指令信号，自动调节执行机构阀位到预定位置。电动执行机构调试：调试步骤：1）检查执行机构外观完整，信号匹配；2）完成执行机构接线，检查接线是否正确。执行机构的接线：1.电源线，220V或380V，气动阀门定位器一般不需要专用电源线；2.模拟信号：指令信号4-20mADC，从DCS或PLC至执行机构，反馈型号4-20mADC，从执行机构至DCS或PLC等；3.开关信号（可选）：全开、全关行程开关信号，故障信号等。3）在通风前，先手动把执行机构调到中间位置，然后将