阀门执行器选型的初学者指南

阀门最基本的形式由阀体和内部运动部件（关闭元件）组成，关闭或限制通过阀门的流量。

工业界有许多类型的阀门，它们按类型、行业、尺寸、压力等级或许多其他考虑因素之一进行分类。然而，自动化需要哪种执行器实际上取决于四个基本参数：运动、力、速度和操作频率。

运动

通过第一个参数运动对阀门进行分类意味着查看阀门设计中的一些明显差异：

带有需要线性运动的关闭元件的阀门可以使用流体动力线性气缸或连接到光滑阀杆的隔膜。或者，可以使用带有电动或流体动力马达的多回转执行器来驱动螺纹杆。

在关闭元件上具有线性运动的阀门需要一个旋转到线性的转换机构，以允许它们通过多回转执行器实现自动化。这种转换机制使用以下三种类型的阀杆名称之一来描述：1) 上升的非旋转阀杆，2) 旋转的非上升阀杆，或 3) 上升的旋转阀杆。

上升的旋转阀杆（图 3）是之前设计的混合体。阀杆螺母位于阀门的顶部，因此当阀杆旋转时，它会升高或降低关闭元件。执行器通过滑动花键或“蝶形”螺母装置连接到阀杆。通常，阀门的推力包含在阀门的顶部工作中。

尽管闭合元件以线性方式移动，但致动器输出是旋转的。通过阀杆螺母将运动从旋转运动转换为直线运动。

对于没有线性到旋转转换机构的阀门，需要一个线性输出执行器来实现所需的运动。这种类型中最常见的是用于操作过程控制阀的气动线性执行器（图 4）。

大多数部分回转阀门需要将阀杆旋转四分之一圈才能从关闭移动到打开，反之亦然。这种类型的阀门具有 90 度的标准运动，允许使用具有已知行程距离的执行器。四分之一回转阀上的关闭元件可以是圆盘（蝶阀）、球体（球阀）、截锥体（锥形塞）或这些类型的变体或组合（图 5 和图 6）。

将阀门移动到其运动范围内所需的力对于选择执行器至关重要。对于滑杆阀（图 7），该力将是线性推或拉。对于多回转或部分回转阀门，需要旋转力或扭矩。

操作阀门所需的扭矩（图 8）通常随阀门的尺寸、阀门设计和阀门两端的压差而变化。通常，正是关闭位置的这种压差产生了阀门的最大力需求，即打开阀门所需的力。

阀门关闭元件越大，阀座上的力就越大。对于某些阀门，例如闸阀和截止阀，可以计算此力，并可以对阀门力需求进行合理估计，以便确定执行器的尺寸。

其他考虑因素是阀杆填料摩擦、介质温度以及阀门和阀杆的机械特性。

然而，对于角行程阀门，不可能准确地独立计算阀门的扭矩需求。这必须通过在各种压差条件下对每个阀门尺寸进行物理测量来完成。

需要多种类型和设计的执行器来覆盖涵盖阀门尺寸和压力等级范围所需的全部输出力范围。阀门扭矩需求越大，执行器越大，成本也越高。

阀门应用所需的操作速度定义了执行器所需的功率。

功率被定义为在特定时间范围内完成的功。执行器所做的功是阀门所需的力乘以必须施加该力的距离（阀门行程）。例如，如果这项工作必须在一分钟内完成，那么所需的功率将是在两分钟内操作同一个阀门所需的功率的两倍。

对于电动执行器，这是一个关键参数，因为它决定了电机功率。对于流体动力执行器，此参数会影响供应和排气管线的尺寸以及方向控制阀的尺寸。在这两种情况下，成本都会受到显着影响，执行器的物理尺寸也是如此。

前面的阀门需求标准规定了执行器所需的输出运动、力输出和功率。所需的操作频率直接影响机械驱动的耐用性和控制器的稳健性（图 9）。

隔离或调节工作阀和执行器通常只需要很少操作。因此，机械部件和控制装置的磨损很小。

然而，调节过程阀可以持续运行。这要求阀门和执行器组件具有一定程度的耐磨性。出于这个原因，在执行器选择中考虑调节要求是很重要的。不仅传动系统可能出现更大的机械磨损，而且控制装置必须能够不断变化而不会过热或出现故障。

对调节性和调节性义务的定义，人们提出了许多主观意见。然而，该行业采用了每小时 60 次和 1200 次启动的里程碑来提高执行器能力。图 9 为这些起始频率附加了一些通用术语。

本栏只是对选择执行器时必须考虑的阀门关键参数的简要说明。实际上，在为阀门及其应用选择合适的执行器时，还需要定义许多其他选项。这些主题在“阀门执行器”一书中有更详细的介绍（见下文）。