执行机构原理

摘要：调节阀是物料或能量供给系统中不可缺少的重要组成部分，而执行机构是调节阀的关

键组成部件。针对执行机构对调节阀工作性能的影响，分析了调节阀的执行机构类型，讨论

了不同类型执行机构的组成、工作原理和特点，在此基础上对不同类型的执行机构适用范围

进行了探讨，为调节阀的选择提供指导作用。

1引言

并

方程式（1）

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式中：m为与执行阀杆刚性连接的运动部件总质量；x为阀杆位移；c为阻尼系数；f为摩擦力；Fs为信号压力在薄膜上产生的推力；G为运动部件总重力；Ft为调节阀所控流体在阀芯上的压力差产生的不平衡力；k为弹簧刚度系数。当阀杆由下往上运动时，式（1）等号左端各项符号变负。

图2系统运动受力模型

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式（1）中的摩擦力是造成调节阀死区与滞后的主要原因[4]。对于气动执行机构而言，由于工作介质的可压缩性比较大，使得摩擦对其动态响应特性的影响更为显著。当生产过程受到扰动的影响，虽然调节阀控制器的输出产生了一个用于纠正偏差的控制信号，但由于摩擦的存在，使得该信号并没有产生相应的阀杆位移。这就要求控制器输出更大的信号，只有当控制信号超过一定范围，即死区，才能使阀杆产生位移。死区的存在使调节不能及时进行，有时还造成调节的过量，使调节阀的控制品质变差。

为了减小调节阀死区与滞后的影响，除了改进阀杆密封填料结构，采用合适密封材料等外，目前的主要改进措施是通过给气动调节阀配备气动阀门定位器[2]，如图3所示。

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号进行比较，当两者有偏差时，改变对伺服放大器的输出，使执行阀杆动作，从而建立起输入信号与调节阀执行阀杆位移（即调节阀开口量）一一对应的关系。通常电动执行机构的输入信号是标准的电流或电压信号，输出位移可以是直行程、角行程和多转式等类型[2]。

图4电动执行机构组成框图

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2.3电液执行机构

电液执行机构将输入的标准电流或电压信号转换为电动机的机械能，然后通过液压泵，将电动机的机械能转化为液压油的压力能，并经管道和控制元件向前传递，最后借助液压执行元件（如液压缸）将液压油的压力能转化为机械能，驱动调节阀阀杆（阀轴）完成直线（回转角度）运动，控制调节阀阀门的开度。电液执行机构的组成及系统框图如图5所示，位移传感器所形成回路实际起着阀门定位器的作用，建立阀杆位移信号与调节阀控制器输出信号之间的一一对应关系。

图6是某类电液执行机构的工作原理图。工控机根据调节阀控制系统的设置，经

D/A转换后以模拟信号的形式输出设定信号，使电液比例方向阀2的左位工作。液压泵1输出的压力油一路给蓄能器3充液，储备液压能，以备快速关闭或开启的应急功能，另一路经过电液比例方向阀2的左位进入液压缸6的左腔，推动活塞右移，调节阀门7打开。位移传

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行机构体积太庞大，而且其封闭的结构会产生热，防火防爆差，降低了安全性。

液压传动以几乎不可压缩的高压液体作为传递动力的介质，能够输出大的力或力矩，动作灵敏，运行较为平稳，传动无间隙，可在高速下启动、制动、换向[6~7]。随着国家大型电站等工业项目的推进，对调节阀提出了大推力（推力矩）、长行程、高精度、快速响应等控制要求。电液执行机构结合了电子技术和液压技术两个方面的优势，具有控制精度高、响应速度快、输出功率大、信号处理灵活、易于实现各种参量的反馈等优点，有助于调节阀适应大型工业项目提出的控制要求，同时也适应了现代工业过程控制系统化、智能化不断提高的发展趋势。

4结束语

执行机构是调节阀的关键部件，执行机构类型不同的调节阀工作性能有很大的差异。控制过程是否平稳取决于调节阀能否准确动作。选择恰当的调节阀是管路设计的主要内容，也是保证调节系统安全平稳运行的关键所在。在选择调节阀前应充分了解不同执行机构类型调节阀的特点、适用范围，根据不同的需要选择不同执行机构类型的调节阀。