通用机械设备之阀门驱动装置资料

焦威勒尔与卡德尔 电动驱动装置
1.电动机 三相交流电动机，正常转速1500rpm。
焦威勒尔与卡德尔 电动驱动装置
2 ．减速装置 该系统的减速装置通常为两级减速。 第一级由螺旋齿轮付减速，其减速比有三 种：1 / 2 , 1 / 3 , 1 /1．5 。第二级由蜗轮 蜗杆付减速，减速比视伺服电机而异。有 时根据需要也可以用蜗轮蜗杆付组成第三 级减速。
1.9 阀门的驱动装置
阀门的远距离操纵装置称之为阀门的 驱动系统。根据阀门驱动系统所用动力源 的种类，阀门驱动系统可分为电动驱动式 、气动驱动式和液压驱动式三种类型。由 于GNPS 电厂所用阀门的驱动系统以电动 和气动式驱动系统为主，因此，本章将对 这两种驱动系统进行介绍。
1.9.1阀门驱动的类型
1.9.3.2 电动驱动装置 的结构和部件
角行程电动驱动装置：蝶阀、球阀，旋 塞阀，偏心旋转阀。 直行程电动驱动装置：单、双座直行程 阀。 多转式电动驱动装置：闸阀、截止阀、 隔膜阀。

焦威勒尔与卡德尔 电动驱动装置
该系统由电机、减速装置及安全保 护装置组成，如下页图 所示。
焦 威 勒 尔 与 卡 德 尔 电 动 驱 动 装 置

JET PUMP
– Eductor – Ejector
POSITIVE DISPLACEMENT PUMP
Fixed Volume Volumetric Flow rate is proportional to speed A relief valve will always be on the discharge end of the pump
wk: work (ft-lbs) HL: Head Loss = f(L/D)(V2/2Zg) where f : friction factor L: Length D: Diameter
BERNOULLI’S PRINCIPLE

Basically: as the velocity (speed) of a fluid increases, its pressure decreases, and visa versa
Relief Valve
VALVE OPERATING DEVICES

Manual Hydraulic Motor (electric or air operated)
Solenoid
PUMPS
PUMP COMPONENTS

Drive
– Steam, electric, or gear

E X A M P L E S
Reciprocat ing Pump Charact erist ic Curve
N1 N2
PRESSU RE H EAD ( H p = ft lbf/ lbm)
CAPACI TY ( V = GPM )
Act ual I deal
NON-POSITIVE DISPLACEMENT PUMPS
HP
1 pump
2 pumps
V
GPM
PUMPS
• Series (called staging):
2 pumps
HP
1 pump
V
GPM
Fans
Same Principle as Non-positive displacement pumps Types:

– Centrifugal: majority used for compressors – Axial (like propeller): cooling fans

1.9.3.1电动驱动装置 的工作原理
θ=KIi
Ii
饲服 放大器 电动 操作器 饲服电机 减速器
输出轴位移
调节阀
If
放大部分
位置 发送器
执行部分
mA
1.9.3.2 电动驱动装置 的结构和部件
电动式驱动系统以电力作为动力源。 虽然工业中所使用的电动式驱动系统有多 种类型，但它们都是通过电机将电能转化 为机械能后，经过一套减速装置再去驱动 所操纵阀门的开启或关闭的。所不同的只 是在减速装置的结构形式和安全保护系统 上有所区别。(前图为角行程电动驱动装置)
N2 = 2N1 N2
Pressure H ead
HP = ( ft lbf) / lbm
N1
. V = GPM
Characteristic curve for centrifugal pump
PUMPS
– Centrifugal:
• Parallel pumps: V2 = 2V1 HP2 = HP1
焦威勒尔与卡德尔 电动驱动装置


测力器由一个安装在铸铁套管里的蜗杆和一些 弹簧垫圈组成。蜗杆与传动轴上的蜗轮相啮合 ，当所传递的扭矩超过预定值时，铸铁导管作 横向运动。系统的运动带动控制盒内一组凸轮 运动，触动扭矩微动开关的触点，切断电机电 源，动作停止。 扭矩限止器动作力矩的调整是通过调整垫圈安 放尺寸A和凸轮偏转角α来完成的。
PUMPS

Net Positive Suction Head: that pressure required at the suction of a pump to prevent cavitation.
– cavitation: the formation of bubbles due to area where P < PSAT, and the subsequent collapse of those bubbles.
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（ 1 ）行程结束控制器 当阀门开启或关闭时，主传动轴顶端的蜗 杆带动行程感应蜗轮转动，将阀门的开度信号 通过传动轴使具有一定减速比的正齿轮付带动 凸轮旋转。行程结束时，凸轮触动行程结束微 动开关的触头，切断电机电源，结束阀门的开 启或关闭动作。保证阀门和电机不致因过分的 开启或关闭动作而造成损坏。
QUESTIONS
1.9 阀门的驱动装置
1.9.1 阀门驱动的类型 1.9.2 阀门自动控制的基本原理 1.9.3 阀门的电动驱动装置 1.9.4 阀门的气动驱动装置
1.9 阀门的驱动装置
工业设施中的阀门装置，不管是闸阀、 蝶阀 、旋塞阀或其它形式的阀门，在过去 一般都是利用体积庞大而笨重的操纵轮、阀 杆和齿轮系统通过人工来进行操纵的。随着 工业自动化水平的不断提高以及高温、高压 工质的采用，为了节省工作人员，减轻工作 人员的劳动强度，提高生产过程的自动化水 平，现在则越来越多地采用远距离机动操纵 的方式。
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（3）安全保护装置动作方式的选择 行程结束控制器和扭矩限制器这两 种安全保护装置在工作时的动作方式如何 选择，主要取决于电动驱动系统所控制的 阀门类型。
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对于直线行程限制不太严格的阀门状态， “开”、“关”断路通过行程结束触头实 现； 对于直线行程限制特别严格的阀门状态， “开阀”断路是由行程结束触头来实现， 而 “关阀”是由扭矩限止器实现或二者 联动。
1.就地手动驱动 （1）就地手轮驱动 （2）就地隔墙手轮驱动 2.远距离控制驱动 （1）电动控制驱动 （2）气动控制驱动 （3）液压控制驱动

1.9.2阀门自动控制 的基本原理
u=f（e）
+ e
控制器
u
执行机构 调节阀
d 被控对象
c
测量部件
1.9.3阀门的电动驱动系统
1.9.3.1电动驱动装置的工作原理 1.9.3.2电动驱动装置的结构和部件
（ 1 ）行程结束控制器 行程结束控制器的作用在于当阀门开启或 关闭行程结束时，切断电机电源，停止阀门的 开启或关闭动作。 行程结束控制器的结构如下页图 所示。它 由与传动轴蜗杆相啮合的行程感应蜗轮、行程 信号传动轴、正齿轮付、两个凸轮和两个行程 结束微动开关组成。
行 程 结 束 机 构 和 扭 矩 限 制 器 示 意 图
Pump Shaft Impeller or Piston Casing

PUMP TYPES

CENTRIFUGAL
– Single Stage – Multi-staged centrifugal pumps

POSITIVE DISPLACEMENT
– – – – Reciprocating Rotary Gear Screw Moving vane

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（4）应急手操系统 为了保障在电机故障或断电情况下， 阀门仍能正确工作，该系统设置了应急手 操系统。系统在一般情况下是脱开的，只 有通过手动操纵才能接通。 该系统的手操装置有可脱开式和随动 式两种类型。
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① 可脱开式手操系统 可脱开式手操系统如下页图所示，在进行 手动操作时，通过推压操纵轮手柄使手操轮传 动轴与传动蜗杆啮合成一体。与此同时引起与 行程结束开关串联的一个或两个触头断开，从 而使伺服电机的电路中断，保证在手动操作过 程中操作员的安全。 手柄带有止动机构，可避免在操作时需持 续施加推力。手动操作结束后，止动机构自动 解除。
Βιβλιοθήκη Baidu
TYPES OF VALVES

Butterfly valve - light weight, relatively small and quick-acting
– has a body, resilient seat, butterfly disk, a stem, packing, a notched position plate, and a handle – very versatile - can be used for fresh water, salt water, JP-5, lube-oil, and chill water systems
• causes noise and damage due to erosion and fatigue failure.
. V N Hp N 2 Pw N 3
Where V = N = H p= Pw=
volumetric flow rate Speed of rotation Pump H ead ( discharge pressure Power required ( prime mover)
泵与风机和阀门
PUMPS, VALVES, AND FANS
VALVES
TYPES OF VALVES

Globe valves - common type of stop valve
– the disk seats on the seating ring – commonly used in, steam, air, water, and oil lines – also used as throttle valves
焦威勒尔与卡德尔 电动驱动装置
（2）扭矩限制器 扭矩限制器能保证伺服电机在故障过 载时或者在需要获得持续负载的情况下， 在操纵完成时停止转动。可以认为扭矩限 制器是伺服系统的第二重安全防护线。扭 矩限制器如下页图 所示，它由测力器、 凸轮和扭矩限制微动开关等组成。
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扭 矩 限 制 器
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3 ．安全保护装置 为了防止阀门在开启或关闭过程中 因阀杆（或门芯）卡涩或因某种原因而 使电机过载造成设备损坏，该系统设计 有扭矩限制器、行程结束控制器及应急 手操系统等安全保护装置。扭矩限制器 和行程结束装置均安装在与电动驱动系 统连为一体的控制盒内。
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TYPES OF VALVES

Gate valve - used for straight line flow and when minimum flow restriction are needed
– not used for throttling – rising stem or nonrising stem – steam systems have flexible gates
BERNOULLI’S THEOREM
Z1 + P1/D + 1/2(V12/g) =Z2 +P2/D + 1/2(V22/g) + gc/g(wk) + HL
Where: Z : Elevation (ft) P : Pressure (lbs/ft2) D : Density (lb/ft3) V : Velocity (ft/sec) g : acceleration (32.2 ft/sec2)