調節閥是物料或能量供給系統中不可缺少的重要組成部分，而執行機構是調節閥的關鍵組成部件。針對執行機構對調節閥工作效能的影響，分析了調節閥的執行機構型別，討論了不同型別執行機構的組成、工作原理和特點，在此基礎上對不同型別的執行機構適用範圍進行了**，為調節閥的選擇提供指導作用。
1引言調節閥廣泛應用於火力發電、核電、化工等流體控制場合，是工業生產過程最常用的終端控制項。執行機構和調節閥門是組成調節閥的兩大部件，執行機構根據控制訊號驅動調節閥門，對通過的流體進行調節，從而改變操縱變數的數值[1～2]。作為調節閥的驅動部分，執行機構在很大程度上影響著調節閥的工作效能。
本文討論了調節閥的執行機構，並對各種型別執行機構的效能特點進行了分析。上晚班也不錯啊，白天的時間隨你幹嘛
2調節閥執行機構
按操作能源的不同，調節閥執行機構可分為氣動執行機構、電動執行機構和電液執行機構。
2.1氣動執行機構
氣動薄膜執行機構是最常用的氣動執行機構[3]，工作原理如圖1所示。將20～100kpa的標準氣壓訊號p通入薄膜氣室中，在薄膜上便產生乙個向下的推力，驅動閥桿部件向下移動，調節閥門開啟。與此同時，彈簧被壓縮，對薄膜產生乙個向上的反作用力。
當彈簧的反作用力與氣壓訊號在薄膜產生的推力相等時，閥桿部件停止運動。訊號壓力越大，在薄膜上產生的推力就越大，彈簧壓縮量即調節閥門的開度也就越大。
氣動薄膜調節閥
將與執行閥桿剛性連線的調節閥運動部件視為一典型的質量-彈簧-阻尼環節，系統運動受力模型如圖2所示。系統在運動過程滿足以下方程：
方程式(1)
式中：m為與執行閥桿剛性連線的運動部件總質量；x為閥杆位移；c為阻尼係數；f為摩擦力；fs為訊號壓力在薄膜上產生的推力；g為運動部件總重力；ft為調節閥所控流體在閥芯上的壓力差產生的不平衡力；k為彈簧剛度係數。當閥杆由下往上運動時，式(1)等號左端各項符號變負。
圖2系統運動受力模型
式(1)中的摩擦力是造成調節閥死區與滯後的主要原因[4]。對於氣動執行機構而言，由於工作介質的可壓縮性比較大，使得摩擦對其動態響應特性的影響更為顯著。當生產過程受到擾動的影響，雖然調節閥控制器的輸出產生了乙個用於糾正偏差的控制訊號，但由於摩擦的存在，使得該訊號並沒有產生相應的閥杆位移。
這就要求控制器輸出更大的訊號，只有當控制訊號超過一定範圍，即死區，才能使閥杆產生位移。死區的存在使調節不能及時進行，有時還造成調節的過量，使調節閥的控制品質變差。
為了減小調節閥死區與滯後的影響，除了改進閥桿密封填料結構，採用合適密封材料等外，目前的主要改進措施是通過給氣動調節閥配備氣動閥門定位器[2]，如圖3所示。波紋管1的訊號壓力大小由調節閥控制器調節。當調節閥控制器的輸出增大時，波紋管1的訊號壓力也增大，主槓桿2便繞支點3作逆時針轉動，於是噴嘴5與擋板4的距離減小，噴嘴的背壓公升高，此背壓經過放大器6放大後，進入薄膜氣室7的壓力也開始公升高，閥桿8向下移動，並帶動反饋杆9繞支點10作逆時針轉動，與反饋杆9安裝在同一支點的反饋凸輪11跟著作逆時針轉動。
與此同時，副槓桿12在滾輪13的作用下開始繞支點14作順時針轉動，反饋彈簧15被拉伸。當反饋彈簧15對主槓桿2的拉力與訊號壓力作用在波紋管1上的力達到力矩平衡時，調節閥氣動執行閥桿達到平衡位置。因此，通過氣動閥門定位器可以在輸入訊號與氣動調節閥執行閥桿位移(即調節閥開口量)之間建立起一對應的關係。
圖3帶閥門定位器的氣動薄膜調節閥工作原理
新增氣動閥門定位器後可以在一定程度上減小氣動薄膜調節閥的死區與滯後，但要徹底解決死區與滯後的影響，需從根本上解決調節閥的摩擦力補償等問題。
除氣動薄膜執行機構外，還有氣動活塞式執行機構，調節閥執行閥桿通過氣缸驅動。
2.2電動執行機構
電動執行機構是採用電動機和減速裝置來移動調節閥門的執行機構，需與電動伺服放大器配套使用，其系統組成框圖如圖4所示。由於帶有位移感測器實時檢測執行閥桿的位移，故電動執行機構不需額外配備閥門定位器就可以組成位置反饋控制系統，以調節閥執行閥桿的位移訊號作為調節閥控制器的反饋測量訊號，將控制器輸出的設定訊號與反饋測量訊號進行比較，當兩者有偏差時，改變對伺服放大器的輸出，使執行閥桿動作，從而建立起輸入訊號與調節閥執行閥桿位移(即調節閥開口量)一一對應的關係。通常電動執行機構的輸入訊號是標準的電流或電壓訊號，輸出位移可以是直行程、角行程和多轉式等型別[2]。
圖4電動執行機構組成框圖
2.3電液執行機構
電液執行機構將輸入的標準電流或電壓訊號轉換為電動機的機械能，然後通過液壓幫浦，將電動機的機械能轉化為液壓油的壓力能，並經管道和控制項向前傳遞，最後借助液壓執行元件(如液壓缸)將液壓油的壓力能轉化為機械能，驅動調節閥閥桿(閥軸)完成直線(迴轉角度)運動，控制調節閥閥門的開度。電液執行機構的組成及系統框圖如圖5所示，位移感測器所形成迴路實際起著閥門定位器的作用，建立閥桿位移訊號與調節閥控制器輸出訊號之間的一一對應關係。
圖6是某類電液執行機構的工作原理圖。工控機根據調節閥控制系統的設定，經d/a轉換後以模擬訊號的形式輸出設定訊號，使電液比例方向閥2的左位工作。液壓幫浦1輸出的壓力油一路給蓄能器3充液，儲備液壓能，以備快速關閉或開啟的應急功能，另一路經過電液比例方向閥2的左位進入液壓缸6的左腔，推動活塞右移，調節閥門7開啟。
位移感測器實時檢測調節閥開口量，經過a/d轉換後將閥門開度訊號輸入工控機，經過調節閥控制器的處理後，又將訊號輸出給電液比例方向閥。電液比例方向閥根據傳來的訊號符號與大小確定活塞的移動方向和位移量，也就是調整調節閥開口的大小。
電磁換向閥4用於實現電液調節閥快速關閉或開啟的應急功能，而手動換向閥5用於實現調節閥的機械手輪降級操作。
圖5電液執行機構框圖
圖6電液調節閥系統原理
3調節閥執行機構的應用
氣動執行機構具有結構簡單、維修方便、**低廉、抗環境汙染等優點，在工業生產中得到了廣泛的應用。但由於氣動執行機構的氣體工作介質具有較強的可壓縮性，使氣動執行機構的抗偏離能力比較差，給位置和速度的精確穩定控制帶來很大的影響[5]，不適於快速響應和大的執行速度場合，從而限制了氣動執行機構在大型精確控制專案中的進一步推廣。
電動執行機構動作迅速、響應快、所用電源取用方便、便於進行遠距離的訊號傳遞，特別是隨著電子與計算機技術在工業控制過程中的廣泛應用，電動執行機構具有很大的發展前途。但由於電動執行機構由電機、減速齒輪箱、控制箱等組成，當實現大推力時，電動執行機構體積太龐大，而且其封閉的結構會產生熱，防火防爆差，降低了安全性。
液壓傳動以幾乎不可壓縮的高壓液體作為傳遞動力的介質，能夠輸出大的力或力矩，動作靈敏，執行較為平穩，傳動無間隙，可在高速下啟動、制動、換向[6~7]。隨著國家大型電站等工業專案的推進，對調節閥提出了大推力(推力矩)、長行程、高精度、快速響應等控制要求。電液執行機構結合了電子技術和液壓技術兩個方面的優勢，具有控制精度高、響應速度快、輸出功率大、訊號處理靈活、易於實現各種參量的反饋等優點，有助於調節閥適應大型工業專案提出的控制要求，同時也適應了現代工業過程控制系統化、智慧型化不斷提高的發展趨勢。
4結束語
執行機構是調節閥的關鍵部件，執行機構型別不同的調節閥工作效能有很大的差異。控制過程是否平穩取決於調節閥能否準確動作。選擇恰當的調節閥是管路設計的主要內容，也是保證調節系統安全平穩執行的關鍵所在。
在選擇調節閥前應充分了解不同執行機構型別調節閥的特點、適用範圍，根據不同的需要選擇不同執行機構型別的調節閥。
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