阀门电动装置选型要点

一、前言
　　
　　电动阀门广泛应用于市政和工矿企业的给排水系统。电动阀门由电动装置、阀门本体、连接附件和控制箱等组成。电动阀门的电动装置是实现阀门程控、自控和遥控不可缺少的驱动设备。
　　
　　电动阀门一般是由给排水专业选型的，给排水专业技术人员在工程设计时须对阀门的电动装置提出具体的功能要求，并由专业制造厂商对电动装置进行选型。然而，在实际工程中经常会发生在现场安装时，阀门电动驱动装置与控制系统冲突等不匹配的现象。这通常是由于在确定电动装置的功能需求时有不合理或是不完善的地方。
　　
二、阀门电动装置的组成
　　
　　电动装置一般由下列部分组成：专用电动机减速机构，用以降低电动机的输出转速；行程控制机构，用以调节和准确控制阀门的启闭位置；转矩限制机构，用以调节转矩（或推力）并使之不超过预定值；手动、电动切换机构，进行手动或电动操作的联锁机构；开度指示器，用以显示阀门在启闭过程中所处的位置。其中，行程控制机构、转矩限制机构、手动、电动切换机构及开度指示器等合称为电动执行器。
　　
三、电动装置选型、确定功能要求时所须注意的要点
　　
　　在电动装置选型、确定功能要求时，需要注意的要点包括确定电动装置的IP防护等级、电动装置的电源电压、电动装置的90°运行时间和电动执行器的形式等。
　　
1.确定电动装置的IP防护等级
　　
　　在进行电动装置选型时，首先要根据工作环境和使用要求确定电动装置的IP防护等级。一般给排水系统电动阀门驱动装置按照工作环境的不同可分为室外型、户内型。室外型电动阀门驱动装置常用的IP防护等级是IP54或IP55，户内型电动阀门驱动装置常用的IP防护等级是IP43或IP44。通常，给排水系统的阀门电动驱动装置不采用潜水型的。电动装置的IP防护等级应由给排水专业技术人员提出并确定。
　　
2.确定电动装置的电源电压
　　
　　目前国内用户常用的电源电压有380V和24V，具体应根据外界所能提供的电源条件确定。
　　
3.确定电动装置的90°运行时间
　　
　　所谓电动装置的90°运行时间，也就是电动阀门开到位、关到位所需的时间，该要求是由阀门和电动装置的专业制造厂家所确定的。常规90°运行时间7.5～30s不等，但应符合水系统工艺的要求。90°运行时间越短，电动装置电动机功率越大，电流越高。
　　
　　大功率水泵通常采用闭阀轻载起动，以降低水泵起动的电流。在水泵出水管上装有止回阀、电动阀等。一般闭阀起动的时间为10～30s，因此，水泵出水管电动阀门的电动装置的90°运行时间应与给排水工艺所确定的闭阀起动时间相一致。阀门的启闭速度若过快，易产生水击现象。
　　
　　在工矿企业用水中，通常设有由安全水箱或水塔供水的事故应急供水系统。事故应急供水管上也常设有电动阀门，为确保生产的安全，事故供水管电动阀门要求开启及时、反应灵敏，因此，该阀门电动装置的90°运行时间也应尽量缩短。
　　
4.确定电动执行器的形式
　　
　　（1）电动执行器的常见形式
　　
　　1）开关型（开环控制）。开关型电动执行器一般实现对阀门的开关控制，阀门要么处于全开位置，要么处于全关位置，此类阀门不需对介质流量进行精确控制。开关型电动执行器因结构形式的不同还可分为分体结构和一体化结构。选型时必须对此做出说明，不然经常会发生在现场安装时与控制系统冲突等不匹配现象。
　　
　　2）调节型（闭环控制）。调节型电动执行器不仅具有开关型一体化结构的功能，还能对阀门进行精确控制，调节介质流量。控制信号包括电流、电压，调节型电动执行器控制信号一般有电流信号（4～20mA、0～10mA）或电压信号（0～5V、1～5V），选型时需明确其控制信号类型及参数。
　　
　　调节型电动执行器工作方式一般为电开型（以4～20mA的控制为例，电开型是指4mA信号对应的是阀关，20mA对应的是阀开），另一种为电关型（以4～20mA的控制为例，电开型是指4mA信号对应的是阀开，20mA对应的是阀关）。
　　
　　失信号保护是指因线路等故障造成控制信号丢失时，电动执行器将控制阀门启闭到设定的保护值，常见的保护值为全开、全关和保持原位三种情况。
　　
　　开关型电动执行器也有失信号保护。
　　
　　（2）确定电动执行器的形式
　　
　　1）开关型和调节型的确定。在市政和工矿企业的供水系统中，一般电动阀门的主要功能是打开或关闭水管路，因此最常用的应是开关型电动执行器。但在工矿企业工艺设备的许多中间配管的冷却水系统中，对于流量、压力等供水要求的精度非常高，冷却水流量、压力的变化对设备的生产条件产生很大的影响，因此在这种情况下使用的电动阀门应配备调节型的电动执行器。
　　
　　在确定电动执行器是采用开关型还是调节型前，首先应对所使用电动阀门的具体工况条件加以深入的了解，然后向专业制造厂家提出合理的功能要求。
　　
　　关于调节型控制型号类型和工作形式的确定，应根据工艺设备的具体生产条件和工况确定。
　　
　　2）分体结构和一体化结构形式的确定。分体式结构的电动执行器的缺点是不便于系统整体安装，增加接线及安装费用，且容易出现故障，当故障发生时不便于诊断和维修，性价比不理想。
　　
　　一体化结构的电动执行器的优点是方便系统整体安装，减少接线及安装费用，容易诊断并排除故障。但传统的一体化结构产品也有很多不完善的地方。现今，市政和工矿企业的供水排水系统或循环水处理系统等的控制均采用PLC及计算机程序控制，并具备CRT画面显示。水系统的控制通常集中设置于水系统控制室或电气室，电气室内设PLC柜和MCC柜。所有现场电装设备现场仅设操作箱，操作箱与电气室内PLC柜相联，然后将信号送至MCC柜，最终控制现场的设备。在这种工况条件下，采用分体式结构的电动执行器是比较合理的。如果采用一体化结构的电动执行器，其自身的功能可能与水系统控制的整体设计不能完全匹配，反而容易产生故障。另外，分体式结构的电动执行器的价格也比一体化结构的电动执行器的价格低。
　　
　　对于一些水系统简单，控制要求不高或是仅要求现场控制的工况，可以考虑采用一体化结构的电动执行器。
　　
　　3）关于失信号保护的确定。因线路等故障造成控制信号丢失时，阀门究竟应该是全开、全关或保持原位，应根据具体的工艺条件确定，一般情况下，应要求阀门保持原位。
　　
　　大功率水泵出水管上的电动阀门，应要求故障时阀门保持原位状态。因为该电动阀门是与水泵联锁控制的，泵开阀开，泵关阀关。如果该阀门因故障关闭，而水泵未能及时关闭，将对水泵设备和该电动阀门前管路、阀门等造成水锤损害。
　　
　　对工矿企业各生产用水点特别是冷却水用户处的电动阀门，在电动阀门故障时，也应要求其能保持原位状态，以免因为突然断水对工艺设备造成损害。
　　
5.其他事项
　　
　　阀门电动装置另有操作力矩、操作推力、输出轴转动圈数、阀杆直径、输出转速及电动机功率等主要参数。该部分参数均应由专业制造厂家确定。
　　
　　水系统阀门电动装置工作的环境通常为常温，而一般电动装置的使用环境温度是－20～55℃，所以可不提明确要求。
　　
四、结语
　　
　　电动阀门的电动装置的选型是否合理，对于实现电动阀门的功能具有决定性的作用。电动装置的具体选型固然是由专业制造厂家进行的，但在选型之前，应由给排水专业技术人员提出合理功能需求。

阀门怎么选电动执行机构

一、阀门与自动化

　　为了成功的实现过程自动化，最重要的是要确保阀门自身能够满足过程及管道内介质的特殊要求。通常生产过程和工艺介质能够决定阀门的种类，阀芯的类型以及阀内件和阀门的结构和材料。

目前常用三种类型的电动执行机构（电动执行器），它们能够使用不同的驱动能源，能够操作各种类型的阀门。

1、电动多回转式电动执行机构（电动执行器）

　　电力驱动的多回转式电动执行机构（电动执行器）是最常用、最可靠的电动执行机构（电动执行器）类型之一。使用单相或三相电动机驱动齿轮或蜗轮蜗杆最后驱动阀杆螺母，阀杆螺母使阀杆产生运动使阀门打开或关闭。

　　多回转式电动电动执行机构（电动执行器）可以快速驱动大尺寸阀门。为了保护阀门不受损坏，安装在在阀门行程的终点的限位开关会切断电机电源，同时当安全力矩被超过时，力矩感应装置也会切断电机电源，位置开关用于指示阀门的开关状态，安装离合器装置的手轮机构可在电源故障时手动操作阀门。

　　这种类型电动执行机构（电动执行器）的主要优点是所有部件都安装在一个壳体内，在这个防水、防尘、防爆的外壳内集成了所有基本及先进的功能。主要缺点是，当电源故障时，阀门只能保持在原位，只有使用备用电源系统，阀门才能实现故障安全位置（故障开或故障关）

2、流体驱动多回转式或直线输出电动执行机构（电动执行器）

　　这种类型电动执行机构（电动执行器）经常用于操作直通阀（截止阀）和闸阀，它们使用气动或液动操作方式。结构简单，工作可靠，很容易实现故障安全操作模式。

通常情况下人们使用电动多回转电动执行机构（电动执行器）来驱动闸阀和截止阀，只有在无电源时才考虑使用液动或气动电动执行机构（电动执行器）。

3、电动单回转式电动执行机构（电动执行器）

　　这种电动执行机构（电动执行器）类似于电动多回转电动执行机构（电动执行器），主要差别是电动执行机构（电动执行器）最终输出的是1/4转记90度的运动。新一代电动单回转式电动执行机构（电动执行器）结合了大部分多回转电动执行机构（电动执行器）的复杂功能，例如：使用非进入式用户友好的操作界面实现参数设定与诊断功能。

　　单回转电动执行机构（电动执行器）结构紧凑可以安装到小尺寸阀门上，通常输出力矩可达800公斤米，另外应为所需电源较小，它们可以安装电池来实现故障安全操作。

二、阀门选择好后接下来就要考虑自动化的要求即电动执行机构（电动执行器）的选择。

可以简单的按两种基本的阀门操作类型来考虑电动执行机构（电动执行器）。
1、旋转式阀门（单回转阀门）
　　这类阀门包括：旋塞阀、球阀、蝶阀以及风门或挡板。这类阀门需要已要求的力矩进行90度旋转操作的电动执行机构（电动执行器）

2、多回转阀门
　　这类阀门可以是非旋转提升式阀杆或旋转非提升式杆，或者说是他们需要多转操作去驱动阀门到开或关的位置。这类阀门包括：直通阀（截止阀）、闸阀、刀闸阀等。作为一种选择，直线输出的气动或液动气缸或薄膜电动执行机构（电动执行器）也开来驱动上述阀门。

选择一台合适的阀门电动执行机构（电动执行器）类型和规格时必须考虑下列要素：

1、阀门类型

　　当选择阀门用电动执行机构（电动执行器）时，必须要知道阀门的种类，这样才可以选择正确的电动执行机构（电动执行器）类型。有些阀门需要多回转驱动，有些需要单回转驱动，有些需要往复式驱动，它们影响了电动执行机构（电动执行器）类型的选择。通常多回转的气动电动执行机构（电动执行器）比电动多回转电动执行机构（电动执行器）价格要贵，但是往复式直行程输出的气动电动执行机构（电动执行器）价格比电动多回转电动执行机构（电动执行器）便宜。

2、驱动能源

　　最常用的驱动能源是电源或流体源，如果选择电源为驱动能源，对于大尺寸阀门一般选用三相电源，对于小尺寸阀门可选用单相电源。一般电动电动执行机构（电动执行器）可有多种电源类型供选择。有时也可选直流供电，此时可通过安装电池实现电源故障安全操作。流体源种类很多，首先可以是不同的介质如：压缩空气、氮气、天然气、液压流体等，其次它们可以具备各种压力，第三电动执行机构（电动执行器）具有各种尺寸以提供输出力活力矩。

3、力矩大小

　　对于90度回转的阀门如：球阀、碟阀、旋塞阀，**通过阀门厂商获得相应阀门力矩大小，大部分阀门厂商是通过测试阀门在额定压力下阀门所需的操作力矩，他们将这一力矩提供给客户。对于多回转的阀门情况有所不同，这些阀门可分为：往复式（提升式）运动-阀杆不旋转、往复式运动-阀杆旋转、非往复式-阀杆旋转，必须测量阀杆的直径，阀杆连接螺纹尺寸已决定电动执行机构（电动执行器）规格。

4、电动执行机构（电动执行器）选型

　　一但电动执行机构（电动执行器）类型和阀门所需驱动力矩确定了，就可以使用电动执行机构（电动执行器）厂商提供的数据表或选型软件进行选型。有时还需考虑阀门操作的速度和频率。

　　流体驱动的电动执行机构（电动执行器）可调节行程速度，但是三相电源的电动电动执行机构（电动执行器）只有固定的行程时间。

　　部分小规格的直流电动单回转电动执行机构（电动执行器）可调节行程速度。

开关控制

　　自动控制阀**的好处是可以远距离的操作阀门，这就意味着操作人员可以坐在控制室控制生产过程而不需要亲临现场去人工操作阀门的开和关。人们只需铺设一些管线连接控制室和电动执行机构（电动执行器），驱动能源通过管线直接激励电动或气动电动执行机构（电动执行器），通常用的4-20mA信号来反馈阀门的位置。

连续控制

　　如果电动执行机构（电动执行器）被要求用于控制过程系统的液位、流量或压力等参数，这是要求电动执行机构（电动执行器）频繁动作的工作，可以用4-20mA信号作为控制信号，然而这个信号可能会和过程一样频繁的改变。如果需要非常高频率动作的电动执行机构（电动执行器），只有选择特殊的能频繁启停的调节型电动执行机构（电动执行器）。当一个过程中需要多台电动执行机构（电动执行器）时，可以通过使用数字通讯系统将各个电动执行机构（电动执行器）连接起来，这样可大大降低安装费用。数字通讯回路可以快速高效的传递指令和收集信息。目前有多种通讯方式如：FOUNDATIONFIELDBUS、PROFIBUS、DEVICENET、HART和专为阀门电动执行机构（电动执行器）设计的PAKSCAN等。数字通讯系统不单单可以降低投资费用，它们还可以收集大量阀门信息，这些信息对于阀门的预测性维护程序非常有价值。

　　上述大部分数据存在于所有种类的阀门，但着重点不同，例如：对于蝶阀，阀门运行中的摩擦力是可以忽略的，但对于旋塞阀这个力数值却很大。不同的阀门具有不同的力矩运行曲线，例如：对于楔式闸饭，开启和关闭力矩都非常大，其它行程时只有填料摩擦力和螺纹摩擦力，关闭时，液体静压力作用在闸板上增加了阀座摩擦力，最终楔紧效应使力矩迅速增大直到关闭到位。所以根据力矩曲线的变化可以预测出将会发生的故障，可以对预测性维护提供有价值的信息。

总结：选择电动执行机构时主要考虑执行机构的输轴运动形式、输出力矩（或推力）、控制模式（输入输出类型）、防护等级、安装尺寸等。