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多回转电动执行器原理、安装、使用及扩展知识

作者：贝尔德 发布时间：2025-03-04

一、多回转电动执行器概述


1、定义与分类


  • 定义
          将电能转化为多圈旋转运动的机械装置，用于驱动阀门（如球阀、旋塞阀）全开/全关或调节。
  • 分类
    • 按动力源
      ：交流电机、直流电机、步进电机、伺服电机驱动。
    • 按控制方式
      ：开环控制、闭环控制（带反馈）。
    • 按输出形式
      ：多圈旋转（≥1周）、部分回转（如90°）。

2、 应用场景


  • 石油化工、水处理、电力系统、楼宇自控等领域。
  • 需要高精度定位的调节阀（如流量控制阀）。

二、核心原理


        多回转电动执行器是一种将电能转换为角位移（多圈旋转）的自动化装置，主要用于驱动阀门（如球阀、蝶阀、旋塞阀等）全开/全关或中间位置调节。


1、 机械结构组成


  1. 动力单元

    电动机（三相异步电机为主），提供旋转动力。
  2. 传动机构
    • 减速装置
      ：通过齿轮组、蜗轮蜗杆或谐波减速器降低转速并增大输出扭矩，以适应阀门启闭所需的力矩。
    • 输出轴
      ：与阀门杆直接连接，传递扭矩。带动阀门杆做多圈旋转（如90°、180°或多周）
  3. 反馈系统
    • 编码器
      ：增量式/绝对值编码器，输出脉冲信号或模拟量，实时反馈阀门位置（角度或行程），形成闭环控制。
    • 限位开关
      ：硬限位保护（如机械挡板或电磁感应）。

2、 工作原理（闭环控制）


  1. 信号输入
    ：接受4-20mA DC、0-10V DC或数字信号（如Modbus）。
  2. 控制器处理
    ：比较目标位置与反馈信号，生成PWM或正弦波驱动信号。
  3. 电机驱动
    ：通过驱动器（如H桥电路）控制电机转向和转速。
  4. 位置调节
    ：执行器带动阀门至设定位置，反馈信号实时修正误差。

3、 关键公式


  • 输出扭矩计算
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    • : 输出扭矩（N·m）
    • : 电机扭矩常数
    • : 电机电压（V）
    • : 电机转速（rpm）

三、安装工艺


1、 安装前准备


  • 技术文件
    核对执行器型号与阀门参数（如阀杆直径、扭矩要求）。
  • 工具清单
    激光对中仪、扭矩扳手、密封胶、螺丝刀、扳手、水平仪、。
  • 安全措施
    断电操作、挂牌上锁（LO/TO）。
  • 环境要求：

    • 避免强电磁干扰（如大功率电机附近）。
    • 工作温度：-20℃ ~ +80℃（具体依型号而定）。
    • 防护等级：IP65及以上（户外或潮湿环境需更高防护）。

2、安装流程


  1. 基座安装
    • 使用螺栓固定执行器底座，确保水平度误差≤0.05mm/m。
    • 防腐蚀处理：户外环境需喷涂防护涂层。
  2. 执行器与阀门连接：
       对于蝶阀/球阀，需确认阀杆螺纹类型（如ZG3/4″管螺纹）与执行器匹配。
    • 对中调整
      ：通过联轴器或柔性接头减少振动。
    • 螺栓紧固
      ：使用高强度螺栓将执行器输出轴与阀门杆连接，加装防松垫片，按对角顺序分阶段拧紧，避免变形。

    a、管路与电气接线

    • 气路/油路
      ：连接压缩空气或液压油管路至执行器进气口/油口
    • 电缆敷设
      ：穿金属管防护，避免与强电线缆平行布置。
      • 按执行器铭牌标识接入电源（三相AC/单相DC）。
      • 接入控制信号线（4-20mA、RS485等）及反馈信号线。
      • 接地：务必可靠接地，防止电击或干扰。

    b、调试参数设置

  •  手动测试
    先断开电源，手动旋转阀门至全开/全关位置，观察执行器行程是否符合预期。
  • 通电测试
    • 输入控制信号（如4mA对应全关，20mA对应全开）。
    • 检查执行器动作方向是否正确（可通过短接端子调整电机转向）。
    • 测试限位开关动作是否灵敏。

四、 日常使用与维护


1、 操作规范


  • 启动程序
    1. 通电前确认阀门无卡阻，检查接地电阻（≤4Ω），避免电机过载。
    2. 初始运行时以低速（如10%额定速度）试运行，确认无异常噪音。
  • 紧急停机
    切断电源并手动锁定阀门。

2、维护周期表

项目 周期 内容
润滑脂补充
每3个月
齿轮箱注脂（NLGI 2级锂基脂）
编码器校准
每6个月
使用校准工具重新标定零位和满量程
密封件检查
每年
更换老化O型圈或填料


3、典型故障诊断

故障代码 现象 解决方法
E01
过载保护触发
减小负载或检查阀门卡滞
E02
编码器信号丢失
检查接线或更换编码器
E03
限位开关失效
清洁触点或调整机械位置

五、选型指南


1、 关键参数


  • 扭矩需求
图片

    • : 阀门阻力系数
    • : 流体流量（m³/h）
    • Δ
      : 压差（Pa）
    • : 执行器转速（rpm）
  • 转速选择
    • 高粘度介质（如油浆）：选用低速执行器（≤60 rpm）。
    • 快速响应系统：采用伺服电机（≥300 rpm）。

2、 标准参考


  • 国际标准
    IEC 60534-6（过程控制仪表）、ISO 5208（阀门测试）。
  • 国内标准
    GB/T 3836（防爆电气设备）、JB/T 3595（电动执行机构）。

六、安全与合规


1、 防爆要求


  • 在爆炸性气体环境（如Class I, Division II）中，必须选用防爆型执行器（如Ex d II 2G）。
  • 防爆认证：ATEX、FM、CSA。

2、 EMI防护


  • 采用屏蔽电缆（如RG-214/U），接地电阻＜1Ω。
  • 避免与变频器、大功率开关电源共线。

七、扩展知识


1、 智能化趋势


  • 物联网集成
    支持MQTT/OPC UA协议，实现远程监控与预测性维护。
  • 自适应控制
    基于PID算法或模糊逻辑优化调节响应。