樓宇自動化系統(tǒng)中執(zhí)行器的選擇
[來源：原創(chuàng)] [作者：jiatai] [日期：11-11-29] [熱度：]
在樓宇自動化系統(tǒng)(BAS)中，執(zhí)行器處于最后一個環(huán)節(jié)，是各種控制系統(tǒng)中不可缺少的一部分，它的重要性不言而喻。合理選擇與正確使用執(zhí)行器將對智能技術(shù)的實(shí)現(xiàn)起積極作用。執(zhí)行器是自動控制系統(tǒng)的末端部件，例如，調(diào)節(jié)閥、風(fēng)門、電加熱器的調(diào)整裝置和電磁閥等，其中調(diào)節(jié)閥是智能建筑中使用最廣泛的一種執(zhí)行器。在供熱、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)中使用了大量控制閥門。執(zhí)行器的好壞直接影響到系統(tǒng)是否能正常工作。
由于執(zhí)行器的原理比較簡單，人們在設(shè)計(jì)中常忽視這一環(huán)節(jié)。事實(shí)上，執(zhí)行器處在生產(chǎn)現(xiàn)場的環(huán)境中，長期和生產(chǎn)介質(zhì)接觸，要保證它的安全運(yùn)行并非一件易事，它也是樓宇自動化系統(tǒng)中最薄弱的一個環(huán)節(jié)。由于設(shè)計(jì)時(shí)對執(zhí)行器選擇不當(dāng)或運(yùn)行時(shí)維護(hù)不善，常使整個自動控制系統(tǒng)工作不正常，或嚴(yán)重影響調(diào)節(jié)品質(zhì)而導(dǎo)致整個系統(tǒng)失靈。在目前已竣工的智能建筑工程中，相當(dāng)部分的控制系統(tǒng)不盡人意，雖不全是執(zhí)行器引起的問題，但的確占有相當(dāng)比例。因此在樓字自動化系統(tǒng)中必須對執(zhí)行器的選擇與應(yīng)用給予加倍的重視，從設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該重視執(zhí)行器的選用，精心考慮應(yīng)用的要求直至安裝細(xì)節(jié)，注意考慮各種因素，包括人為因素，客觀評價(jià)方案的先進(jìn)性。造價(jià)時(shí)應(yīng)力求做到技術(shù)領(lǐng)先、價(jià)格合理，使配置滿足要求。這樣做可以真正做到部件與系統(tǒng)的無縫連接。優(yōu)化的工程設(shè)計(jì)方案是實(shí)現(xiàn)預(yù)期目的和效果的重要保證。
1 控制閥門的選擇
在樓字系統(tǒng)的供熱、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)中經(jīng)常采用各種控制閥門，如冷凍水、熱水等的控制?？刂崎y門的選型主要包括閥的口徑選擇、型號選擇、閥的流量特性選擇以及閥的材質(zhì)選擇，包括閥體、閥芯、閥座。同時(shí)閥門的防護(hù)等級、控制信號、電源、額定功率、泄漏、最大壓差和環(huán)境溫度等也需考慮。
1.1 調(diào)節(jié)閥口徑的選擇
根據(jù)工藝參數(shù)計(jì)算調(diào)節(jié)閥的流通能力，從而確定口徑大小。假設(shè)控制特性優(yōu)良，則調(diào)節(jié)閥口徑的選擇就成了控制品質(zhì)好壞的關(guān)鍵。有些設(shè)計(jì)人員憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì)閥口徑大小，不加以認(rèn)真計(jì)算和核對，有時(shí)難免選擇不夠合理。還有一種情況，就是做暖通空調(diào)的工程師把這部分工作完全委托給控制工程師做，這樣也會出現(xiàn)一些問題，控制工程師選擇調(diào)節(jié)閥時(shí)通常對控制品質(zhì)考慮較多，可能導(dǎo)致口徑偏小。實(shí)際上，由暖通工程師選擇調(diào)節(jié)閥更好，因?yàn)樗麄兏煜け豢貙ο蠹肮艿捞匦?。調(diào)節(jié)閥的流通能力、控制品質(zhì)都要考慮，設(shè)計(jì)時(shí)各方要溝通、協(xié)調(diào)。多數(shù)工程中常用的原則是在滿足流通能力的條件下，盡可能選口徑小的閥門。
調(diào)節(jié)閥的口徑主要是根據(jù)工藝要求的流通能力來確定的。調(diào)節(jié)閥的流通能力直接反映調(diào)節(jié)閥的容量，它是設(shè)計(jì)、選用調(diào)節(jié)閥的主要參數(shù)。調(diào)節(jié)閥的流量與閥芯、閥座的結(jié)構(gòu)、閥前后的壓差、流體的特性等因素有關(guān)。流通能力的計(jì)算是確定調(diào)節(jié)閥口徑的最主要的理論依據(jù)，但其計(jì)算方法國內(nèi)外目前尚未統(tǒng)一。我國規(guī)定的流通能力的定義為：當(dāng)閥門全開時(shí)，閥兩端壓差為0.1Mpa、流體密度為100kS/m3時(shí)每小時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量數(shù)(m3/h)，以C表示。工程計(jì)算中都通過計(jì)算流通能力來確定調(diào)節(jié)閥的口徑，有的閥門制造商在用戶應(yīng)用手冊中提供一些選擇閥門口徑的計(jì)算表格。在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，流過調(diào)節(jié)閥的介質(zhì)主要是水、蒸汽，可以在設(shè)計(jì)手冊上查相關(guān)C值的計(jì)算公式。
1.2 調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇
閥門的流量特性是否恰當(dāng)，直接關(guān)系到閥門工作的好壞，應(yīng)根據(jù)工藝對象的特點(diǎn)，選擇閥芯的流量特性。調(diào)節(jié)閥的流量特性是指被調(diào)介質(zhì)流過閥的相對流量與閥門的相對開度之間的關(guān)系。根據(jù)閥芯的形狀不同，主要分為直線、等百分比和快開三種。一般情況下，由于等百分比流量特性的調(diào)節(jié)閥能適應(yīng)負(fù)荷變化較大的場合，故常優(yōu)先考慮選用。
針對調(diào)節(jié)對象的特性，考慮閥門流量特性與對象的配合，對于改善整個系統(tǒng)的特性極為重要。對象負(fù)荷變化情況、配管情況及調(diào)節(jié)品質(zhì)情況都要考慮。例如，控制熱水加熱器時(shí)或管道阻力較大時(shí)或系統(tǒng)負(fù)荷大幅度變化時(shí)，都應(yīng)選百分比流量特性。如果控制的是蒸汽加熱器或閥前后壓差一定或負(fù)荷變化小，則應(yīng)選直線流量特性。
1.3 閥體結(jié)構(gòu)型號的選擇
除了閥的口徑需要根據(jù)應(yīng)用場合計(jì)算確定外，調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)型號的選擇也十分重要。有不少場合，由于閥結(jié)構(gòu)型號選擇不當(dāng)導(dǎo)致控制系統(tǒng)不能正常運(yùn)行或運(yùn)行失敗。為此，應(yīng)根據(jù)工藝狀況及流體性質(zhì)綜合考慮，合理選擇調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)形式。樓字自動化系統(tǒng)中常用的調(diào)節(jié)閥為：直通單座閥、直通雙座閥和三通閥。另外，由于套筒閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、球閥和蝶閥的性能優(yōu)良，其應(yīng)用也日趨廣泛。
1.3.1 直通單座閥
直通單座閥的主要特點(diǎn)是：平衡力大，泄漏量小，容易關(guān)斷，許用壓差小，流通能力小。這種閥適用于要求泄漏量小和壓差較小的場合（當(dāng)壓差大時(shí)必須選用推力大的執(zhí)行機(jī)構(gòu)或配用閥門定位器）。
1.3.2 直通雙座閥
直通雙座閥的主要特點(diǎn)是：不平衡力很小，泄漏量大，許用壓差大，流通能力大，適用于對泄漏量要求不嚴(yán)和壓差較大的場合。但直通雙座閥由于閥體流路復(fù)雜，故不適用于高粘度和含纖維介質(zhì)的場合。
1.3.3 三通閥
三通閥按作用方式可分為合流閥和分流閥。合流閥用得最多，它是指兩種流體通過混合產(chǎn)生第三種流體，或者兩種不同溫度的流體通過閥后混合成溫度介于前兩者之間的第三種流體。它有兩個進(jìn)口，一個出口。當(dāng)閥芯關(guān)小一個入口的同時(shí)，就開大另一個人口。分流閥是把一種流體通過閥后變成兩路，故它有一個人口和兩個出口，在關(guān)小一個出口的同時(shí)，會開大另一個出口。在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，三通閥一般用于熱交換器的旁通調(diào)節(jié)，流體溫度一般為300℃以下，兩種流體溫差不大于150℃。
1.3.4 蝶閥
蝶閥又叫翻板閥，其優(yōu)點(diǎn)是流通能力大，約為同口徑雙座閥的1.5~2倍，價(jià)格便宜，特別是在口徑較大時(shí)，它的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，安裝空間很小，適用于大口徑、大流量、低壓差的場合。但這種閥泄漏量較大，操作轉(zhuǎn)矩大，如口徑較大或壓差高時(shí)，需配用較大的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。蝶閥特別適用于低壓差、大口徑、大流量的氣體。目前大口徑管路用的主要是蝶閥。在轉(zhuǎn)角小于70°時(shí)，流量特性與等百分比特性相似。蝶閥分為常溫蝶閥（-20℃~450℃）、高溫蝶閥（450℃~600℃和600℃~850℃）、低溫蝶閥（-40℃~-200℃）和高壓蝶閥（PN≤3200kPa）四種。
1.3.5 套筒閥
套筒閥兼有單、雙座閥的優(yōu)點(diǎn)，在穩(wěn)定性、壽命、裝卸、維修方面又優(yōu)于單、雙座閥，因此它已成為調(diào)節(jié)閥的主流。其主要優(yōu)點(diǎn)是：穩(wěn)定性好、互換性和通用性強(qiáng)，許用壓差大和熱膨脹影響小，維修方便、壽命長、噪聲低。
1.3.6 偏心旋轉(zhuǎn)閥
偏心旋轉(zhuǎn)閥又稱凸輪撓曲閥，它綜合了球、蝶閥的長處，適用于含固體懸浮物和高粘度的流體。其特點(diǎn)是流通能力較大，比同口徑的單、雙座閥大10%~30%，閥座密封可靠，泄漏量小于0.01%Cv。
1.3.7 球閥
球閥應(yīng)用相當(dāng)普遍，其主要優(yōu)點(diǎn)是流通能力大，比普通閥高2倍以上，控制特性好，為等百分比流量特性。但大口徑球閥價(jià)格貴，相比之下，蝶閥較便宜，大口徑蝶閥更是如此。球閥、蝶閥都是用于開/關(guān)控制的理想設(shè)備。O型球閥的閥芯為球形，可起調(diào)節(jié)和切斷作用，常用于開/關(guān)控制，故又稱為開關(guān)球閥。其最大特點(diǎn)是流路簡單，全開時(shí)形成直通道，壓力損失最小，特別適用于高粘度等流體。
1.4 閥體及閥芯材料的選擇
選擇閥體材料時(shí)，應(yīng)根據(jù)工藝介質(zhì)的溫度、壓力、腐蝕性、氣蝕、沖刷等因素考慮。鑄鋼閥能滿足一般工業(yè)要求，應(yīng)用中常采用普通不銹鋼（1Crl8Ni9Ti），耐蝕要求較高時(shí)可選用鉬二鈦不銹鋼（Crl8Nil2M02Ti），此外還可選用適用于大多數(shù)腐蝕介質(zhì)的全鈦材質(zhì)。調(diào)節(jié)閥的使用溫度范圍及壓力等級一般在銘牌和產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)中有明確標(biāo)注。
2 氣動執(zhí)行器的選擇
2.1 氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇
在易燃易爆場合，應(yīng)選用氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)或防爆型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。氣動執(zhí)行器是以壓縮空氣為能源的執(zhí)行器，習(xí)慣上稱氣動調(diào)節(jié)閥，它一般由氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成，有時(shí)還配有閥門定位器等附件。它的主要特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、性能穩(wěn)定、故障率低、價(jià)格便宜、維修方便、防爆、容易做成大功率等。它不僅能與氣動單元儀表配套使用，而且可以通過電—氣轉(zhuǎn)換和電—氣閥門定位器控制，還能與電動單元組合儀表配套使用。與電動執(zhí)行器相比，性能優(yōu)越，廣泛應(yīng)用于樓字自動化系統(tǒng)中。
氣動執(zhí)行器分為氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)又有多種形式，實(shí)際應(yīng)用中廣泛采用的是薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)和活塞機(jī)構(gòu)。氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)按動作方式可分為正作用式和反作用式。氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程規(guī)格有10mm、16mm、25mm、40mm、60mm、100mm等，膜的有效面積有200cm2、280cm2、400cm2、630cm2、1000cm2、1600cm2等六種規(guī)格。其中彈簧和膜片是影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)線性特性的關(guān)鍵零件。
氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于波紋膜片受的壓力一般為20~l00kPa，但為了得到較大推力就要求使用較大的薄膜面積，使膜片盒顯得很龐大，對中小口徑的閥就不相稱?；钊綀?zhí)行機(jī)構(gòu)屬于一種強(qiáng)力氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由于氣缸允許操作壓力高達(dá)0.5Mpa，且無彈簧撤消推力，因此具有很大的輸出推力，特別適用于高靜壓、高壓差、大口徑的場合。它的輸出特性有兩位式和比例式?；钊谐桃话銥?5~100mm，適用于位式控制。比例式指推桿的行程與輸入壓力信號成正比，它帶有閥門定位器，特別適用于調(diào)節(jié)質(zhì)量要求較高的控制系統(tǒng)。
氣動執(zhí)行器另一部分調(diào)節(jié)閥實(shí)際上是一個可變阻力的節(jié)流元件。通過閥芯在閥體內(nèi)移動，改變了閥芯與閥座之間的節(jié)流面積，從而改變了被測介質(zhì)的流量。調(diào)節(jié)閥分正作用和反作用兩種。注意，閥芯直徑DN<25mm的結(jié)構(gòu)為單導(dǎo)向，只能是正裝。
2.2 氣動執(zhí)行器的氣開或氣關(guān)形式的選擇
氣開、氣關(guān)的選擇主要從生產(chǎn)安全角度考慮。當(dāng)斷電或意外事故引起壓力信號中斷時(shí)，調(diào)節(jié)閥的開、關(guān)狀態(tài)應(yīng)避免傷害人身和損壞設(shè)備，若閥門在此時(shí)打開，則危險(xiǎn)小，為此，宜選氣關(guān)式執(zhí)行器；反之，則可選用氣開式執(zhí)行器。例如，鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中的給水閥必須選氣關(guān)式；燃?xì)鉄崴飨到y(tǒng)中的燃?xì)忾y必須選氣開式。
2.3 選擇合適的氣動執(zhí)行器附件
選擇合適的氣動執(zhí)行器附件，如閥門定位器、閥位傳送器、附加自鎖裝置等。凡屬重要的控制系統(tǒng)，應(yīng)在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上安裝閥門定位器，這樣可以提高調(diào)節(jié)精度。附加閥位傳送器后可以根據(jù)傳送器發(fā)出的數(shù)據(jù)知道調(diào)節(jié)閥的工作位置。附加自鎖裝置，在信號中斷后可以保持調(diào)節(jié)閥的原有位置。
3 閥門的安裝
安裝中最常見的問題是閥門的方向不對，即調(diào)節(jié)閥的人口當(dāng)出口用，出口又當(dāng)人口用。一般蝶閥的結(jié)構(gòu)是對稱的，不分人口和出口，所以不存在裝反的問題。但其它結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥，如果人口和出口裝反了，則會影響閥的流量特性，引起流通能力的改變，有時(shí)還容易使盤根處泄漏。對于單座閥，如裝反會使不平衡力改變方向，甚至影響閥的穩(wěn)定性。在高壓調(diào)節(jié)閥中，如流向選擇不當(dāng)，還會影響使用壽命。直通、三通閥都要考慮流向，一般廠家在閥體上都標(biāo)注有指示流向的箭頭標(biāo)志。
安裝位置考慮：調(diào)節(jié)閥應(yīng)垂直、正立安裝在水平管道上。安裝位置的選擇應(yīng)便于操作和維修。另外，閥門安裝前應(yīng)先檢查校驗(yàn)，確認(rèn)性能合格，內(nèi)部無異物，并將管道吹掃干凈后再行安裝。
安裝電動閥時(shí)，除調(diào)節(jié)閥安裝的一般要求外，還應(yīng)注意以下問題：嚴(yán)格按電氣安裝有關(guān)施工要求進(jìn)行，為保證安全和正常運(yùn)行，使用前應(yīng)對閥的基本性能進(jìn)行檢查。
上一條：各閥體材質(zhì)適用溫度
下一條：閥門材料適用的介質(zhì)溫度
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