自動化系統(tǒng)中執(zhí)行器的選擇與安裝 

在樓宇自動化系統(tǒng)(BAS)中，執(zhí)行器處于后一個環(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)行器將對智能技術的實現(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，調節(jié)閥、風門、電加熱器的調整裝置和電磁閥等，其中調節(jié)閥是智能建筑中使用廣泛的一種執(zhí)行器。在供熱、通風和空調系統(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，人們在設計中常忽視這一環(huán)節(jié)。事實上，執(zhí)行器處在生產現(xiàn)場的環(huán)境中，長期和生產介質接觸，要保證它的**運行并非一件易事，它也是樓宇自動化系統(tǒng)中薄弱的一個環(huán)節(jié)。由于設計時對執(zhí)行器選擇不當或運行時維護不善，常使整個自動控制系統(tǒng)工作不正常，或嚴重影響調節(jié)品質而導致整個系統(tǒng)失靈。在目前已竣工的智能建筑工程中，相當部分的控制系統(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)行器的選擇與應用給予加倍的重視，從設計階段就應該重視執(zhí)行器的選用，精心考慮應用的要求直至安裝細節(jié)，注意考慮各種因素，包括人為因素，客觀評價方案的先進性。造價時應力求做到技術**、價格合理，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)化的工程設計方案是實現(xiàn)預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、通風和空調系統(tǒng)中經常采用各種控制閥門，如冷凍水、熱水等的控制。控制閥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選擇，包括閥體、閥芯、閥座。同時閥門的防護等級、控制信號、電源、額定功率、泄漏、大壓差和環(huán)境溫度等也需考慮。

      1.1 調節(jié)閥口徑的選擇

     根據工藝參數(shù)計算調節(jié)閥的流通能力，從而確定口徑大小。假設控制特性優(yōu)良，則調節(jié)閥口徑的選擇就成了控制品質好壞的關鍵。有些設計人員憑經驗估計閥口徑大小，不加以認真計算和核對，有時難免選擇不夠合理。還有一種情況，就是做暖通空調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，控制工程師選擇調節(jié)閥時通常對控制品質考慮較多，可能導致口徑偏小。實際上，由暖通工程師選擇調節(jié)閥更好，因為他們更熟悉被控對象及管道特性。調節(jié)閥的流通能力、控制品質都要考慮，設計時各方要溝通、協(xié)調。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。

     調節(jié)閥的口徑主要是根據工藝要求的流通能力來確定的。調節(jié)閥的流通能力直接反映調節(jié)閥的容量，它是設計、選用調節(jié)閥的主要參數(shù)。調節(jié)閥的流量與閥芯、閥座的結構、閥前后的壓差、流體的特性等因素有關。流通能力的計算是確定調節(jié)閥口徑的主要的理論依據，但其計算方法國內外目前尚未統(tǒng)一。我國規(guī)定的流通能力的定義為：當閥門全開時，閥兩端壓差為0.1Mpa、流體密度為100kS/m3時每小時流經調節(jié)閥的流量數(shù)(m3/h)，以C表示。工程計算中都通過計算流通能力來確定調節(jié)閥的口徑，有的閥門制造商在用戶應用手冊中提供一些選擇閥門口徑的計算表格。在暖通空調系統(tǒng)中，流過調節(jié)閥的介質主要是水、蒸汽，可以在設計手冊上查相關C值的計算公式。

      1.2 調節(jié)閥流量特性的選擇

     閥門的流量特性是否恰當，直接關系到閥門工作的好壞，應根據工藝對象的特點，選擇閥芯的流量特性。調節(jié)閥的流量特性是指被調介質流過閥的相對流量與閥門的相對開度之間的關系。根據閥芯的形狀不同，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節(jié)閥能適應負荷變化較大的場合，故常優(yōu)先考慮選用。

     針對調節(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。對象負荷變化情況、配管情況及調節(jié)品質情況都要考慮。例如，控制熱水加熱器時或管道阻力較大時或系統(tǒng)負荷大幅度變化時，都應選百分比流量特性。如果控制的是蒸汽加熱器或閥前后壓差一定或負荷變化小，則應選直線流量特性。

      1.3 閥體結構型號的選擇

     除了閥的口徑需要根據應用場合計算確定外，調節(jié)閥結構型號的選擇也十分重要。有不少場合，由于閥結構型號選擇不當導致控制系統(tǒng)不能正常運行或運行失敗。為此，應根據工藝狀況及流體性質綜合考慮，合理選擇調節(jié)閥結構形式。樓字自動化系統(tǒng)中常用的調節(jié)閥為：直通單座閥、直通雙座閥和三通閥。另外，由于套筒閥、偏心旋轉閥、球閥和蝶閥的性能優(yōu)良，其應用也日趨廣泛。

      1.3.1 直通單座閥

     直通單座閥的主要特點是：平衡力大，泄漏量小，容易關斷，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（當壓差大時必須選用推力大的執(zhí)行機構或配用閥門定位器）。

      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和壓差較大的場合。但直通雙座閥由于閥體流路復雜，故不適用于高粘度和含纖維介質的場合。

      1.3.3 三通閥

     三通閥按作用方式可分為合流閥和分流閥。合流閥用得多，它是指兩種流體通過混合產生*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*三種流體。它有兩個進口，一個出口。當閥芯關小一個入口的同時，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，在關小一個出口的同時，會開大另一個出口。在暖通空調系統(tǒng)中，三通閥一般用于熱交換器的旁通調節(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)點是流通能力大，約為同口徑雙座閥的1.5~2倍，價格便宜，特別是在口徑較大時，它的結構簡單、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，操作轉矩大，如口徑較大或壓差高時，需配用較大的執(zhí)行機構。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。在轉角小于70°時，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，在穩(wěn)定性、壽命、裝卸、維修方面又優(yōu)于單、雙座閥，因此它已成為調節(jié)閥的主流。其主要優(yōu)點是：穩(wěn)定性好、互換性和通用性強，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 偏心旋轉閥

     偏心旋轉閥又稱凸輪撓曲閥，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

     球閥應用相當普遍，其主要優(yōu)點是流通能力大，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/關控制的理想設備。O型球閥的閥芯為球形，可起調節(jié)和切斷作用，常用于開/關控制，故又稱為開關球閥。其大特點是流路簡單，全開時形成直通道，壓力損失小，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，應根據工藝介質的溫度、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，應用中常采用普通不銹鋼（1Crl8Ni9Ti），耐蝕要求較高時可選用鉬二鈦不銹鋼（Crl8Nil2M02Ti），此外還可選用適用于大多數(shù)腐蝕介質的全鈦材質。調節(jié)閥的使用溫度范圍及壓力等級一般在銘牌和產品技術性能指標中有明確標注。

      2 氣動執(zhí)行器的選擇

      2.1 氣動執(zhí)行機構的選擇

     在易燃易爆場合，應選用氣動執(zhí)行機構或防爆型電動執(zhí)行機構。氣動執(zhí)行器是以壓縮空氣為能源的執(zhí)行器，習慣上稱氣動調節(jié)閥，它一般由氣動執(zhí)行機構和調節(jié)機構兩部分組成，有時還配有閥門定位器等附件。它的主要特點是：結構簡單、動作可靠、性能穩(wěn)定、故障率低、價格便宜、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)行機構和調節(jié)閥兩部分，氣動執(zhí)行機構又有多種形式，實際應用中廣泛采用的是薄膜執(zhí)行機構和活塞機構。氣動薄膜執(zhí)行機構按動作方式可分為正作用式和反作用式。氣動薄膜執(zhí)行機構的行程規(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)行機構線性特性的關鍵零件。

     氣動薄膜執(zhí)行機構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)行機構屬于一種強力氣動執(zhí)行機構，由于氣缸允許操作壓力高達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。活塞行程一般為25~100mm，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，特別適用于調節(jié)質量要求較高的控制系統(tǒng)。

     氣動執(zhí)行器另一部分調節(jié)閥實際上是一個可變阻力的節(jié)流元件。通過閥芯在閥體內移動，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的流量。調節(jié)閥分正作用和反作用兩種。注意，閥芯直徑DN<25mm的結構為單導向，只能是正裝。

      2.2 氣動執(zhí)行器的氣開或氣關形式的選擇

     氣開、氣關的選擇主要從生產**角度考慮。當斷電或意外事故引起壓力信號中斷時，調節(jié)閥的開、關狀態(tài)應避免傷害人身和損壞設備，若閥門在此時打開，則危險小，為此，宜選氣關式執(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式；燃氣熱水器系統(tǒng)中的燃氣閥必須選氣開式。

      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)，應在執(zhí)行機構上安裝閥門定位器，這樣可以提高調節(jié)精度。附加閥位傳送器后可以根據傳送器發(fā)出的數(shù)據知道調節(jié)閥的工作位置。附加自鎖裝置，在信號中斷后可以保持調節(jié)閥的原有位置。

      3 閥門的安裝

     安裝中常見的問題是閥門的方向不對，即調節(jié)閥的人口當出口用，出口又當人口用。一般蝶閥的結構是對稱的，不分人口和出口，所以不存在裝反的問題。但其它結構的調節(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。在高壓調節(jié)閥中，如流向選擇不當，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注有指示流向的箭頭標志。

     安裝位置考慮：調節(jié)閥應垂直、正立安裝在水平管道上。安裝位置的選擇應便于操作和維修。另外，閥門安裝前應先檢查校驗，確認性能合格，內部無異物，并將管道吹掃干凈后再行安裝。

     安裝電動閥時，除調節(jié)閥安裝的一般要求外，還應注意以下問題：嚴格按電氣安裝有關施工要求進行，為保證**和正常運行，使用前應對閥的基本性能進行檢查。