【《控制閥信息》2013年3月號報道】

對于熟悉流體控制系統和集成設備的能源行業(yè)工程師而言，使用執行器和閥門(mén)有什么要點(diǎn)需要額外注意？首先，就現有使用情況來(lái)看，石油化工和天然氣等技術(shù)業(yè)界對于產(chǎn)品耐用性有很高的期望，一般需要保證20至25年的使用期，因此特別看重每種元件的可靠性。同時(shí)希望執行器和閥門(mén)能夠提供持久的承壓能力與精確控制性，避免腐蝕性流體和氣蝕的損害，在系統連接方面可保證長(cháng)期的穩定性，滿(mǎn)足能源行業(yè)對溫度、環(huán)境變化和振動(dòng)的嚴格要求。而另一個(gè)至關(guān)重要的方面，則是通過(guò)產(chǎn)品結構和性能的有機結合，使不同流量的介質(zhì)得以精確控制，相對于常規系統，能源利用率可以大幅度提高。此外，它被要求可以在局促的場(chǎng)地內安裝，在最小的空間擁有最大的功能，這對大規模流體控制系統，特別是長(cháng)周期高負荷運行、流通能力要求更高和需要確保管道容器密封的行業(yè)而言尤為重要。

近年來(lái)，國際流體設備制造廠(chǎng)商如意大利OMAL歐瑪爾公司為能源行業(yè)提供了必要的服務(wù)支持，創(chuàng )新技術(shù)與系統能效優(yōu)化方案的高度融合，使流體設備的應用產(chǎn)生了極大的改變。作為世界上少數既生產(chǎn)執行器又生產(chǎn)自控閥門(mén)的制造廠(chǎng)商之一，OMAL歐瑪爾對產(chǎn)品的技術(shù)性能、應用質(zhì)量、工藝配套、能耗和技術(shù)支持、維修保養、環(huán)境和安全保障等方面予以整體考慮，特別是生產(chǎn)研發(fā)的以撥叉式結構技術(shù)為基礎的氣動(dòng)執行器，由于啟閉轉矩和動(dòng)態(tài)響應靈敏、性能安全可靠、滿(mǎn)足惡劣環(huán)境應用等特點(diǎn)，在油氣管道行業(yè)的自控系統中占有較大優(yōu)勢。

大力矩的撥叉式結構設計

目前角行程氣動(dòng)執行器主要有齒輪齒條式和撥叉式兩種，對比電動(dòng)執行機構均具有結構簡(jiǎn)潔、動(dòng)作響應速度快、安全防爆等優(yōu)點(diǎn)，隨著(zhù)60年代的化工業(yè)發(fā)展需要，得到了越來(lái)越廣泛的應用。

但具體到內部結構設計上，撥叉式氣動(dòng)執行器與齒輪齒條式執行器之間有很大區別。齒輪齒條式執行器為嚙合式平行結構，通過(guò)輸出軸上的圓齒輪與直齒條嚙合傳輸動(dòng)力，由于齒合的位置是不變的，使往復輸出扭矩恒定。撥叉式氣動(dòng)執行器為嵌入式轉動(dòng)結構，通過(guò)撥叉式活塞臂的轉銷(xiāo)推動(dòng)“轉動(dòng)軸上的撥叉盤(pán)”轉動(dòng)來(lái)產(chǎn)生扭矩，轉動(dòng)銷(xiāo)在撥叉盤(pán)滾動(dòng)槽內幾乎無(wú)阻力地相對滑動(dòng)，有效力臂隨之改變，最終使輸出扭矩隨軸的轉角改變而改變，并在閥門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉點(diǎn)時(shí)達到最大值，從而得到最優(yōu)化的輸出力矩來(lái)滿(mǎn)足蝶閥、球閥的控制需要。撥叉式嵌入結構增加了力臂有效長(cháng)度，無(wú)須因為齒條的厚度浪費或減小力臂長(cháng)度。在實(shí)際應用中發(fā)現，撥叉式執行器可產(chǎn)生比齒輪齒條式執行器大50%的啟閉力矩（見(jiàn)圖1、圖2）。

（圖1—撥叉式與齒輪齒條式執行器產(chǎn)生的力矩對比：力臂：L1 > L2  , 力矩M=FL ,當F相同時(shí)，M1 > M2  ,即撥叉式結構可產(chǎn)生比齒輪齒條式更大的力矩）

（圖2—撥叉式執行器和齒輪齒條執行器的力矩曲線(xiàn)圖形）

撥叉式氣動(dòng)執行器的撥叉盤(pán)與自潤滑轉動(dòng)銷(xiāo)的相互運動(dòng)過(guò)程中不受磨損，傳動(dòng)時(shí)二者幾乎沒(méi)有摩擦阻力，強化合金鋼制造的撥叉盤(pán)和轉動(dòng)銷(xiāo)可以承受活塞往復運動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的沖擊力，并將其轉化成有效的輸出扭矩，一方面保證了更柔性的轉矩控制，一方面成為安全運轉的關(guān)鍵。而齒輪齒條式執行器的直齒條為鋁合金材質(zhì)，齒輪軸為鋼或不銹鋼，二者通過(guò)一對一的齒與齒之間咬合傳動(dòng)，在承受載荷沖擊中，齒牙極易受損。（見(jiàn)圖3）在同類(lèi)應用情況下，OMAL歐瑪爾氣動(dòng)執行器的耐用性比齒輪齒條式執行器大5—10倍，同時(shí)降低了因材料脆性斷裂、設備故障和不可預測性事故帶來(lái)的風(fēng)險。

  （圖3—齒輪齒條式執行器在應用中受損的直齒條現狀圖）

獨特優(yōu)良的密封和潤滑技術(shù)

與傳統的 O形圈活塞密封不同的是，OMAL采用其獨特的PTFE（特氟隆）填充碳石墨的密封環(huán)，結合同樣材質(zhì)的撥叉臂導向點(diǎn)及酚醛樹(shù)脂軸套，構成多點(diǎn)導向密封，轉動(dòng)銷(xiāo)采用自潤滑專(zhuān)利技術(shù)，使密封性能大幅提高，摩擦系數有效降低，讓活塞的運動(dòng)更加平穩。傳統O形活塞密封利用NBR（丁晴橡膠）或VITON（氟橡膠）的柔軟特性，通過(guò)與缸筒內表面擠壓變形達到密封作用，但摩擦阻力和磨損同時(shí)也隨之產(chǎn)生，一旦氣源中含有雜質(zhì)會(huì )加劇密封圈和缸筒的磨損，高溫和導致結冰的極低氣候對其也會(huì )產(chǎn)生致命破壞。PTFE（特氟隆）填充固體潤滑劑碳石墨后具有耐磨損、耐腐蝕、摩擦力小、無(wú)須潤滑等優(yōu)點(diǎn)，能夠在高溫、污染、腐蝕等環(huán)境下使用，但由于其材質(zhì)較硬，通常無(wú)法直接作為活塞密封圈。在獨特的工藝和高精度加工保證下，OMAL歐瑪爾使其變?yōu)榭赡堋?/SPAN>  

體積更靈巧

齒輪齒條式氣動(dòng)執行器的齒條厚度加大了尺寸缸筒內徑，但無(wú)法增加有效力臂長(cháng)度，在產(chǎn)生同樣啟閉扭矩時(shí)，OMAL 歐瑪爾撥叉式氣動(dòng)執行器的嵌入式結構可以更有效利用缸筒內部空間，僅須更小的缸筒直徑。加上撥叉式活塞比齒條式活塞重量更加輕盈，使執行器體積和重量大幅減少50％。在如今力求精簡(jiǎn)項目投資的趨勢下，OMAL歐瑪爾的執行器在這一點(diǎn)上體現出了巨大優(yōu)勢。眾所周知，設備和管線(xiàn)的重量增加，造成了整個(gè)組塊更龐大，對結構強度和能耗要求更高，這些直接造成工程投資幾何比例增長(cháng)，所以追求“瘦身”一直是石油化工工程設計和產(chǎn)品選型的重要指標之一。

堅持創(chuàng )新

為了讓執行器更具可靠性及對系統工況變化有更好適應性，OMAL歐瑪爾長(cháng)期推進(jìn)著(zhù)創(chuàng )新技術(shù)在其產(chǎn)品領(lǐng)域的應用，其創(chuàng )新性管理涵蓋整個(gè)價(jià)值鏈——從產(chǎn)品設計和開(kāi)發(fā)，到產(chǎn)品生產(chǎn)、銷(xiāo)售和服務(wù)。在公司內部，可靠性研究工作從未間斷過(guò)，研發(fā)的每款產(chǎn)品都制定了相應的可靠性規格和過(guò)程實(shí)施計劃，并成立了專(zhuān)門(mén)的研發(fā)團隊，在設計階段就為產(chǎn)品制定嚴格的可靠性要求。如特別針對產(chǎn)品實(shí)行專(zhuān)業(yè)的“效能測試”法，使設計人員以科學(xué)的評價(jià)標準和量化評價(jià)方法來(lái)測試產(chǎn)品的性能。以撥叉式執行器為例，在測試過(guò)程中經(jīng)受超過(guò)150萬(wàn)次的工作循環(huán)測試，在實(shí)際應用中，甚至經(jīng)受了超過(guò)4500萬(wàn)次的循環(huán)工作。

在生產(chǎn)領(lǐng)域，OMAL歐瑪爾全過(guò)程已實(shí)現高度的自動(dòng)化、精密化和智能化，包括數字技術(shù)和三維空間檢測技術(shù)在內的智能系統對所有生產(chǎn)階段進(jìn)行跟蹤和檢驗，生產(chǎn)過(guò)程中的每個(gè)環(huán)節都有完善的信息記錄，全部檢驗報告一律保存五年，以此來(lái)確保OMAL歐瑪爾所有產(chǎn)品的世界性水準。

小結

隨著(zhù)全球能源計劃的不斷推進(jìn)，對流體設備的穩定運行、高效傳輸和變換應用提出了更迫切的需求，傳統的閥門(mén)制造廠(chǎng)商也從簡(jiǎn)單的流體設備供應商變成了綜合的能源、信息、解決方案服務(wù)商，除了為用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品外，還需要利用先進(jìn)的創(chuàng )新技術(shù)改進(jìn)流體設備結構、實(shí)現系統升級換代、提高能源利用效率并降低能源消費量。而從石油、石化、天然氣等諸多能源企業(yè)來(lái)說(shuō)，如何逐步與產(chǎn)品質(zhì)量好、企業(yè)信譽(yù)高、綜合性?xún)r(jià)比合理的制造廠(chǎng)建立起長(cháng)期的合作伙伴關(guān)系，根據生產(chǎn)對設備技術(shù)和功能的要求，了解各主要設備制造技術(shù)和國內外發(fā)展趨勢，落實(shí)新設備新技術(shù)，也正在日益成為一個(gè)新的研究課題。