雙作用執行器 VS 單作用執行器，如何選擇？(圖文)

單作用彈簧復位執行器有其適用之處， 但雙作用執行器在重型工業管道系統中表現更為出色。

執行器將信號轉換為機械運動，使閥門開啟或關閉，從而控制流體的流動。這些設備有不同的設計和尺寸，可助力各種管道系統實現自動化。執行器提高了工藝流程的準確性和精度，因為無論循環要求如何，它們都能確保閥門平穩運行。在為特定應用選擇閥門時，務必考慮其驅動方式。工業管道系統中常用的閥門執行器包括電動、氣動和液壓執行器。

氣動和液壓執行器依靠空氣或流體的壓力來控制閥門的位置。這兩類執行器分為彈簧復位式和雙作用式。彈簧復位執行器是單作用的。因此，本文中提到的任何單作用執行器均指彈簧復位執行器。這些執行器的設計是如何影響其效率的呢？

彈簧復位執行器在活塞的一側裝有彈簧，以使閥門保持在所需位置。這種執行器可以是常閉型或常開型配置。在常閉配置（通常稱為故障關閉）中，來自壓縮空氣或液壓油（液壓系統中）的壓力從活塞的空載側施加。壓縮流體產生的力克服彈簧力，壓縮彈簧以打開閥門。切斷壓縮流體的供應會使彈簧回縮，將閥門恢復到關閉位置。這種配置的相反設置可使閥門處于常開狀態。供應壓縮流體可關閉閥門，而切斷流體壓力會使彈簧打開閥門。

圖1 雙作用執行器的高推力強度和小巧尺寸使其更適合高要求的工業管道。

相比之下，雙作用執行器有兩個腔室用于容納壓縮流體。腔室的一端作為壓縮流體的入口，另一端為出口。向氣缸部分供應壓縮流體可改變活塞的位置，從而改變閥門的位置。雙作用執行器能更好地控制閥門的流速。

彈簧復位執行器的主要優點在于，當流體壓力或動力喪失時，它們能夠迅速回縮并將閥門恢復到初始位置。然而，它們也有一些缺點，這使得雙作用執行器成為許多工藝流程中更受歡迎的替代選擇。

以下是雙作用執行器在管道系統中派上用場的一些方面。

1、更高的推力強度

總體而言，配有大口徑管道的管道系統需要大尺寸閥門，而大閥門需要高驅動力。盡量減少驅動機構的阻力對于提高這些閥門的可靠性和響應性至關重要。從技術上講，單作用執行器中的彈簧會降低執行器的推力強度。單作用閥門執行器必須更大，因為它們必須克服閥門的扭矩和彈簧力。這意味著單作用執行器的尺寸會過大，即制造執行器需要更多材料，最終導致成本增加。彈簧還會增加執行器的整體尺寸，使其明顯比雙作用執行器更重。

雙作用執行器在兩個方向上都能提供最大驅動力（見圖1）。雙作用執行器的推力要求低于單作用執行器。雙作用執行器的高推力強度和小巧尺寸使其更適合高要求的工業管道。

2、能夠承受高扭矩負載

單作用執行器在中等循環次數的應用和小直徑管道中很受歡迎，這意味著它們適用于低扭矩應用。重型工業應用需要堅固的閥門和執行器，以便有效地控制流速。這些管道系統對扭矩要求很高，這意味著能耗巨大。如前所述，彈簧復位執行器提供的扭矩由彈簧的剛度決定。小尺寸的雙作用執行器能夠比單作用執行器提供更好的扭矩。它們在雙向閥門操作中所需的流體壓力較小，因此降低了為執行器加壓所需的能量。雙作用執行器在重型工業和化學加工閥門中很受歡迎。

3、穩定的控制

一些管道系統中的流體屬性（如壓力和溫度）會快速且頻繁地變化，這會影響系統的可靠性和效率。除了流體屬性的變化可能會影響驅動閥門所需的力之外，在使用彈簧復位執行器的系統中，彈簧阻力始終會產生一個相反的力，系統也必須考慮并克服這個力，從而影響運行效率。使用彈簧復位機構的閥門的作用通常僅限于完全打開或關閉閥門。

雙作用執行器的驅動力由活塞的線性位置控制，這使其具有更好的穩定性。執行器兩個腔室之間的壓力差決定了活塞的移動距離。在這個過程中，它控制著閥門開啟或關閉的程度。憑借這一特性，可以輕松改變系統的流速，以滿足工藝要求。對于頻繁循環的閥門應用，單作用執行器中的彈簧容易疲勞。這會降低執行器的準確性和穩定性。隨著時間的推移，雙作用執行器更加可靠，因為大多數系統和閥門應用都是為長期使用而設計的。

4、保持故障位置

在管道的日常運行中，可能會出現驅動動力喪失的情況。保持故障安全狀態對于實現安全的工藝停車至關重要。在石油和天然氣行業中，一旦生產恢復，節流閥必須保持在故障位置，以使流速保持恒定。對于彈簧復位執行器，其立即采取的行動將是彈簧伸展，這將導致閥門迅速關閉。這會在管道部分迅速產生壓力積聚，可能導致管道破裂。此類關鍵應用需要使用雙作用執行器。執行器腔室內的流體壓力將使閥門保持在一個位置，直到驅動動力恢復。它們有助于穩定停車，以糾正驅動動力喪失的根本原因。

5、安全水平

執行器的可靠性在于其機械結構。首先，我們知道彈簧在經過多次操作循環后會失去其抗拉強度。此外，一些應用需要持續排放工作流體。只要閥門保持其上次故障位置，排放就會持續進行。使用彈簧復位執行器的常開閥門在驅動壓力喪失后會恢復到打開位置，從而阻止流體排放。

相反，雙作用執行器在動力喪失時會在行程中途停止。這種設置將允許工作流體繼續排放，從而消除任何安全事故。雙作用執行器能夠比彈簧復位執行器更長久地提供可靠的閥門操作。

合適的尺寸，合適的類型

在許多應用中，雙作用執行器的優勢超過彈簧復位執行器。在確定管道尺寸時，選擇合適類型和尺寸的執行器，以確保足夠的流速、持久的使用壽命、可靠性和工藝安全性。雙作用執行器更適合與石化行業中的需要大推力的閥門一起使用。