Исполнительное устройство – это одно из звеньев автоматических систем регулирования, предназначенных для непосредственного воздействия на объект регулирования. В общем случае исполнительное устройство состоит из исполнительного механизма (ИМ) и регулирующего органа (РО). Исполнительный механизм является приводной частью регулирующего органа.

При автоматизации технологических процессов используется довольно большое количество разнообразных исполнительных механизмов, предназначенных для управления рабочими (регулирующими, запорными и т. п.) органами в системах автоматического регулирования или дистанционного управления. Исполнительные механизмы, отличаются друг от друга принципом действия, техническими, эксплуатационными качествами и конструктивными особенностями.

В качестве электропривода в исполнительных механизмах используются либо электромагниты, либо электродвигатели с понижающим редуктором для снижения скорости перемещения выходного элемента до значения, обеспечивающего возможность непосредственного соединения этого элемента (вала или штока) с рабочим органом.

Область применения исполнительных механизмов с электромагнитом ограничивается не только двухпозиционным характером их действия, но также размерами и массой регулирующих органов, для перемещения которых приходиться значительно увеличивать рабочий ток электромагнита. В результате такие устройства становятся громоздкими и невыгодными. Исполнительные механизмы с электромагнитом, часто называемые соленоидными, конструктивно выполняются совместно с корпусом, в котором перемещается рабочий орган, а корпус устанавливается, как правило, на трубопроводах при помощи фланцев. Таким образом, монтаж таких исполнительных механизмов сводиться практически к подсоединению фланцев и присоединению кабеля.

Как правило, электрические исполнительные механизмы могут устанавливаться непосредственно на рабочих органах, на полу, стенах, а также разного рода конструкциях. Для прямоходных и многооборотных механизмов нет ограничений по относительному расположению их в пространстве. Однооборотные механизмы обычно должны устанавливаться так, чтобы их выходной вал был расположен горизонтально с допустимым отклонением от горизонтали.

Исполнительные механизмы, устанавливаемые не на рабочем органе (чаще однооборотные), должны монтироваться на жестком основании таким образом, чтобы обеспечивалась удобная их установка и обслуживание, а также возможное уменьшение воздействия внешних факторов (механических ударов, высокой температуры, влаги, пыли и др.). В то же время должна быть обеспечена простота сочленения механизма с рабочим органом с возможным исключением тяг и промежуточных опор. Соединение тяги не должно вызывать осевые усилия на выходном органе однооборотного механизма, а у прямоходного должна быть сведена к минимуму возможность возникновения боковых сил. Следует обращать особое внимание на возможность возникновения люфтов в местах сочленений, которые необходимо устранять.

Рис. 6.3.  Многозвенная кинематическая связь исполнительного
механизма с рабочими органами.

а) – с клапаном;

б) – с направляющим аппаратом шиберного типа;

в) – с направляющим аппаратом осевого действия;

г) – с двумя поворотными заслонками.

Перед монтажом следует внимательно проверить соответствие направлений вращения выходного вала исполнительного механизма и рычага рабочего органа. Недопустимо выполнение сочленения выходного рычага с тягой к нему, идущей от рычага рабочего органа, если угол между ними менее 10 град. и более 170 град., так как это может привести к заклиниванию. На рис. 4 приведены примеры сочленения исполнительных механизмов с регулирующими органами.

Исполнительные механизмы типа МЭО это однооборотные механизмы, предназначенные для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств. Механизмы МЭО перемещают рабочие органы неполноповоротного принципа действия (шаровые и пробковые краны, поворотные дисковые затворы, заслонки).

Принцип работы механизмов заключается в преобразовании электрического сигнала поступающего от регулирующего или управляющего устройства во вращательное перемещение выходного вала. Механизмы МЭО устанавливаются вблизи регулирующих устройств и связываются с ними посредством тяг и рычагов.

Механизмы МЭО изготовляются с датчиком обратной связи (блоком сигнализации положения выходного вала) для работы в системах автоматического регулирования или без датчиков обратной связи - с блоком концевых выключателей для режима ручного управления. Виды блоков сигнализации положения – индуктивный БСПИ, реостатный БСПР, токовый БСПТ.

Основные параметры однооборотных механизмов МЭО:

- номинальный крутящий момент на выходном валу в ;

- номинальное значение полного хода выходного органа в оборотах;

- номинальное значение времени полного хода в секундах.

Приводы. К группе приводов относятся электрические исполнительные механизмы, устанавливаемые непосредственно на трубопроводную арматуру и соединяемые с ней посредством монтажных частей. Приводы предназначены для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств.

Наибольшее распространение имеют следующие типы приводов:

- механизмы однооборотные фланцевые – МЭОФ,

- механизмы многооборотные – МЭМ,

- механизмы прямоходные – МЭП и МЭПК,

Механизмы фланцевые МЭОФ предназначены для перемещения рабочих органов неполноповоротного принципа действия (шаровые и пробковые краны, поворотные дисковые затворы, заслонки).

Основные параметры механизмов МЭОФ:

- номинальный крутящий момент на выходном валу в ;

- номинальное значение полного хода выходного органа в оборотах;

- номинальное значение времени полного хода в секундах.

Механизмы прямоходные МЭП и МЭПК предназначены для перемещения регулирующих органов запорно-регулирующей арматуры поступательного принципа действия (запорные краны, запорные и запорно-регулирующие клапаны и пр.).

Основными параметрами, определяющими типоразмер механизма, являются:

- номинальное усилие на штоке в ;

- номинальное значение полного хода штока в мм;

- номинальное значение времени полного хода штока в секундах.

Величина усилия на штоке определяет габаритные размеры и массу механизмов.

Прямоходные механизмы подразделяются на две группы:

- механизмы прямоходные МЭП - с прямоходной приставкой с винтовой парой, соединенной с выходным валом многооборотного привода;

- механизмы прямоходные кривошипные МЭПК - с прямоходной приставкой кривошипно-шатунного типа, соединенной с выходным валом однооборотного привода.

Усилие на штоке:

- для прямоходного механизма МЭП – постоянное;

- для прямоходного кривошипного механизма МЭПК - переменное и зависит от положения штока.

Механизмы многооборотные МЭМ предназначены для перемещения регулирующих и запорных органов самотормозящейся запорно-регулирующей арматуры (регулирующие задвижки).

Основные параметры механизмов МЭМ:

- номинальный крутящий момент на выходном валу в ;

- номинальное значение полного хода выходного вала в оборотах;

- номинальное значение времени полного хода в секундах.

Исполнения механизмов МЭМ определяются видом выходного вала для соединения с арматурой:

- МЭМ – выходной вал механизмов выполнен в виде квадратного отверстия;

- МЭМ2 – выходной вал механизмов выполнен в виде кулачковой полумуфты.

Регулирующие органы

Регулирующим органом называется звено исполнительного устройства, предназначенное для изменения расхода вещества или энергии в объект регулирования. Различают дозирующие и дроссельные РО. К дозирующим относятся такие устройства, которые изменяют расход вещества за счет изменения производительности агрегатов (дозаторы, питатели, насосы, компрессоры и т. д.).

Дроссельный РО представляет собой переменное гидравлическое сопротивление, изменяющее расход вещества за счет изменения своего проходного сечения; к ним относятся регулирующие клапаны, поворотные заслонки, шиберы и краны. Регулирующие органы характеризуются многими параметрами, основными из которых являются: пропускная и условная пропускная способности, условное и рабочее давление, перепад давления на РО и условный проход.

Пропускной способностью  называется расход жидкости с плотностью 1000 кг/м², пропускаемой РО при перепаде давления на нем . Пропускная способность измеряется в кубических метрах в час (м³/час).

Условной пропускной способностью  называется номинальное значение пропускной способности РО при максимальном (условном) ходе затвора, выраженное в кубических метрах в час (м³/час). Условная пропускная способность зависит от типа РО и размера его условного прохода .

Условным давлением  называется наибольшее допустимое давление среды на РО при нормальной температуре. Прочность металлов с повышением температуры понижается. Поэтому для арматуры и соединительных частей предусматривается также максимальное рабочее давление.

Максимальное рабочее давление – это наибольшее установленное давление среды на РО при фактической температуре. Рабочее давление при одном и том же условном давлении зависит от свойств металла деталей РО и температуры среды.

Условным проходом  в РО называется номинальный диаметр прохода в присоединительных патрубках. Стандартные размеры условных проходов не распространяются на размеры прохода внутри корпуса.

Перепад давления на РО определяет усилия, на которые рассчитывают ИМ, а также износ дроссельных поверхностей. Для многих видов исполнительных устройств, в которых затвор не разгружен от статического и динамического воздействия среды, предельно допустимый перепад давления устанавливают в зависимости от мощности ИМ.