随着天然气在工业和民用领域的推广，天然气管网建设发展迅速，与管道阀门配套的执行机

构在天然气管道建设中发挥着举足轻重的作用。执行机构由于安装方便、安全高效等优点被广泛

应用于大口径阀门改造中，其作用是接收计算机发出的控制信号，并将它转换成阀门的开关动作，

使生产过程按照预先规定的要求正常运转，以此实现全过程自动化。

　　根据不同的工作原理和结构特点，可分为电动、气动、液压等执行机构类型。天然气净化厂

采用加装气动执行机构的方式，大大减小了大口径阀门的操作难度，对保障装置的安全平稳运行

具有重大意义。

执行机构类型

　　执行机构是一种能提供直线或旋转运动的驱动装置，它利用某种驱动能源并在某种控制信号

的作用下工作。执行机构使用液体、气体、电力或其他能源，并通过电机、气缸或其他装置将能

源转化成驱动作用。基本的执行机构用于将阀门驱动至全开或全关的位置，控制阀的执行机构能

够精确的使阀门开到指定位置。

　　1.电动执行机构

　　电动执行机构是利用电能作为动力源的执行机构， 它包含了位置感应装置、力矩感应装置、

电极保护装置、 逻辑控制装置、数字通讯模块等，所有这些装置全部安装在一个紧凑的外壳内。

电动执行机构分为多回转式和两位式90°。电动执行机构的选型需严格按照阀门厂家提供的扭矩

值与设计文件进行正确选型，确保执行机构与阀门匹配无误，并满足现场使用需求。其主要特点

如下：结构简单；扭矩越大，相对成本越低；输出扭矩范围广；安装方便，维护检修方便、体积

小；开关速度较慢，一般在10秒以上；较适用开关型控制，调节控制精度较低，一般在1%以上；

易受电源电压的影响；电动执行机构本身无法做到故障安全，如失电时只能停在原位。

　　电动执行机构的日常维护保养具体事项为：检查并做好执行机构齿轮箱润滑工作；检查执行

机构涡轮涡杆和齿轮传动部件润滑油的清洁度与用量；检查执行机构运行时电机的温升情况是否

正常；检查执行机构运行时电机的转动声音是否平稳正常，制动机构动作是否正常，手轮手动方

式是否正常；检查执行机构开到位和关到位是否正常。

　　2.气动执行机构

　　气动执行机构是利用气源作为动力源的执行机构， 由活塞（或薄膜）、气缸、拨叉装置

（或齿轮齿条）、气源三联件等元件组成。其主要特点如下：动力源来源广泛，采用压缩空气

作为动力来源，本质上是一种安全装置；启动扭矩大，力矩平衡，运转速度平稳，可在0~100%

间调节阀门的任意开度；使用寿命长，无需过多的保养；配备手轮机构后在气源中断状况下，

无须手动和气动的切换，可立即启动手动操作；在现场改造时，可根据实际情况进行水平、竖直

安装，不影响使用。

　　气动执行机构的优点：齿轮齿条转动均匀，转动间隙小，运转自如、回差小；可获得较小尺

寸的执行机构，使重量和尺寸大幅减小；非常容易实现与阀门直接相连，简化了阀门的连接方式，

并使所配阀门的外形更加匀称美观、小型化。气动执行机构的缺点：有冲击现象，输出作用力不

稳定，容易损耗，组装相对困难，维护比较麻烦。

　　3.电液联动执行机构

　　电液联动执行机构是由电气控制系统、电液伺服油缸、油泵及位移传感器等组成。电气控制

系统输入端接收4~20mA输入主令信号，经规格化处理转换成0~10V电压信号；同时接受位移

传感器现场测得的实际阀位，经过规格化处理转换为0~10V电压信号。二者在伺服放大器中比较

产生差值信号，经电压放大、功率放大后驱动电液伺服阀，控制油缸的运到方向，从而带动执行

机构按照规定位置动作。直至输入信号与位移传感器反馈信号偏差值为零，这时伺服阀的控制电

流也接近零，伺服阀芯处于中位，无液压油输出，使油缸中活塞停留在与输入信号相对应的位置

上，从而达到电液执行机构自动控制的目的。主要特点如下：输出扭矩大，响应迅速； 阀门的控

制精度高，能无级变速；可实现极其复杂的控制功能；结构复杂（由电气控制系统和液压控制系

统组成），体积较大，制造成本高；液压元件和管道易渗漏， 配管维修不方便。

　　4.气液联动执行机构

　　气液联动执行机构通常以管线天然气作为动力源，液压油作为传动介质，驱动管线上阀门的

开启和关闭。气液联动执行机构的结构形式分为两大类：旋转叶片式和拨叉式。气液联动执行机

构选型是根据阀门厂家提供的扭矩值与现场需求进行的，以保证执行机构功能完整，与阀门匹配

度好，整体运行良好。基本功能包括就地气动操作、手动液压泵操作、远程电控开/关及紧急关断

等。

　　旋转叶片式执行机构为线型平衡恒定输出扭矩，在阀门全开/全关、中间行程和整个过程中输

出扭矩始终恒定平稳，保证管线在事故状态下也能顺利地关闭阀门，适用于管线紧急切断工况，

保证装置安全；拨叉式执行机构输出扭矩能随着角度的改变而改变，并在开启和关闭点达到最大

值，输出扭矩的特性与球阀启闭所需扭矩最大的特性相符，都是抛物线形状，有较大的安全系数，

是能够发挥阀门性能并延长阀门平均寿命的执行机构。

　　气液联动执行机构的主要特点如下：以管道中的高压气体介质为动力源，因此不需要提供动

力电源，节省投资；结构简单，输出扭矩大；传动平稳、容易控制、使用效率高；要求管道中气

体介质压力平稳，没有大的波动。

　　气液联动执行机构的日常维护保养具体事项为：检查执行机构气路的螺纹、卡套接头等连接

处是否有泄漏；检查压力表、安全阀、压力变送器及阀位指示灯是否正常工作；检查外供电源是

否在正常范围内，检查蓄电池外观是否正常，并检查电池电压是否在正常范围内；检查气液罐中

的油质情况，应清洁无杂质，油位应处于油杯液位高限和低限之间；清洗进气口、取压口和气控

阀组底板底部过滤器的滤网等。

　　5.执行机构的选用依据

　　在阀门执行机构的选用中，首先要考虑的是驱动能源的选用，而这与执行机构现场适用环境

相对应；而后还需了解阀门的种类和正确的力矩，才能够选择正确的执行机构类型。高含硫天然

气净化厂具有高压、有毒可燃气体泄漏风险大等特点，因此选用一种安全的动力源驱动执行机构

尤为重要，既可降低日常开、关阀门工作量，又可避免因执行机构故障造成临近密封面失效，有

毒可燃气体泄漏闪爆的隐患。其次，高含硫天然气净化厂地处偏远，雷暴高发季节易受晃电影响

造成电路短暂失电等情况。因此，选用一种稳定的动力源驱动执行机构，在极端天气下可立即开、

关阀门，确保生产装置安全是选型的重点。综合考虑在已运行装置中进行阀门改造、雷暴等极端

天气下阀门运行可靠性及投资和维护成本等因素，天然气净化厂宜选用MTP系列气动执行机构加

装到现场阀门中。该气动执行机构具有体积小适用性广、动力源安全稳定、投资及维护成本低等

优势，并已有应用案例，对于装置的安全平稳运行有重要意义。

工作原理及普适性

　　1.工作原理

　　MTP系列阀门执行机构是一种内曲线多回转型阀门驱动装置，其马达为特殊设计的横梁传力

型，多作用于内曲线径向柱塞气动执行机构。其由叠层组合气缸、柱塞、横梁、滚轮内曲线导轨、

配气盘及中空通轴组成。当气缸中充入压缩空气时，径向柱塞所产生的推力通过横梁及滚轮与内

曲线导轨相互作用，产生扭矩输出；经行星减速机构减速产生强大扭矩，驱动阀门的阀杆螺母旋

转，使阀杆作升降直线运动，从而开启或关闭闸阀。根据负载（阀门）所需旋转扭矩的要求，可

调整气缸组合数目，带动负载（阀门）工作。

　　2.普适性

　　（1）该气动执行机构改造方便，可实现装置正常生产运行状态下的正常改造，适用于高温、

高空等生产装置情况。悬空阀门可通过延长气源管线，将操作系统引至地面或临近平台。

　　（2）采用净化压缩空气作为执行机构动力源，作为天然气净化厂不间断供应的公用介质，

具有清洁品质高、服务站点多、取用方便等优势，可适用于全场任意单元、设备阀门改造。

　　（3）无缝钢管制成的外壳可较长时间承受高温和火焰。启动扭距大，力距平衡，运转匀速

平稳。可在0～100%之间调节阀门的任意开度。可适用于闸阀、截止阀、蝶阀等阀门执行机构的

改造。

　　（4）配备手轮机构，在断气状况下，无须手动、气动切换，可立即采用手动操作。确保在动

力源中断的情况下，现场可第一时间进行手动开、关阀门，安全保障性高。

　　（5）改造成本低，使用寿命长，无需过多的保养。降低了后期维护的成本，适用于天然气净

化厂生命周期较短的化工生产装置。

加装过程

　　1.带有减速机的阀门

     带减速机蝶阀、球阀、闸阀、截止阀等各种阀门的改造方法是拆除减速机的手轮，然后用螺

钉在手轮处加装一片连接法兰，再安装执行机构的减速机、执行器、风管，即完成改造。在原阀

门减速机（伞齿轮）手轮处，改造气动执行机构时不破坏原阀门密封结构，不改变原有阀门阀杆

防脱结构，不改变原阀门驱动螺母及压盖压紧结构。

　　2.不带减速机的阀门

　　执行机构螺母替代原阀门螺母，只针对普通小口径闸阀。改造过程不改变原阀门阀杆防脱结构，

对原阀杆加装夹具固定阀杆，具有阀杆防脱出双保险。现场改装气动执行器时不改变原阀门密封

结构，也不改变原阀门阀杆防脱出结构。  

操作说明

　　现场执行机构安装好之后，执行机构投用步骤如下：气源切断阀在“关”的位置，手转阀指

针指向“停”位置；保持油雾器内有L-AN22润滑油；气源切断阀全开，将压缩空气引入至三联

油雾器处；通过三联油雾器的调压阀调节压力≤0.4MPa。气动执行器现场安装时已根据阀门的

实际工作状况调好了气压，未经同意不得随意改变；QLM气动执行机构投用。图1为 执行机构

控制箱。

　　在阀门正常开启或关闭状态下，执行器工作时，要观察油雾器油滴落速度，每分钟10~15

滴为正常。

　　正常阀门状态及其操作与阀位参见表1、图2，无气源阀门状态及其操作与阀位参见表2、图3。

结束语

　　高含硫天然气净化厂具有高压、有毒可燃气体泄漏风险大等特点，对大口径阀门执行机构进

行改造，降低开、关阀门工作量，缩短操作时间对安全平稳生产运行至关重要。通过对比电动执

行机构、气动执行机构、电液联动执行机构和气液联动执行机构四种执行机构的优缺点，认为气

动执行机构具有动力源安全平稳、改造成本低适用性广、使用寿命长维护成本低等优点，适用于

天然气净化厂实际生产情况。且MTP气动执行机构在对原阀门改造的过程不拆原阀门螺母，不拆

压盖压紧结构，不改变原阀门防脱出结构和密封结构，保障了阀门在后续运行过程中的安全性。

该气动执行机构可在0～100%之间调节阀门的任意开度，适用于天然气净化装置闸阀、截止阀、

蝶阀等阀门执行机构的改造。