选择执行器扭矩：治疗阀选型检查清单

技术指南 · 采购视角 · 发布日期：2026年10月16日

关键要点

  • 执行器的选型应基于阀门最高的扭矩需求——通常是最大压差及最恶劣温度和填料条件下的启动力矩或关闭力矩——绝不能仅凭样本上的单一运行扭矩数值来确定 [1][2]。
  • 三个扭矩数值不可互换。启动力矩使阀门从静止开始运动，运行扭矩维持行程，关闭力矩实现切断——执行器输出必须覆盖整个行程中的全部三项 [1][3]。
  • 安全系数通常为控制阀1.25倍、切断阀1.5倍或更高，具体依项目规范而定 [2]；气动选型指南通常采用约1.25-1.5倍的系数 [4]。
  • 低温环境会降低电动执行器的额定值：在约-25 °C时，带集成齿轮箱的电动执行器可能仅能提供其常温扭矩额定值的80-85% [2]。
  • 工作制决定技术路线。气动执行器通常额定为100%工作制，而标准电动执行器通常为25%工作制，可按要求升级 [5]。
  • 一份涵盖阀门类型、压差、介质、故障位置、循环频率和扭矩曲线的选型检查表，胜过任何单一的“经验法则”系数 [3][6]。

为何扭矩选型在现场会失败

执行器选型看似是查表任务，实则是工程问题。执行器制造商反映，相当大比例的选型请求是错误的——常见原因是有人从阀门数据表中选取了一个运行扭矩数值，乘以一个小系数后便下单，结果发现执行器在寒冷的早晨、阀门润滑脂干涸且阀座承受全管线压力时发生堵转 [1]。

在水处理领域——软化阀、过滤控制阀、反洗程序、化学加药管线——选型不足的后果是具体的：再生周期无法启动、反洗阀在程序中途失效，或阀门始终无法完全就座而将处理后的水泄漏至排水。选型过大也并非没有代价。过大的执行器可能超出阀杆的机械极限，使故障安全行为复杂化，并增加成本而不增加功能。

本文的检查表遵循生产工程中行之有效的顺序：先阀门，后执行器 [6]。

三个扭矩——以及为何以最大值为准

启动力矩

启动力矩（或称“开启”力矩）是阀门处于静止状态后，从全关位置启动运动所需的扭矩。它通常是数据表上的最高数值，因为静摩擦力——阀座接触、轴承摩擦和填料摩擦——必须同时被克服 [1][3]。对于四分之一回转阀门，启动力矩需求在关闭位置达到峰值，而这正是拨叉式气动执行器输出最高之处 [3]。

运行扭矩

运行扭矩是保持关闭件在行程中运动所需的扭矩。它低于启动力矩且相对稳定，但并非可忽略——执行器的行程中最小扭矩（而非峰值扭矩）必须超过阀门运行扭矩 [2]。对于蝶阀，流动介质产生的流体动力扭矩会增加一个动态分量，通常在行程约60°至75°之间达到峰值 [6]。

关闭力矩

关闭力矩（或称“重新就座”力矩）是行程末端压缩阀座并在额定压差下实现切断所需的扭矩。在软密封阀门上，该力矩在关闭端占主导；在金属密封阀门上，摩擦数值显著高于软密封基准 [3][6]。仅按启动力矩选型而忽略关闭端，是导致密封切断失效的典型原因。

主导规则

执行器和阀门工程资料中的选型实践是一致的：确定在最恶劣压差、温度和密封条件下的启动力矩、运行扭矩和关闭力矩中的最大扭矩需求，然后施加一个安全系数 [1][2][4]。样本上公布的扭矩通常以室温下的清洁水在指定压差下为基准——一旦超出这些基准条件，实际扭矩就会发生变化 [4]。

选型参数一览

参数 含义 如何取值
启动力矩 使阀门从静止启动运动所需的扭矩，通常为最高需求 取自阀门制造商在额定压力等级下的扭矩表 [1][3]
运行扭矩 维持行程中运动所需的扭矩 必须低于执行器的行程中最小输出 [2]
关闭力矩 行程末端实现切断所需的扭矩 在最大切断压差下，并计入阀座材料因素 [3][6]
压差 关闭件两侧的压力差 取最恶劣工况：泵关死、静水头、闭环条件 [2][4]
安全系数 在最高扭矩需求之上的乘数 通常为1.25倍（控制用途）至1.5倍以上（切断用途）[2][4]
故障安全动作 断电/断气时阀门到达的位置 弹簧复位气动或弹簧/电池复位电动；弹簧扭矩需在行程的故障端校验 [2][5]
工作制 允许的运行时间与静止时间之比 气动通常100%；标准电动通常25% [5]
循环频率 预期寿命内的开/关或调节循环次数 与执行器循环寿命和电机热额定值交叉核对 [3]
扭矩曲线 执行器在整个行程中的输出 在行程两端均需验证输出，而不仅是峰值 [1][2]
阀杆/机械极限 最大允许阀杆扭矩和安装接口 与阀门制造商提供的MAST数值和ISO 5211安装数据比对 [3]

应用安全系数

该乘数是对数据表所不知的一切因素的裕量：老化的润滑脂、阀座膨胀、结垢、腐蚀和安装偏差。执行器实践的工程总结报告指出，控制阀的裕量约为1.25倍，切断阀为1.5倍或更高，具体依项目规范而定 [2]；气动选型指南通常按可用扭矩 ≥ 所需扭矩 × 1.25-1.5进行选型 [4]。闸阀自动化指南同样建议在所列最高扭矩值之上留出25-50%的裕量，因为使用多年后的启动力矩几乎总是高于全新的样本数值 [1]。

三点注意事项：

  • 不要将系数用在错误的数值上。将运行扭矩乘以1.25而忽略启动力矩和关闭力矩，是最常见的选型错误 [1]。
  • 不要盲目叠加系数。如果制造商的扭矩表已包含使用裕量，再次相乘前应予以确认；过度选型过大有损坏阀杆的风险 [3]。
  • 根据工况条件调整。低温会降低电动执行器的额定值——在约-25 °C时，带齿轮箱的电动执行器可能仅有其常温扭矩额定值的80-85%可用——因此，启动力矩需求处于常温额定值95%的阀门在冬季条件下将无法可靠运行 [2]。

电动与气动：扭矩曲线与工作制

两种技术均可实现水处理中占主导地位的四分之一回转球阀、蝶阀和旋塞阀的自动化；实际问题在于哪种驱动方式能在真实压差下可靠地操作所选阀门并达到所需的故障位置 [6][2]。

  • 气动齿轮齿条或拨叉式执行器提供在行程两端达到峰值的特征扭矩曲线——这与四分之一回转阀门非常匹配，因为其最高需求出现在关闭位置。弹簧复位（单作用）装置提供经济的故障安全动作，通常额定为100%工作制，且可无限期堵转 [5][6]。
  • 电动执行器适用于没有压缩空气管网的场合，以及需要调节、诊断和反馈的场合。标准电动工作制通常为25%，可升级；电动装置不应堵转，且必须应用室外低温降额 [2][5]。
  • 弹簧复位选型需要单独校验：弹簧必须在行程末端将阀门驱动至故障位置，此时弹簧扭矩最低——而不是在行程起点弹簧扭矩最高处 [2]。

对于已配备压缩空气管网的水处理厂，气动四分之一回转装置仍然是加药、过滤和消毒阀门的首选，其选择依据是工作制和控制要求，而非管线尺寸 [6]。

故障安全行为与循环寿命

两个问题区分了安全失效的阀门与代价高昂地失效的阀门：

  1. 断电或断气时阀门必须到达何处？在化学加药和消毒管线上，故障位置是一个工艺安全决策——故障关闭以停止过量投加，故障开启以维持流量。弹簧复位气动和弹簧复位电动执行器均可在无外部动力的情况下达到确定的故障位置；规范必须明确说明所需位置 [5]。
  2. 它多久循环一次？反洗阀可能多年来每天循环数次；加药阀可能连续调节。工作制、电机热额定值和公布的循环寿命都必须适合该工况——而公布的弹簧复位循环寿命数值因驱动方式不同而差异很大，因此必须将工况曲线与制造商声明的循环寿命基准相匹配 [3][5]。

我们公布其他供应商要你开口索取的数值：Cv、压降、扭矩需求和循环寿命数据应在请购之前就出现在数据表上，而不是在首次现场故障之后。

选型检查表（按此顺序进行）

  1. 先确定阀门。类型、尺寸、阀座材料、阀体形式和阀杆细节决定扭矩需求——在阀座材料和阀体形式确定之前选定的执行器，日后往往会被证明选型不足 [6][3]。
  2. 收集扭矩数据。额定压力等级下的启动力矩、运行扭矩和关闭力矩，以及最大允许阀杆扭矩 [3]。
  3. 确定最恶劣工况。最大压差、介质、温度范围和预期密封老化 [2][4]。
  4. 应用安全系数。控制用途1.25倍，切断或安全相关用途1.5倍以上 [2][4]。
  5. 检查扭矩曲线。执行器输出必须在启动端、行程中和关闭端均超过需求——而不仅是在峰值处 [1][2]。
  6. 确定故障位置和驱动类型。弹簧复位气动、弹簧/电池复位电动，或带备用的双作用 [5]。
  7. 匹配工作制和环境。循环频率、工作制额定值、防护等级、环境温度，以及适用时的危险区域分类。
  8. 确认接口。安装法兰和驱动尺寸（四分之一回转用ISO 5211）、阀杆连接，以及反馈/通信信号 [3][5]。
  9. 验证。对于关键用途，在调试期间通过扭矩监测或电流监测进行确认——计算是计划，不是证明 [3]。

关于规范纪律的说明

执行器选型是少数几个小处文档纪律能带来不成比例回报的采购任务之一：要求阀门制造商提供额定压力等级下的扭矩表、执行器在整个行程中的输出曲线，以及所采用的安全系数，全部体现在同一份数据表上。当这三份材料齐备时，选型可由项目团队中的任何工程师审查。当它们缺失时，风险就被转移到了调试日期上。

参考文献

  1. DELCO Valve — How to Size a Valve Actuator: Torque Calculation & Safety Factor：启动力矩/关闭力矩主导规则、使用裕量和常见选型错误。https://www.delcovalves.com/how-to-size-a-valve-actuator-torque-calculation-safety-factor/
  2. OilValves — Valve Actuator Sizing: Torque Calculations for Electric and Pneumatic Actuators：约1.25倍（控制）和1.5倍以上（切断）的安全系数、行程中扭矩检查、低温降额、弹簧复位验证。https://oilvalves.co.uk/?p=232/
  3. Kosen Valve — Complete Guide to Valve Torque and Actuator Selection：启动力矩/运行扭矩/关闭力矩和最大允许阀杆扭矩的定义及选型流程。http://www.kosenvalve.com/media-hub/complete-guide-to-valve-torque-and-actuator-selection.html
  4. E4 Industrial — Pneumatic Actuation：可用扭矩 ≥ 所需扭矩 × 1.25-1.5的选型规则，以及数据检查表。https://e4industrial.com/pages/pneumatic-actuation
  5. SVF — Selecting Valve Automation Devices for Quarter-Turn Valves in Chemical Applications（白皮书）：气动与电动工作制、弹簧复位和堵转特性。https://svf.net/application/files/1417/0896/0986/SVF_WP-Chemical-5.18.21-nocrop.pdf
  6. Water & Wastewater — Butterfly Valves Automation: Actuation Options：扭矩分量分解及行程中的动态扭矩峰值。https://www.waterandwastewater.com/?p=83289/

关于作者：由上海七枚技术编辑团队撰写——参考了上海七枚控制阀产品线中用于水处理工况的软化和过滤控制阀的已发布工程文档。

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