第六章執(zhí)行器1

1、第六章第六章 執(zhí)行器執(zhí)行器執(zhí)行器的作用執(zhí)行器的作用氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器 電氣轉(zhuǎn)換器及閥門定位器電氣轉(zhuǎn)換器及閥門定位器 執(zhí)行器的作用執(zhí)行器的作用執(zhí)行器的作用：執(zhí)行器的作用：接受控制器的信號，改變被控接受控制器的信號，改變被控介質(zhì)的流量，使測量值保持在介質(zhì)的流量，使測量值保持在給定值或一定范圍內(nèi)。給定值或一定范圍內(nèi)。 測量值控制器調(diào)節(jié)閥被控對象偏差給定值操縱值操縱變量干擾D測量變送器-SvPvDvMvq被控變量y+eez xP 按能源分類：按能源分類：氣動、電動、液動三大類。氣動、電動、液動三大類。按結(jié)構(gòu)分類：按結(jié)構(gòu)分類：調(diào)節(jié)閥、風門、步進電機、調(diào)節(jié)閥、風門、步進電機、 變頻調(diào)速器等。變頻調(diào)速器等

2、。 電動：電動：動作快、便于集中、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、動作快、便于集中、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、 防爆性能差。防爆性能差。氣動：氣動：結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、防爆、價廉結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、防爆、價廉 液動：液動：推力大、適用于大負荷推力大、適用于大負荷 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：1 1）氣動執(zhí)行機構(gòu)部分）氣動執(zhí)行機構(gòu)部分2 2）控制機構(gòu)部分）控制機構(gòu)部分第一節(jié)第一節(jié)氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器一、結(jié)構(gòu)與分類一、結(jié)構(gòu)與分類 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器1、氣動執(zhí)行機構(gòu)、氣動執(zhí)行機構(gòu) 作用：作用：將控制信號變?yōu)橄鄳?yīng)的將控制信號變?yōu)橄鄳?yīng)的 推力，以足夠功率帶動推力，以足夠功率帶動 控制機構(gòu)。控制機構(gòu)。 組成：組成：主要由主要由彈性膜片、彈簧

3、、彈性膜片、彈簧、 調(diào)節(jié)件、推桿調(diào)節(jié)件、推桿等組成。等組成。 正作用執(zhí)行機構(gòu)正作用執(zhí)行機構(gòu))20(0PCAll 式中：式中： 推桿行程；推桿行程； P P 輸入壓力信號輸入壓力信號2020100100kPakPa。 （0.020.020.1MPa)0.1MPa) 0ll 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器 正作用執(zhí)行機構(gòu)：正作用執(zhí)行機構(gòu)：ZMA壓力控制信號壓力控制信號PP推桿推桿位移。位移。( (信號由薄膜氣室上方通入）信號由薄膜氣室上方通入） 反作用執(zhí)行機構(gòu)：反作用執(zhí)行機構(gòu)：ZMB 壓力控制信號壓力控制信號PP推桿推桿位移位移 ( (信號由薄膜氣室下方通入）信號由薄膜氣室下方通入）正

4、作用執(zhí)行機構(gòu)正作用執(zhí)行機構(gòu)反作用執(zhí)行機構(gòu)反作用執(zhí)行機構(gòu)2 2、控制機構(gòu)、控制機構(gòu)作用：作用：在執(zhí)行機構(gòu)帶動下，在執(zhí)行機構(gòu)帶動下， 改變被控介質(zhì)流量，改變被控介質(zhì)流量， 實施調(diào)節(jié)作用。實施調(diào)節(jié)作用。 組成：組成：由閥體、閥桿、填料、由閥體、閥桿、填料、 閥芯、閥座等組成。閥芯、閥座等組成。氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器正裝：正裝：閥桿下移時，閥關(guān)??；閥桿下移時，閥關(guān)??；反裝：反裝：閥桿下移時，閥開大。閥桿下移時，閥開大。 不同正、反作用的不同正、反作用的執(zhí)行機構(gòu)和正、反執(zhí)行機構(gòu)和正、反裝的調(diào)節(jié)機構(gòu)可組裝的調(diào)節(jié)機構(gòu)可組成不同作用的調(diào)節(jié)成不同作用的調(diào)節(jié)閥。閥。 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器 氣動

5、執(zhí)行器氣動執(zhí)行器 1 1）直通單座閥）直通單座閥 特點：特點： 1.1.易關(guān)閉，泄漏量小；易關(guān)閉，泄漏量??； 2.2.不平衡力大；不平衡力大； 3.3.流通能力小。流通能力小。使用場合：使用場合： 低壓差，小口徑場合，低壓差，小口徑場合， 泄漏量小的場合泄漏量小的場合。2)2)直通雙座閥直通雙座閥氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器特點：特點： 1.1.泄漏量較大；泄漏量較大； 2.2.不平衡力??；不平衡力小； 3.3.流通能力大。流通能力大。使用場合：使用場合：可用于壓差較大場合，使用于大、小口徑管道。可用于壓差較大場合，使用于大、小口徑管道。 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器介質(zhì)無大顆粒或纖維、允許較大的泄漏量介質(zhì)無

6、大顆?；蚶w維、允許較大的泄漏量 。 3 3）三通閥）三通閥流通方式有兩種：合流式；分流式兩種流通方式有兩種：合流式；分流式兩種注意：注意：常用于換熱器及旁路的冷熱流控制。合流三通常用于換熱器及旁路的冷熱流控制。合流三通 閥的冷熱溫差不易太大，以免造成過大的應(yīng)力閥的冷熱溫差不易太大，以免造成過大的應(yīng)力 而導(dǎo)致閥損壞。而導(dǎo)致閥損壞。 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器QQ1Q2Q2Q1Q 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器旁路旁路4 4）角形閥）角形閥特點：特點：流道比較簡單，不易堵塞，流道比較簡單，不易堵塞， 適宜高粘度，含顆粒流體適宜高粘度，含顆粒流體 的流量控制?？蛇m用于高的流量控制?？蛇m用于高

7、壓場合。壓場合。 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器5 5）隔膜閥）隔膜閥特點：特點：采用耐腐蝕閥體和隔膜代采用耐腐蝕閥體和隔膜代替閥芯和閥座。由隔膜控替閥芯和閥座。由隔膜控制流量，不會外漏，適于制流量，不會外漏，適于腐蝕、有毒流體的調(diào)節(jié)。腐蝕、有毒流體的調(diào)節(jié)。 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器6 6）球閥）球閥特點：特點：適用于含顆粒、纖維流適用于含顆粒、纖維流體的控制。閥芯呈球面，體的控制。閥芯呈球面，按轉(zhuǎn)角運動調(diào)節(jié)。閥芯按轉(zhuǎn)角運動調(diào)節(jié)。閥芯 球面與閥座密封圈緊密球面與閥座密封圈緊密接觸。適于控制和關(guān)段接觸。適于控制和關(guān)段流體的場合。流體的場合。球閥球閥“V”形閥芯形閥芯“O”形閥芯形閥芯能量

8、的轉(zhuǎn)換與動能成正比。可表示為；能量的轉(zhuǎn)換與動能成正比?？杀硎緸?；2221 ppPAvAQ23.3.控制閥的基本方程式?？刂崎y的基本方程式。閥芯閥座間隙的阻力系數(shù)。閥芯閥座間隙的阻力系數(shù)。式中式中流體密度流體密度A A管道截面積管道截面積氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器1 1、理想流量、理想流量特性：在不考慮控制閥前后壓差變特性：在不考慮控制閥前后壓差變化時得到的流量特性稱為化時得到的流量特性稱為控制閥的流量特性。控制閥的流量特性。 控制閥的流量特性是指被控介質(zhì)流經(jīng)閥門的控制閥的流量特性是指被控介質(zhì)流經(jīng)閥門的相對流相對流量與量與閥門的開度之間閥門的開度之間的的關(guān)系，即：關(guān)系，即：理想流量理想流量特性有以下特

9、性有以下幾種：直線、等百分比幾種：直線、等百分比（對數(shù)）、拋物線、快開等（對數(shù)）、拋物線、快開等 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器二、控制閥的流量特性二、控制閥的流量特性 )(maxLlfQQ1 1）直線流量特性）直線流量特性式中式中C C為積分常數(shù)為積分常數(shù)在邊界條件時在邊界條件時0lminQQ 時時maxQQ Ll 時時此式表明此式表明maxQQ和和Ll之間之間成直線關(guān)系。成直線關(guān)系。所以所以RLlRQQ1)11 (max 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器KLldQQd)()(max將此式積分得：將此式積分得：CLlKQQmax代入上式得代入上式得RQQC1maxminRQQK111maxmin特點：特點：閥門小

10、開度時，流量變化的相對值大，過于靈敏，閥門小開度時，流量變化的相對值大，過于靈敏， 不易控制，甚至引起震蕩。大開度時又過于遲鈍。不易控制，甚至引起震蕩。大開度時又過于遲鈍。舉例舉例行程在行程在10%50%80%行程變化行程變化%10l，引起流量變化引起流量變化%10Q流量相對變化值流量相對變化值%100%100101020行程在行程在10%10%時時，%5 .12%100808090行程在行程在80%80%時時，行程在行程在50%50%時，時，%20%100505060 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器2 2）等）等百分比（對數(shù)）流量百分比（對數(shù)）流量特性特性是指單位相對行程變化所引起的相對流量變化是指單

11、位相對行程變化所引起的相對流量變化與該點的相對流量成正比關(guān)系。與該點的相對流量成正比關(guān)系。特點：特點：它在任何開度下的相對靈敏程度都是相同的，它在任何開度下的相對靈敏程度都是相同的， 有利于系統(tǒng)穩(wěn)定，使用最廣。有利于系統(tǒng)穩(wěn)定，使用最廣。 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器maxmax)/()/(QQKLldQQd積分得積分得（又稱為對數(shù)流量特性）（又稱為對數(shù)流量特性）CLlKQQmaxln代入邊界條件代入邊界條件1maxLlRQQ3 3）拋物線流量特性）拋物線流量特性特點：特點：接近于等百分比流量特性。接近于等百分比流量特性。 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器21maxmax)()()(QQKLldQQd整理得整理得2

12、max) 1(11LlRRQQ4 4）快開流量特性）快開流量特性特點：特點：使用于迅速開閉閥門。使用于迅速開閉閥門。 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器1maxmax)()()(QQKLldQQd整理得整理得)(112maxLlRRQQ控制閥理想流量特性控制閥理想流量特性不同流量特性閥芯形狀不同流量特性閥芯形狀 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器控制閥理想流量特性控制閥理想流量特性2 2、控制機構(gòu)的工作流量特性、控制機構(gòu)的工作流量特性1 1）閥在串聯(lián)管道中的流量特性）閥在串聯(lián)管道中的流量特性串聯(lián)管道的阻力損失與通過的流量成平方關(guān)系。串聯(lián)管道的阻力損失與通過的流量成平方關(guān)系。串聯(lián)管道情況串聯(lián)管道情況

13、氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器由于控制閥的開度變化，引起閥前后壓差的變化，由于控制閥的開度變化，引起閥前后壓差的變化，又引起流量的增加。與理想流量特性是不同的。又引起流量的增加。與理想流量特性是不同的。串聯(lián)管道阻力越大，閥上的串聯(lián)管道阻力越大，閥上的阻力越小。阻力越小?？刂崎y在串聯(lián)管道上時，隨著控制閥在串聯(lián)管道上時，隨著S S值的減少流量特性值的減少流量特性發(fā)生變化。發(fā)生變化。如圖所示如圖所示 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器S S值就越小，實際可值就越小，實際可調(diào)比就會下降。一般調(diào)比就會下降。一般S=0.3-0.7S=0.3-0.7來配置。來配置。PPSVVPVP直線特性直線特性 快開快開等百分比等百分比直線直線

14、 閥在并聯(lián)管道時，由于旁路閥的打開，控制閥的可閥在并聯(lián)管道時，由于旁路閥的打開，控制閥的可調(diào)范圍發(fā)生變化。調(diào)范圍發(fā)生變化。 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器VQ總QPQ旁路閥旁路閥總VQQX X X值越小，閥的可值越小，閥的可調(diào)范圍越小。調(diào)范圍越小。2 2）閥在并聯(lián)管道中的流量特性）閥在并聯(lián)管道中的流量特性并聯(lián)管道控制閥流量特性并聯(lián)管道控制閥流量特性 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器小結(jié)：小結(jié)：1.1.串、并聯(lián)管道都會使閥的理想流量特性發(fā)生畸串、并聯(lián)管道都會使閥的理想流量特性發(fā)生畸 變，串聯(lián)管道的影響尤為嚴重。變，串聯(lián)管道的影響尤為嚴重。2.2.串、并聯(lián)管道都會使控制閥的可調(diào)范圍降低，并串、并聯(lián)管道都會使控制閥的可調(diào)

15、范圍降低，并 聯(lián)管道的影響尤為嚴重。聯(lián)管道的影響尤為嚴重。3.3.串聯(lián)管道會使系統(tǒng)總流量減少，并聯(lián)管道使系統(tǒng)串聯(lián)管道會使系統(tǒng)總流量減少，并聯(lián)管道使系統(tǒng) 總量增加?？偭吭黾?。 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器4.4.串聯(lián)管道時控制閥若處于大開度，則串聯(lián)管道時控制閥若處于大開度，則S S值降低，值降低， 對放大系數(shù)影響更為嚴重，并聯(lián)管道時控制閥對放大系數(shù)影響更為嚴重，并聯(lián)管道時控制閥 若處于小開度，則若處于小開度，則X值降低，對放大系數(shù)影響值降低，對放大系數(shù)影響 更為嚴重。更為嚴重。 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器1 1、執(zhí)行機構(gòu)的選擇、執(zhí)行機構(gòu)的選擇有直行程和角行程兩種。有直行程和角行程兩種。2 2、控制機構(gòu)的選擇、

16、控制機構(gòu)的選擇1 1）結(jié)構(gòu)形式和材質(zhì)的選擇）結(jié)構(gòu)形式和材質(zhì)的選擇根據(jù)工藝狀況（溫度、壓力、流速等）和流體性根據(jù)工藝狀況（溫度、壓力、流速等）和流體性質(zhì)（粘度、懸浮物、蒸汽、腐蝕性、毒性等）綜質(zhì)（粘度、懸浮物、蒸汽、腐蝕性、毒性等）綜合考慮。合考慮。三、執(zhí)行器的選擇和使用三、執(zhí)行器的選擇和使用 執(zhí)行器的執(zhí)行器的選擇和使用選擇和使用2 2）流量特性的）流量特性的選擇（閥芯形狀）選擇（閥芯形狀）根據(jù)工藝對象的特點選擇閥的流量特性。根據(jù)工藝對象的特點選擇閥的流量特性。（1 1）工藝配管復(fù)雜阻力大時，選擇等百分比。）工藝配管復(fù)雜阻力大時，選擇等百分比。（2 2）生產(chǎn)負荷經(jīng)常大幅度波動，選擇等百分比。）生

17、產(chǎn)負荷經(jīng)常大幅度波動，選擇等百分比。（3 3）工藝參數(shù)不能精確確定時，選擇等百分比。）工藝參數(shù)不能精確確定時，選擇等百分比。（4 4）對象特性為線性的，可選直線流量特性。）對象特性為線性的，可選直線流量特性。 執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器的選擇和使和使用用3）執(zhí)行器）執(zhí)行器氣開、氣關(guān)的選擇氣開、氣關(guān)的選擇氣關(guān)閥：氣關(guān)閥：當有信號壓力時閥當有信號壓力時閥關(guān)關(guān)，無信號壓力時閥，無信號壓力時閥全開全開。氣開閥：氣開閥：當有信號壓力時閥當有信號壓力時閥開開，無信號壓力時閥，無信號壓力時閥全關(guān)全關(guān)。氣關(guān)氣關(guān)氣關(guān)氣關(guān)氣開氣開氣開氣開選擇原則：選擇原則：信號壓力中斷時，應(yīng)保證設(shè)備和操作人信號壓力中斷時，應(yīng)保證設(shè)備和操

18、作人員的安全。員的安全。 執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器的選擇和使和使用用舉例：舉例： 如圖，鍋爐液位自動如圖，鍋爐液位自動控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)為保證鍋爐生產(chǎn)的安全，為保證鍋爐生產(chǎn)的安全，不準停止給水。不準停止給水。一旦自一旦自動控制失靈，給水閥也動控制失靈，給水閥也不準關(guān)閉。不準關(guān)閉。因此選因此選氣關(guān)閥。氣關(guān)閥。氣關(guān)閥氣關(guān)閥4 4）控制閥口徑）控制閥口徑的選擇的選擇 執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器的選擇和使和使用用四四、氣動執(zhí)行器、氣動執(zhí)行器的安裝和維護的安裝和維護1.1.氣動執(zhí)行器應(yīng)該是正立垂直安裝在水平管道上。氣動執(zhí)行器應(yīng)該是正立垂直安裝在水平管道上。 如果裝在垂直管線上應(yīng)加支撐。如果裝在垂直管線上應(yīng)加支撐。2.2

19、.為了便于維護檢修，氣動執(zhí)行器安裝在靠近地面為了便于維護檢修，氣動執(zhí)行器安裝在靠近地面 或樓板的地方?；驑前宓牡胤健?執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器的選擇和使和使用用3.3.氣動執(zhí)行器安裝在環(huán)境溫度不高于氣動執(zhí)行器安裝在環(huán)境溫度不高于6060和不低和不低 于于-40-40的地方并應(yīng)遠離震動較大的設(shè)備。的地方并應(yīng)遠離震動較大的設(shè)備。4.4.為避免膜片受熱老化閥的上膜蓋與其它載熱體以為避免膜片受熱老化閥的上膜蓋與其它載熱體以 及上部管道的距離應(yīng)大于及上部管道的距離應(yīng)大于200mm200mm。 執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器的選擇和使和使用用5.5.閥的公稱通徑與管道公稱通徑不同時，兩者之間閥的公稱通徑與管道公稱通徑不同時

20、，兩者之間 應(yīng)加一段異徑管。應(yīng)加一段異徑管。6.6.控制閥前后要有控制閥前后要有10D10D（D D：是管道直徑）的直管段。：是管道直徑）的直管段。 執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器的選擇和使和使用用7.7.為了安全起見，控制閥應(yīng)加旁路管線，加旁路閥。為了安全起見，控制閥應(yīng)加旁路管線，加旁路閥。 如圖下面是常見的幾種如圖下面是常見的幾種11.1.是習慣采用的方法是習慣采用的方法 2.3 2.3 這兩種方法比較好這兩種方法比較好 4.4.使用于小閥使用于小閥 執(zhí)行器的選擇和使用執(zhí)行器的選擇和使用 執(zhí)行器的選擇和使執(zhí)行器的選擇和使用用測量值控制器調(diào)節(jié)閥被控對象偏差給定值操縱值操縱變量干擾D測量變送器-SvPvD

21、vMvq被控變量y+eez xP 第二節(jié)第二節(jié) 電動執(zhí)行器電動執(zhí)行器 原理：接收來自控制器的原理：接收來自控制器的0-10mA0-10mA或或4-4-20mA20mA的直流電流信號，并將其轉(zhuǎn)換成相的直流電流信號，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直行程位移，去操縱閥門、應(yīng)的角位移或直行程位移，去操縱閥門、擋板等控制機構(gòu)，以實現(xiàn)自動控制。擋板等控制機構(gòu)，以實現(xiàn)自動控制。分類：角行程、直行程、多轉(zhuǎn)式分類：角行程、直行程、多轉(zhuǎn)式電動執(zhí)行機構(gòu)的主要組成：伺服放大器、電動執(zhí)行機構(gòu)的主要組成：伺服放大器、伺服電動機、減速器、位置發(fā)送器、操伺服電動機、減速器、位置發(fā)送器、操縱器?？v器。如如圖所示：圖所示：位置發(fā)生器位置發(fā)生器：將執(zhí)行機構(gòu)輸出軸的位移轉(zhuǎn)變?yōu)?-10mA或4-20mADC反饋信號的裝置。其主要部分：差動變壓器，如圖所示鐵芯位置決定了感應(yīng)電壓Usc的大小。第三節(jié)第三節(jié) 電氣轉(zhuǎn)換器及閥門定位器電氣轉(zhuǎn)換器及閥門定位器一、電一、電/ /氣轉(zhuǎn)換器氣轉(zhuǎn)換器作用：作用：4 42020mAmA電流轉(zhuǎn)換為電流轉(zhuǎn)換為2020100100kPakPa氣壓信號。氣壓信號。輸入為控