測(cè)量?jī)x表與自動(dòng)化

1、共四十二頁(yè)10.1 概述10.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)10.3 調(diào)節(jié)(tioji)機(jī)構(gòu)10.4 執(zhí)行器的選擇 第十章 執(zhí)行器共四十二頁(yè)1.作用： 接受來(lái)自控制器的控制信號(hào)，改變操縱變量(binling)流量，使測(cè)量值保持在給定值或一定范圍內(nèi) 相當(dāng)于人工控制中執(zhí)行大腦命令的手的作用。10.1 概述(i sh)共四十二頁(yè)2.重要性 直接與介質(zhì)接觸，是薄弱環(huán)節(jié)，和調(diào)節(jié)質(zhì)量密切相關(guān)。工作在高溫、高壓、腐蝕、振動(dòng)等惡劣環(huán)境(hunjng)中，需要有足夠的功率以影響生產(chǎn)過(guò)程。3.種類 根據(jù)控制參數(shù)不同,分為：調(diào)節(jié)閥Control Valve（最常見(jiàn)）: 通過(guò)改變阻力元件的阻力來(lái)改變流體流量風(fēng)門Damper：通過(guò)改變擋

2、板角度改變氣體流量步進(jìn)電機(jī)Step Motor：將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)變頻調(diào)速器Variable-frequence governor：控制動(dòng)力源的轉(zhuǎn)速來(lái)改變流量10.1 概述(i sh)共四十二頁(yè)4.結(jié)構(gòu) 從結(jié)構(gòu)功能上分：執(zhí)行結(jié)構(gòu)（Valve Actuator）： 是執(zhí)行器的推動(dòng)裝置，按控制器送來(lái)的操縱信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的直線(zhxin)行程或轉(zhuǎn)角行程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（Valve Body）： 是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)推理作用下，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一定的位移或轉(zhuǎn)角，改變管道阻力，實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制10.1 概述(i sh)共四十二頁(yè)10.1 概述(i sh)10.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)10.2.1 分類10

3、.2.2 氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)10.2.3 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)10.3 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)10.4 執(zhí)行器的選擇 第十章 執(zhí)行器共四十二頁(yè)1. 按其能源形勢(shì)可分為：（1）氣動(dòng)（pneumatic） 以壓縮空氣(0.14MPa)為能源。輸入信號(hào)范圍:0.020.1MPa特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、平穩(wěn)、輸出推動(dòng)力大、維修方便、防火防爆，價(jià)格便宜。得到廣泛應(yīng)用。利用電/氣轉(zhuǎn)換器(I/P Convertor)420mA 20100KPa（315PSI） 或閥門定位器(Valve positioner)與電動(dòng)儀表配用（2）電動(dòng)（electric motor）靠伺服機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，接受電信號(hào)，易于電動(dòng)儀表配用，功率大，易燃易爆場(chǎng)合

4、(chng h)需防爆（3）液動(dòng)（hydraulic）以液壓為能源、功率大、準(zhǔn)確到位；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)要求高，只能在某些特殊場(chǎng)合。如：煉廠催化裂化裝置中催化劑的流量控制（待生滑閥、再生滑閥）（4）自力式（self-operated）利用被調(diào)介質(zhì)能量來(lái)動(dòng)作的。10.2.1 分類(fn li)共四十二頁(yè)2.按結(jié)構(gòu)分：薄膜式(flexible diaphragm)常用，可與各種形式的直行程閥配用。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、動(dòng)作可靠、維修方便。輸出作用力小活塞式(piston)氣缸活塞機(jī)構(gòu)，輸出力大、行程長(zhǎng)（400mm）。兩位式，主要用作大口徑、高靜壓、高壓差的直行程閥和蝶閥的推動(dòng)裝置，是一種強(qiáng)力的氣動(dòng)(q

5、dn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。長(zhǎng)行程式行程長(zhǎng)、轉(zhuǎn)矩大，多與大轉(zhuǎn)矩的蝶閥、閘閥、風(fēng)門等角行程閥配用。10.2.1 分類(fn li)共四十二頁(yè)10.2.2 氣動(dòng)(q dn)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1.結(jié)構(gòu)上膜蓋、波紋(bwn)膜片、下膜蓋、支架、推桿、壓縮彈簧、彈簧支座、調(diào)節(jié)件、螺母、行程標(biāo)尺波紋膜片關(guān)鍵部件波紋狀以保持有效面積基本保持不變，提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)的線性度膜片有效面積有200，280，400，630，1000和1600cm2有效面積越大，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推動(dòng)力越大共四十二頁(yè)10.2.2 氣動(dòng)(q dn)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1.結(jié)構(gòu)壓縮彈簧 剛度全行程范圍內(nèi)保持(boch)不變，以提高執(zhí)行結(jié)構(gòu)的線性度調(diào)節(jié)件 調(diào)整彈簧支座的位置

6、，從而調(diào)整壓縮彈簧的預(yù)緊量，改變信號(hào)的起始值行程標(biāo)尺 指示執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推桿位移 行程規(guī)格：10，16，25，40，60和100mm六種壓縮彈簧彈簧支座推桿共四十二頁(yè)2.作用：控制信號(hào)（20100KPa）作用在由上膜蓋與波紋膜片組成的氣室中，在波紋膜片中上產(chǎn)生向下的推力，克服壓縮彈簧的彈力使其產(chǎn)生向下的行程。推桿行程傳遞給調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。3.工作原理：膜片受力分析(fnx)：F信 信號(hào)壓力在膜片上產(chǎn)生的推力 ： Po薄膜氣室內(nèi)的信號(hào)壓力 Ad薄膜的有效面積 F0 無(wú)信號(hào)時(shí)彈簧的預(yù)緊力F彈 彈簧受壓后在膜片上產(chǎn)生的反作用力 推桿位移；Cs彈簧剛度PF信F0F彈10.2.2 氣動(dòng)(q dn)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) 共

7、四十二頁(yè)P(yáng)F信F0F彈3.工作(gngzu)原理：膜片受力分析：根據(jù)力平衡關(guān)系： 可得：結(jié)論：無(wú)負(fù)載時(shí)，線性；有負(fù)載時(shí)無(wú)法達(dá)到預(yù)定行程10.2.2 氣動(dòng)(q dn)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) 共四十二頁(yè)4.正反作用(zuyng)：正作用（Direct-Acting）信號(hào)由薄膜氣室上方(shn fn)通入信號(hào)：20100KPa推桿：0全行程反作用（Reverse-Acting）信號(hào)由薄膜氣室下方通入信號(hào)：20100KPa推桿：全行程010.2.2 氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) POPO共四十二頁(yè)10.2.3 電動(dòng)(din dn)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 接收420mA操縱信號(hào)(xnho)，通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)產(chǎn)生推桿的直行程或角行程

8、直行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)共四十二頁(yè)10.1 概述10.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)10.3 調(diào)節(jié)(tioji)機(jī)構(gòu)10.3.1 結(jié)構(gòu)10.3.2 種類10.3.3 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的性能指標(biāo)10.3.4 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的工作性能指標(biāo)10.4 執(zhí)行器的選擇 第十章 執(zhí)行器共四十二頁(yè)1610.3.1 結(jié)構(gòu)(jigu)主要部件(bjin)：閥桿、壓板、填料、上閥蓋、閥體、閥芯、閥座、下閥蓋上閥蓋(Bonnet) 導(dǎo)向、密封填料(Packing)防止流體沿閥桿向上泄露針對(duì)不同流體分為：普通型散熱型（高溫）長(zhǎng)頸型（深冷）波紋管密封型（有毒氣體） 共四十二頁(yè)10.3.2 種類按閥芯動(dòng)作(dngzu)不同分為：直行程和角行程

9、直行程（Sliding-stem）：閥桿帶動(dòng)閥芯沿直線運(yùn)動(dòng) 直通單座閥、直通雙座閥、角型閥、套筒閥、隔膜閥、三通閥等角行程兩大類：閥芯按轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng) 蝶閥、球閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等閘閥(Gate valve)隔膜閥閥（Diaphram valve)蝶閥（Butterfly Valve）球閥（Ball Valve）共四十二頁(yè)1.直通單座閥(Single ported globe valve)直通：出入口在同一條直線上（相對(duì)角型和三通調(diào)節(jié)閥）結(jié)構(gòu)：閥體內(nèi)只有一組閥芯和閥座，流通能力小特點(diǎn)(tdin)：易關(guān)閉，泄漏量（閥芯壓緊閥座后仍能流過(guò)的流量）很小，不平衡力大（流體對(duì)閥芯產(chǎn)生的軸向力，即對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反作用

10、）。適用：低壓差，小口徑場(chǎng)合單座閥 10.3.2 種類18全關(guān)（full closed） 半開(kāi)（half open） 全開(kāi)(qunki)（half open）共四十二頁(yè)1.直行(zh xn)程式（1）直通單座閥閥芯安裝閥芯正裝：閥芯向下移動(dòng)時(shí)，閥芯與閥座間的流通面積減少；閥芯反裝：閥芯向下移動(dòng)時(shí)，閥芯與閥座間的流通面積增大。10.3.2 種類(zhngli)注：管道口徑小于25mm時(shí)閥芯只能正裝不能反裝共四十二頁(yè)2.直通雙座閥Double-ported globe valve結(jié)構(gòu)：體內(nèi)只有兩套閥芯和閥座，流通能力比同口徑的單座閥大特點(diǎn)(tdin)： 不平衡力小流體從兩個(gè)環(huán)形間隙流過(guò)，對(duì)上、下兩

11、個(gè)閥芯所產(chǎn)生的軸向力可以部分抵消 泄漏量較大兩個(gè)閥芯不易同時(shí)關(guān)閉適用：壓差大，對(duì)泄露量要求不嚴(yán)格的場(chǎng)合。10.3.2 種類不適用于高溫、低溫場(chǎng)合（因材料(cilio)熱膨脹不同引起較嚴(yán)重的泄露）共四十二頁(yè)3.角形調(diào)節(jié)閥angle valve 結(jié)構(gòu)：除閥體為直角形外，其它和直通單座相似 特點(diǎn)(tdin)：流道簡(jiǎn)單，不易堵塞，流通能力同直通雙座閥，閥芯只能正裝適用：高粘度、高壓、含顆粒的場(chǎng)合，或要求直角配角的地方10.3.2 種類注：一般使用于底進(jìn)側(cè)出，此時(shí)穩(wěn)定性較好；在高壓(goy)差場(chǎng)合，可采用側(cè)進(jìn)底出，減輕流體對(duì)閥芯的損傷共四十二頁(yè)4. 三通閥（three-way globe valve）

12、結(jié)構(gòu)： 由三個(gè)出入口與管道相連，可分為(fn wi)合流和分流兩種適用： 換熱器溫度控制、簡(jiǎn)單的配比調(diào)節(jié)10.3.2 種類合流(hli)(mixing)分流(diverting)注：合流閥冷熱流溫差不宜超過(guò)150C共四十二頁(yè)235. 蝶閥(翻板閥 butterfly valve)特點(diǎn)：流通能力大（為同口徑雙座閥的1.52倍）；阻力損失??；具有自潔能力；泄漏量大 適用(shyng)：廣泛適用于含有懸浮顆粒、渾濁流體； 尤其大口徑、大流量、低壓差的場(chǎng)合，用于調(diào)節(jié)液體、氣體和蒸汽的流量10.3.2 分類(fn li) 共四十二頁(yè) 調(diào)節(jié)閥流通(litng)面積可變的節(jié)流元件對(duì)不可壓縮流體 A調(diào)節(jié)閥接管

13、面積； P調(diào)節(jié)閥前后差壓； 調(diào)節(jié)閥阻力(zl)系數(shù)； 流體密度。1.流量系數(shù)C調(diào)節(jié)閥容量的大小定義：在給定開(kāi)度下，閥前、后的差壓為100kPa， 流體密度為1000kg/m3時(shí)，每小時(shí)通過(guò)閥門的流體體積m3 ，稱為調(diào)節(jié)閥在該開(kāi)度下的流量系數(shù)。額定流量系數(shù)開(kāi)度100%（全開(kāi)）下的流量系數(shù)，反應(yīng)了閥的流通能力。10.3.4 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的性能指標(biāo)共四十二頁(yè)2.可調(diào)比 R 反映調(diào)節(jié)閥的可調(diào)節(jié)能力定義：調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量Qmax與最小流量Qmin之比注：Qmin是調(diào)節(jié)閥所能穩(wěn)定有效控制的最小流量，與完全關(guān)閉(gunb)的泄漏量不同，一般為Qmax的24泄漏量是指在一定的上、下游壓差且執(zhí)行機(jī)構(gòu)使閥完全

14、關(guān)閉(輸入信號(hào)為105Kpa)。僅為Qmax的0.10.01分為理想可調(diào)比和實(shí)際可調(diào)比（1）理想可調(diào)比閥前后壓差不變時(shí)的可調(diào)比一般國(guó)內(nèi)調(diào)節(jié)閥R=30，國(guó)外R=305010.3.4 調(diào)節(jié)(tioji)機(jī)構(gòu)的性能指標(biāo)共四十二頁(yè)26（0S1）管道和閥的阻力(zl)配置情況（2）實(shí)際可調(diào)比 Rr實(shí)際串并聯(lián)管道閥前后(qinhu)壓差變化串聯(lián)管道一般取S=0.30.7進(jìn)行配管設(shè)計(jì)10.3.4 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的性能指標(biāo)RrS301Rr與S的關(guān)系曲線共四十二頁(yè)27（0X1） 旁通(pn tn)閥對(duì)流量的影響 （2）實(shí)際可調(diào)比 Rr實(shí)際串并聯(lián)管道閥前后(qinhu)壓差變化并聯(lián)管道旁路流量XRr 10.3.4 調(diào)節(jié)

15、機(jī)構(gòu)的性能指標(biāo)RrQ2并聯(lián)管道實(shí)際可調(diào)比曲線注：實(shí)際使用時(shí)應(yīng)盡量避免打開(kāi)旁通閥共四十二頁(yè)28例:已知 Qmax=100m3/h，R=30。 流體密度為1g/cm3閥全關(guān)到全開(kāi)時(shí)，由于串聯(lián)管道的影響，若不考慮閥的泄漏量的影響，閥兩端的壓差從100kPa降到60KPa。 計(jì)算(j sun)S。并分析串聯(lián)對(duì)可調(diào)比的影響解: S=60/100=0.6 Qmin=Qmax/R=100/30=3.33m3/h R=Qmax/Qmin=23.2610.3.3 調(diào)節(jié)(tioji)機(jī)構(gòu)的性能指標(biāo)（2）實(shí)際可調(diào)比 Rr共四十二頁(yè)主要有四種(s zhn)：1.快開(kāi)2.直線3.拋物線4.等百分比（對(duì)數(shù)）10.3.3

16、調(diào)節(jié)(tioji)機(jī)構(gòu)的性能指標(biāo)3.流量特性(1)定義：表示調(diào)節(jié)閥相對(duì)行行程與流過(guò)的相對(duì)流量之間的關(guān)系 Q/Q100相對(duì)流量l/L相對(duì)開(kāi)度固有特性，由閥芯的形狀決定共四十二頁(yè)(2)理想流量特性(txng)：閥前后流量不變時(shí)的流量特性。直線: 等比分比：特點(diǎn)：小開(kāi)度過(guò)于靈敏， 特點(diǎn)：任何開(kāi)度下相對(duì)靈敏度相同 大開(kāi)度過(guò)于遲鈍有利于系統(tǒng)穩(wěn)定，使用最廣拋物線： 快開(kāi)：特點(diǎn)：介于直線與等百分比之間（如三通閥） 特點(diǎn)：適用于迅速啟閉(q b)的主要為彌補(bǔ)直線特性在小開(kāi)度時(shí)性能差設(shè)計(jì) 位式或程序控制10.3.3 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的性能指標(biāo)共四十二頁(yè)31例:已知Qmax=100m3/h，R=30。 試計(jì)算在理想(lx

17、ing)情況下 l/L=0.1, 0.2, 0.8, 0.9 時(shí)的流量Q，并比較直線和等百分比流量特性的控制閥在小開(kāi)度與大開(kāi)度時(shí)流量變化的情況.解: 1.直線Q0.1=13m3/h Q0.2=22.67m3/h Q0.8=80.57m3/h Q0.9=90.33m3/h 0.10.2 Q相對(duì)變化量74.4%；0.80.9 12%（小開(kāi)度時(shí)：控制強(qiáng)，振蕩(zhndng)大開(kāi)度，控制弱，不及時(shí)） 2.等百分比Q0.1=4.68m3/h Q0.2=6.58m3/h Q0.8=50.65mQ0.9=71.17m3/h 0.10.2 Q相對(duì)變化量40%；0.80.9 40% （小開(kāi)度時(shí)：變化小, 平緩大

18、開(kāi)度，變化大，靈敏使用最廣!）10.3.3 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的性能指標(biāo)（2）理想流量特性:共四十二頁(yè)（3）工作(gngzu)流量特性串聯(lián)管道調(diào)節(jié)閥開(kāi)度閥前、后壓差流量特性發(fā)生畸變當(dāng)S1時(shí)，S愈小畸變(jbin)愈嚴(yán)重。與旁路閥并聯(lián)和X值有關(guān)S=0.1S=0.5S=1直線S=0.1S=0.5S=1等百分比10.3.4 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的性能指標(biāo)共四十二頁(yè)33結(jié)論(jiln)：（1）串、并聯(lián)管道均會(huì)使理想流量特性發(fā)生畸變； 畸變程度取決于S和X值。 （2）串、并聯(lián)管道均會(huì)使調(diào)節(jié)閥可調(diào)比下降。為保證控制質(zhì)量，盡可能不使用旁路閥或串聯(lián)截止閥調(diào)節(jié)流量 10.3.3 調(diào)節(jié)(tioji)機(jī)構(gòu)的性能指標(biāo)共四十二頁(yè)10.1 概

19、述10.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)10.3 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)10.4 執(zhí)行器的選擇10.4.1 執(zhí)行器氣開(kāi)、氣關(guān)特性(txng)的選擇10.4.2 執(zhí)行結(jié)構(gòu)的選擇10.4.3 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的選擇 第十章 執(zhí)行器共四十二頁(yè)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(jgu) 教材P213正作用 正裝 氣（風(fēng)）關(guān)正作用 反裝 氣（風(fēng)）開(kāi)反作用 反裝 氣（風(fēng)）關(guān)反作用 正裝 氣（風(fēng)）開(kāi)1. 什么是氣動(dòng)(q dn)執(zhí)行器的氣開(kāi)氣關(guān)選擇？氣開(kāi)：Air to Open (Failure to Close)氣關(guān)：Air to Close (Failure to Open)10.4.1 執(zhí)行器氣開(kāi)、氣關(guān)的選擇注：電動(dòng)執(zhí)行器內(nèi)部具有掉電自鎖功能，故斷電時(shí)能保持

20、原開(kāi)度不變。一般不涉及電開(kāi)/電關(guān)問(wèn)題共四十二頁(yè)3610.4.1 執(zhí)行器氣開(kāi)、氣關(guān)的選擇(xunz)2.選擇(xunz)原則： 保證氣壓中斷（回零）后閥門自動(dòng)歸位到工藝安全位置氣開(kāi)（風(fēng)開(kāi)）：有氣則開(kāi)，無(wú)氣則關(guān)，信號(hào)，開(kāi)度氣關(guān)（風(fēng)關(guān)）：有氣則關(guān)，無(wú)氣則開(kāi)，信號(hào)，開(kāi)度氣開(kāi)閥（信號(hào)中斷下自動(dòng)切斷燃料）若防止液位過(guò)低,氣開(kāi)閥共四十二頁(yè)10.2.2 氣動(dòng)(q dn)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) 共四十二頁(yè)3810.4.2 執(zhí)行(zhxng)結(jié)構(gòu)的選擇考慮因素：能源、工藝要求、安全、調(diào)節(jié)精度、經(jīng)濟(jì)效益及現(xiàn)場(chǎng)(xinchng)情況等一般來(lái)說(shuō)：氣動(dòng)便宜，安全防爆；電動(dòng)能源方便，價(jià)格貴如無(wú)氣源，使用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或自力式閥門調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為直行程的，應(yīng)選用直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu) 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為角行程的，應(yīng)選用角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)若調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的不平衡力較小，行程較短，選用薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) 若調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的不平衡力較大，管徑粗，行程較長(zhǎng)，選用活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)共四十二頁(yè)1.結(jié)構(gòu)形式和材質(zhì)的選擇工藝條件：溫度、壓差、流量、泄漏量物性：粘度、密度、結(jié)晶、結(jié)焦切斷、高溫、高壓、大壓差、耐腐蝕、防堵塞、超小流量2.泄漏量 泄漏量：在全關(guān)位置且施