化工儀表及自動化-執(zhí)行器

1、第六章執(zhí)行器青島啤酒酒西安漢漢斯使用用的電動動調(diào)節(jié)閥閥電動調(diào)節(jié)節(jié)閥應用用于化工工行業(yè)主要內(nèi)容容概述 氣動執(zhí)行行器電動執(zhí)行行器電-氣轉換器器及電-氣閥門定定位器數(shù)字閥與與智能控控制閥概述執(zhí)行器在在自控系系統(tǒng)中的的作用執(zhí)行器是是指：閥閥門調(diào)調(diào)節(jié)閥(連續(xù)的)、開關閥閥(過程控制制范疇)電機連連續(xù)的、開關的的(屬于流體體機械的的范疇，起執(zhí)行行器的作作用)執(zhí)行器在在自控系系統(tǒng)中的的作用：接收控控制器輸輸出的控控制信號號，使控控制閥的的開度產(chǎn)產(chǎn)生相應應變化，從而達達到調(diào)節(jié)節(jié)操作變量量流量的目的。回顧執(zhí)行器分分類氣動執(zhí)行行器電動執(zhí)行行器液動執(zhí)行行器推力最大大，但較較笨重，現(xiàn)很少少使用（化工領領域）用壓縮空空

2、氣為能能源，結構簡單單、動作作可靠、平穩(wěn)、輸出推推動力大大、維修修方便、防火防防爆、價價格較低低、廣泛泛應用于于化工、煉油生生產(chǎn)。標準氣壓壓信號：0.02-0.1MPa作用是將輸入入的直流流電流信信號線性性地轉換換為位移移量。信信號傳遞遞迅速，安全防防爆性能能較差，在行程程受阻或或閥桿被被軋住時時電機易易受損。第一節(jié)氣動執(zhí)行行器組成：執(zhí)執(zhí)行機構構和控制制機構執(zhí)行機構構：執(zhí)行行機構是是指根據(jù)據(jù)控制器器控制信信號產(chǎn)生生推力或或位移的的裝置。控制機構構：控制制（調(diào)節(jié)節(jié)）機構構是根據(jù)據(jù)執(zhí)行機機構輸出出信號去去改變能能量或物物料輸送送量的裝裝置，通通常指控控制閥?，F(xiàn)場有時時就將執(zhí)執(zhí)行器稱稱為控制制閥。輔

3、助裝置置：（1）閥門定定位器：利用反反饋原理理來改善善執(zhí)行器器的性能能，實現(xiàn)現(xiàn)準確的的定位；（2）手輪機機構：控控制器無無輸出或或執(zhí)行機機構失靈靈時，直直接操縱縱控制閥閥。氣動執(zhí)行行器的結結構與分分類氣動執(zhí)行行器的執(zhí)執(zhí)行機構構和調(diào)節(jié)節(jié)機構是是統(tǒng)一的的整體。氣動執(zhí)行行機構主主要分為為薄膜式和活塞式?；钊奖∧な竭@種執(zhí)行行機構的的輸出位位移與輸輸入氣壓壓信號成成比例關關系。當當壓力與與彈簧的的反作用用力平衡衡時,推桿穩(wěn)定定在某一一位置,信號壓力力越大,推桿的位位移量也也越大。(推桿的位位移即為為執(zhí)行機機構的直直線輸出出位移,也稱行程程。)薄膜式正作用形形式:信號壓力力增大,推桿向下下。反作用形形式

4、:信號壓力力增大,推桿向上上。按連桿最最大位移移行程確定定規(guī)格：10，16，25，40，60，100mm傳統(tǒng)型國產(chǎn)正作用式式執(zhí)行機構構稱為ZMA型，反作用式式執(zhí)行機構構稱為ZMB型。較大口口徑的控控制閥都都是采用用正作用用的執(zhí)行行機構。信號壓壓力通過過波紋膜膜片的上上方（正正作用式式）或下下方（反反作用式式）進入入氣室。側裝式氣氣動執(zhí)行行機構（增力式式執(zhí)行機機構）特點：薄薄膜式膜膜頭裝在在支架的的側面(2)活塞式活塞式執(zhí)執(zhí)行機構構屬于強強力氣動動執(zhí)行機機構。其其氣缸允允許操作作壓力高高達0.5MPa，且無彈彈簧抵消消推力，因此輸輸出推力力很大，特別適適用于高高靜壓、高壓差差、大口口徑場合合。它

5、的輸出出特性有有兩位式和比例式。兩位式是根據(jù)活活塞兩側側的操作作壓力的的大小而而動作，活塞由由高壓側側推向低低壓側，使推桿桿從一個個極端位位置移動動到另一一個極端端位置，其行程程達25100mm，適用于于雙位控控制系統(tǒng)統(tǒng)；比例式是指推桿桿的行程程與輸入入壓力信信號成比比例關系系，必須須帶有閥閥門定位位器，它它適用于于控制質質量要求求較高的的系統(tǒng)。調(diào)節(jié)機構構是執(zhí)行行器的調(diào)調(diào)節(jié)部分分，在執(zhí)執(zhí)行機構構的輸出出力和輸輸出位移移作用下下，調(diào)節(jié)節(jié)機構閥閥芯的運運動，改改變了閥閥芯與閥閥座之間間的流通通截面積積，即改改變了調(diào)調(diào)節(jié)閥的的阻力系系數(shù)，使使被控介介質流體體的流量量發(fā)生相相應變化化。2、控制機機構控

6、制機構構即控制制閥，實實際上是是一個局局部阻力力可以改改變的節(jié)節(jié)流元件件（1）直通單單座控制制閥（2）直通雙雙座控制制閥（3）角形控控制閥（4）三通控控制閥（5）隔膜控控制閥（6）蝶閥（7）球閥（8）凸輪撓撓曲閥（9）籠閥控制閥種種類（結結構不同同）直通單座座調(diào)節(jié)閥閥：閥體內(nèi)只只有一個個閥芯和和一個閥閥座。結構簡單單、泄漏漏量?。ㄉ踔量煽梢酝耆袛啵┰试S壓差差?。p導向向結構的的允許壓壓差較單單導向結結構大）。直通單座座調(diào)節(jié)閥閥它適用于于要求泄泄漏量小小，工作作壓差較較小的干干凈介質質的場合合。在應應用中應應特別注注意其允允許壓差差，防止止閥門關關不死。直通雙座座調(diào)節(jié)閥閥：閥體內(nèi)有有兩個閥閥

7、芯和閥閥座。因為流體體對上、下兩閥閥芯上的的作用力力可以相相互抵消消，因此此雙座閥閥具有允允許壓差差大上、下兩兩閥芯不不易同時時關閉，因此泄泄漏量較較大的特特點。直通雙座座調(diào)節(jié)閥閥它適用于于閥兩端端壓差較較大，泄泄漏量要要求不高高的干凈凈介質場場合，不不適用于于高粘度度和含纖纖維的場場合。正作用：閥芯向下下，閥桿桿向下，流通面面積減少少。反作用：閥芯向上上，閥桿桿向下，流通面面積增大大。正反作用用角形調(diào)節(jié)節(jié)閥：閥體為直直角形流路簡單單、阻力力小，適適用于高高壓差、高粘度度、含有有懸浮物物和顆粒粒狀物質質的調(diào)節(jié)節(jié)。角形閥一一般使用用于底進進側出，此時調(diào)調(diào)節(jié)閥穩(wěn)穩(wěn)定性好好，在高壓差差場合下下，為了

8、了延長閥閥芯使用用壽命，也可采采用側進進底出。但側進進底出在在小開度度時易發(fā)發(fā)生振蕩蕩。角形閥還還適用于于工藝管管道直角角形配管管的場合合。角形調(diào)節(jié)節(jié)閥三通調(diào)節(jié)節(jié)閥：閥體有三三個接管管口，適適用于三三個方向向流體的的管路控控制系統(tǒng)統(tǒng)，大多多用于熱熱交換器器的溫度度調(diào)節(jié)、配比調(diào)調(diào)節(jié)和旁旁路調(diào)節(jié)節(jié)。在使用中中應注意意流體溫溫差不宜宜過大，通常小小于是150，否則會會使三通通閥產(chǎn)生生較大應應力而引引起變形形，造成成連接處處泄漏或或損壞。三通閥有有三通合合流閥和和三通分分流閥兩兩種類型型。三通通合流閥閥為介質質由兩個個輸入口口流進混混合后由由一出口口流出；三通分分流閥為為介質由由一入口口流進，分為兩兩

9、個出口口流出。三通調(diào)節(jié)節(jié)閥隔膜控制制閥：耐腐蝕性性強。結結構簡單單，流路路阻力小小，流量量系數(shù)大大，無泄泄漏量。隔膜控制制閥蝶閥：蝶閥是通通過擋板板以轉軸軸為中心心旋轉來來控制流流體的流流量。結構緊湊湊、體積積小、成成本低，流通能能力大特別適用用于低壓壓差、大大口徑、大流量量的氣體體形或帶帶有懸浮浮物流體體的場合合泄漏較大大蝶閥通常常工作轉轉角應小小于70，此時流流量特性性與等百百分比特特性相似似多用于開開關閥蝶閥“O”形球閥：閥芯為一一球體閥芯上開開有一個個直徑和和管道直直徑相等等的通孔孔，轉軸軸帶動球球體旋轉轉，起調(diào)調(diào)節(jié)和切切斷作用用。該閥結構構簡單，維修方方便，密密封可靠靠，流通通能力大

10、大流量特性性為快開開特性，一般用用于位式式控制。O”形球閥“V”形球閥：閥芯也為為一球體體但球體上上開孔為為V形口，隨隨著球體體的旋轉轉，流通通截面積積不斷發(fā)發(fā)生變化化，但流流通截面面的形狀狀始終保保持為三三角形。該閥結構構簡單，維修方方便，關關閉性能能好，流流通能力力大，可可調(diào)比大大流量特性性近似為為等百分分比特性性，適用用于纖維維、紙漿漿及含顆顆粒的介介質?！癡”形球閥偏心旋轉轉閥：轉軸帶動動閥芯偏偏心旋轉轉體積小，重量輕輕，使用用可靠，維修方方便，通通用性強強，流體體阻力小小等優(yōu)點點，適用用于粘度度較大的的場合，在石灰灰、泥漿漿等流體體中，具具有較好好的使用用性能。偏心旋轉轉閥（凸凸輪撓

11、曲曲閥）套筒閥：套筒閥的的結構比比較特殊殊，閥體體與一般般的直通通單座閥閥相似，但閥內(nèi)內(nèi)有一個個圓柱形形套筒，又稱籠籠子，利利用套筒筒導向，閥芯可可在套筒筒中上下下移動。套筒上開開有一定定形狀的的窗口（節(jié)流孔孔），套套筒移動動時，就就改變了了節(jié)流孔孔的面積積，從而而實現(xiàn)流流量調(diào)節(jié)節(jié)。套筒閥分分為單密密封和雙雙密封兩兩種結構構，前者者類似于于直通單單座閥，適用于于單座閥閥的場合合；后者者類似于于直通雙雙座閥，適用于于雙座閥閥的場合合。套筒閥具具有穩(wěn)定定性好、拆裝維維修方便便等優(yōu)點點，因而而得到廣廣泛應用用，但其其價格比比較貴。套筒閥閥小結二、控制制閥的流流量特性性定義：流流量特性性是指流流過閥門

12、門的調(diào)節(jié)節(jié)介質的的相對流流量與閥閥桿的相相對行程程（閥門門的相對對開度）之間的的關系。數(shù)學表達式類型：理理想特性性、工作作特性改變控制制閥與閥閥座間的的流通截截面積，可控制制流量。調(diào)節(jié)閥前前后壓差差的變化化，會引引起流量量變化。流量特特性分為為理想流流量特性性和實際際流量特特性表示控制閥某一開度的流量與全開時流量之比，稱為相對流量。表示控制閥某一開度下閥桿行程與全開時閥桿全行程之比，稱為相對開度。調(diào)節(jié)閥的的固有特特性，由由閥芯的的形狀所所決定。1-快開特性性2-直線特性性3-拋物線特特性4-等百分比比（對數(shù)數(shù)）特性性控制閥的的理想流流量特性性(P一定)調(diào)節(jié)閥的的相對流流量與相相對位移移成直線線

13、關系，即單位位位移變變化所引引起的流流量變化化是常數(shù)數(shù)(1)直線流量量特性可調(diào)比R反映調(diào)節(jié)節(jié)閥的調(diào)調(diào)節(jié)能力力的大小小定義:調(diào)節(jié)閥所所能調(diào)節(jié)節(jié)的最大大流量和和最小流流量之比比Qmin不是控制制閥全關關時的泄泄漏量，是Qmax的2%-4%.國產(chǎn)控制制閥：R=30。在10%時，流量量的相對對值為：在50%時，流量量的相對對值為：在80%時，流量量的相對對值為：放大系數(shù)數(shù)K是一個常常數(shù)，不不管閥桿桿原來在在什么位位置，只只要閥桿桿有相同同的變化化，流量量的數(shù)值值也做相相同的變變化。因因此在開開度較小時流流量相對對變化值值大，靈靈敏度過過高，控控制作用用過強，容易產(chǎn)產(chǎn)生振蕩蕩，對控控制不利利；在開開度較

14、大大時流量量相對變變化值小小，靈敏敏度又太太小，控控制緩慢慢，削弱弱了控制制作用。不適宜宜用于負負荷變化化大的場場合。單位相對對位移變變化所引引起的相相對流量量變化與與此點的的相對流流量成正正比關系系(2)等百分比比流量特特性（對對數(shù)流量量特性）對數(shù)閥的的放大系系數(shù)K隨著相對對開度增增加而增增加。在在小開度度時控制制閥的放放大系數(shù)數(shù)小，控控制平穩(wěn)穩(wěn)緩和；在大開開度時放放大系數(shù)數(shù)大，控控制靈敏敏。單位相對對位移的的變化所所引起的的相對流流量變化化與此點點的相對對流量值值的平方方值的平平方根成成正比關關系(3)拋物線流流量特性性在開度較較小時就就有較大大的流量量，隨著著開度的的增大，流量很很快就達

15、達到最大大；此后后再增加加開度，流量變變化很小小有效位移移一般為為閥座直直徑的1/4適用于迅迅速啟閉閉的位式式控制或或程序控控制系統(tǒng)統(tǒng)(4)快開流量量特性上述4種流量特特性中：直線和和等百分分比最常常用?？扉_閥：適用于于迅速啟啟閉的雙雙位控制制系統(tǒng)。2.工作流量量特性定義：實實際上控控制閥的的前后壓壓差是變變化的，此時得得到的控控制閥的的相對流流量與相相對開度度之間的的關系稱稱為工作作流量特特性。串聯(lián)管道道情況串聯(lián)管道道控制閥閥壓差變變化配管系數(shù)數(shù)S：控制閥閥全開時時，控制制閥上壓壓差p1與系統(tǒng)總總壓差p之比。S=1時，系統(tǒng)統(tǒng)的總壓壓差全部部降在控控制閥上上，工作作流量特特性就表表現(xiàn)為理理想流

16、量量特性。(2)流量特性性畸變（0.3S0.6:認為工作作特性與與理想特特性相同同。0.3S0.6:S0.3（流量特特性畸變變很大）:節(jié)能運行行，可以以進行靜靜態(tài)非線線性補償償在實際使使用中，S選得過大大或過小小都有不不妥之處處。S選得過大大，在流流量相同同情況下下，管路路阻力損損耗不變變，但是是閥上壓壓降很大大，消耗耗能量過過多；S選得過小小，則對對調(diào)節(jié)不不利。一般希望望S值最小不不低于0.3。配管系數(shù)數(shù)S的選擇：（2）并聯(lián)管管道的工工作流量量特性作用：（1）方便手手動操作作和維護護（2）當生產(chǎn)產(chǎn)量提高高或控制制閥選小小時，可可將旁路路閥打開開一些總結（串串、并聯(lián)聯(lián)管道）串、并聯(lián)聯(lián)管道都都會

17、使閥閥的理想想流量特特性發(fā)生生畸形，串聯(lián)管管道的影影響尤為為嚴重。串、并聯(lián)聯(lián)管道都都會使控控制閥的的可調(diào)范范圍降低低，并聯(lián)聯(lián)管道尤尤為嚴重重。串聯(lián)管道道使系統(tǒng)統(tǒng)總流量量減少，并聯(lián)管管道使系系統(tǒng)總流流量增加加。串、并聯(lián)聯(lián)管道會會使控制制閥的放大系數(shù)數(shù)減小，即輸入入信號引引起的流流量變化化值減小小。串聯(lián)管道道時控制制若處于于大開度度，則s值降低對對放大系系統(tǒng)影響響更為嚴嚴重；并并聯(lián)管道道刊控制制閥處于于小開度度，則x值降低對對放大系系統(tǒng)影響響更為嚴嚴重。三、控控制閥閥的選用用一般包括括：控制閥結結構形式式及特性性的選擇擇；氣開式、氣關式式的選擇擇；控制閥口口徑選擇擇主要依據(jù)據(jù)是：（1）流體性質質如

18、如流體種種類、粘粘度、腐腐蝕性、是否含含懸浮顆顆粒（2） 工藝藝條件如如溫溫度、壓壓力、流流量、壓壓差、泄泄漏量（3） 過程程控制要要求控控制系系統(tǒng)精度度、可調(diào)調(diào)比、噪噪音根據(jù)以上上各點進進行綜合合考慮，并參照照各種調(diào)調(diào)節(jié)機構構的特點點及其適適用場合合，同時時兼顧經(jīng)經(jīng)濟性，來選擇擇滿足工工藝要求求的調(diào)節(jié)節(jié)機構。（1）控制閥閥結構形形式及特特性的選選擇；依據(jù)：工藝條件件調(diào)節(jié)介質質特性例如，當當控制閥閥前后壓壓差較小小，要求求泄漏量量也較小小的場合合應選用用直通單單座閥；當控制制閥前后后壓差較較大，并并且允許許有較大大泄漏量量的場合合選用直直通雙座座閥；當當介質為為高粘度度，含有有懸浮顆顆粒物時時

19、，為避避免粘結結堵塞現(xiàn)現(xiàn)象，便便于清洗洗應選用用角型控控制閥。5.6.2流量特性性的選擇擇通常是指指如何合合理選擇擇線性和和對數(shù)流流量特性性。選擇步驟驟：(1)根據(jù)過程程特性，選擇閥閥的工作作特性；(2)根據(jù)配管管情況，從所需需的工作作特性出出發(fā)，推推斷理想想流量特特性。選擇原則則：使整整個廣義義對象具具有線性性特征。控制閥特特性的選選取要能能夠補償償廣義對對象特性性的非線線性性。主要從工工藝生產(chǎn)產(chǎn)上安全全要求出出發(fā)。信信號壓力力中斷時時，應保保證設備備和操作作人員的的安全。如果閥閥處于打打開位置置時危害害性小，則應選選用氣關關式，以以使氣源源系統(tǒng)發(fā)發(fā)生故障障，氣源源中斷時時，閥門門能自動動打

20、開，保證安安全。反反之閥處處于關閉閉時危害害性小，則應選選用氣開開閥。選擇要求求氣開式調(diào)調(diào)節(jié)閥:有信號壓壓力輸入入時閥打打開無信號壓壓力時閥閥全關氣關式調(diào)調(diào)節(jié)閥:有信號壓壓力時閥閥關閉無信號壓壓力時閥閥全開2.氣開式與與氣關式式的選擇擇序號執(zhí)行機構控制閥氣動執(zhí)行器（a）（b）（c）（d）正正反反正反正反氣關（反）氣開（正）氣開（正）氣關（反）表11-1組合方式式表圖11-11 組合方式圖因：供氣氣中斷時時，應使使給水閥閥全開，使得鍋鍋爐不致致燒干引引起爆炸炸。故：選氣氣關閥。鍋爐汽包包水位控控制帶控控制點的的流程圖圖例：鍋鍋爐汽包包水位的的控制氣關閥例2：加熱爐爐爐溫的的控制因：供氣氣中斷時時

21、，應使使燃料閥閥全關，停止供供應燃料料油，不不致使加加熱爐溫溫度過高高燒壞爐爐子。故：選氣氣開閥。加熱爐溫溫度控制制帶控制制點的流流程圖氣開閥3、控制閥閥口徑的的選擇原因：口徑選擇擇過小，會使流流經(jīng)控制制閥的介介質達不不到所需需要的最最大流量量若企圖通通過開大大旁路閥閥來彌補補介質流流量的不不同，會會使閥的的流量特特性產(chǎn)生生畸變；口徑選擇擇過大，不僅會會浪費設設備投資資，而且且會使控控制閥經(jīng)經(jīng)常處于于小開度度工作,控制性能能變差,容易使控控制系統(tǒng)統(tǒng)變得不不穩(wěn)定依據(jù)：流流通能力力，用流流量系數(shù)數(shù)KV表示。因為：流流量系數(shù)數(shù)KV直接反映映了流體體通過控控制閥的的最大能能力。流通能力力定義：控制閥閥

22、全開時時，閥前前后壓差差為100kPa、流體密密度為1g/cm2時，每小小時流經(jīng)經(jīng)控制閥閥的流量量值（m3/h）不可壓縮縮流體,計算公式式:把上述參參數(shù)代入入流量方方程，即即可算出出實際工工況的流流經(jīng)閥門門的流量量事實上，這里提提出流量量系數(shù)的的概念，用意不不在流量量的計算算上，真真正目的的是根據(jù)工藝藝要求如如何來選選擇一臺臺合適的的調(diào)節(jié)閥閥。根據(jù)工藝藝要求，即流量量Q、前后差差壓P、介質密密度，可以用用下式來來計算調(diào)調(diào)節(jié)閥的的流量系系數(shù)，并并以此來來作為閥閥門口徑徑選擇的的依據(jù)之之一：注意：上上式中各各參數(shù)的的單位上式只適適用于一一般的流流體（如如水或者者類似流流體）流體的種種類和性性質將影影響KV的大小，因此對對不同的的流體必必須考慮慮其對流流量系數(shù)數(shù)的影響響流體的流流動狀態(tài)態(tài)也將影影響Kv的大小流量系數(shù)數(shù)的計算算485.6.5安裝使用用安裝使用用應考慮慮以下幾幾個問題題（P101）:(1)垂直安裝裝在水平平管道上上。(2)環(huán)境溫度度要求：-40溫度U2，輸出電電壓USC= U1-U2反之，當當鐵芯下下移時，有U2U1，此時輸輸出電壓壓USC= U2-U1，其相位與與上述相相反。信號