第5章过程执行仪表ppt课件

1、第第5章章 过程执行仪表过程执行仪表执行机构2调理机构3 3概述3 1电气转化器和阀门定位器4第第5章章 过程执行仪表过程执行仪表过程执行仪表，简称执行器。过程执行仪表，简称执行器。执行器是自动控制系统的终端执行部执行器是自动控制系统的终端执行部件，其作用是接受控制器送来的控件，其作用是接受控制器送来的控制信号，并根据信号的大小直接改制信号，并根据信号的大小直接改动支配量，从而到达对被控变量进动支配量，从而到达对被控变量进展控制的目的。展控制的目的。在延续消费过程中，运用最多的在延续消费过程中，运用最多的 执行器就是各种调理阀。执行器就是各种调理阀。 5-1 概述概述p执行器的组成执行器的组成

2、p执行器由执行机构和调理机构执行器由执行机构和调理机构组成。组成。p执行机构：是执行器的推进安执行机构：是执行器的推进安装，根据控制信号的大小，产生装，根据控制信号的大小，产生相应的推力或扭矩，从而使调理相应的推力或扭矩，从而使调理机构产生相应的开度变化。机构产生相应的开度变化。p调理机构：是执行器的调理部调理机构：是执行器的调理部件，直接与被控介质接触，当其件，直接与被控介质接触，当其开度发生变化时，被控介质流量开度发生变化时，被控介质流量将被改动，从而实现自动控制。将被改动，从而实现自动控制。p 执行器的分类执行器的分类p 按其所运用的能源，可分为：按其所运用的能源，可分为：p 气动执行器

3、；气动执行器；p 电动执行器；电动执行器；p 液动执行器。液动执行器。p 在实践运用中，运用最多的是气动执行器，其在实践运用中，运用最多的是气动执行器，其次是电动执行器，最少的是液动执行器。次是电动执行器，最少的是液动执行器。p 气动执行器是以紧缩气动执行器是以紧缩空气为能源的执行器。空气为能源的执行器。p特点：特点：p具有构造简单、动作具有构造简单、动作可靠、安装方便、本质可靠、安装方便、本质防爆、价钱较为廉价等防爆、价钱较为廉价等特点。特点。p运用最多的是气动薄运用最多的是气动薄膜执行器，如下图。膜执行器，如下图。p电动执行器是以电为能源的执行器。电动执行器是以电为能源的执行器。p特点特点

4、p与气动执行器比较，具有能源取用方便、信号传与气动执行器比较，具有能源取用方便、信号传输速度快、传送间隔远、灵敏度及精度高等特点。输速度快、传送间隔远、灵敏度及精度高等特点。p构造复杂、不易于维护、防爆性能不如气动执行构造复杂、不易于维护、防爆性能不如气动执行器。器。p液动执行器是以加压液体为能源的执行器。运用液动执行器是以加压液体为能源的执行器。运用较少。较少。 5-2 执行机构执行机构一、气动执行机构一、气动执行机构p气动执行机构分类：气动执行机构分类：薄膜式执行机构活塞式执行机构长行程执行机构滚筒膜片式执行机构1、薄膜执行机构、薄膜执行机构p执行机构按动作方式执行机构按动作方式可分为正作

5、用和反作可分为正作用和反作用：用：p输入信号增大，阀杆输入信号增大，阀杆下移，为正作用阀；下移，为正作用阀；p输入信号增大，阀杆输入信号增大，阀杆上移，为反作用阀。上移，为反作用阀。p行程：推杆的位移行程：推杆的位移执行机构的输出执行机构的输出输入信输入信号增大，号增大，阀杆下阀杆下移，为移，为正作用正作用阀；阀；输入信号输入信号增大，阀增大，阀杆上移，杆上移，为反作用为反作用阀。阀。气动薄膜调理阀输入与输出关系表示为：气动薄膜调理阀输入与输出关系表示为：p薄膜执行机构任务原理：薄膜执行机构任务原理：任务原理：行程与输入气压信号成正比。任务原理：行程与输入气压信号成正比。2、活塞式执行机构、活

6、塞式执行机构p活塞式执行机构的最大活塞式执行机构的最大操作压力可达操作压力可达500kPa，因此具有较大的推力。因此具有较大的推力。p主要做大口径、高静压、主要做大口径、高静压、高压差阀和蝶阀等的推进高压差阀和蝶阀等的推进安装。安装。p活塞式执行机构的构造活塞式执行机构的构造如下图。如下图。输入信号增大，输入信号增大，阀杆下移，为正阀杆下移，为正作用阀；作用阀；输入信号增大，输入信号增大，阀杆上移，为反阀杆上移，为反作用阀。作用阀。二、电动执行机构二、电动执行机构p电动执行机构按其输出方式可分为角行程和直行程电动执行机构按其输出方式可分为角行程和直行程执行机构两大类。执行机构两大类。p角行程将

7、控制信号转换为输出轴的转角输出。角行程将控制信号转换为输出轴的转角输出。p直行程将控制信号转换为输出轴的直线位移输出。直行程将控制信号转换为输出轴的直线位移输出。o角行程电动执行机构原理角行程电动执行机构原理电动执行机构由伺服放大器和执行机构两部分组成。电动执行机构由伺服放大器和执行机构两部分组成。执行机构又包括两相伺服电动机、减速器和位置发送器。执行机构又包括两相伺服电动机、减速器和位置发送器。执行机构选型执行机构选型可靠性；可靠性；平安防爆平安防爆 经济性；经济性；气动执行机构的最大缺乏就是需另设置气源站，添加了费气动执行机构的最大缺乏就是需另设置气源站，添加了费用；电动阀的驱动源随地可取

8、。用；电动阀的驱动源随地可取。 动作平稳、足够的输出力；动作平稳、足够的输出力； 分量外观；分量外观； 构造简单、维护方便。构造简单、维护方便。 5-3 调理机构调理机构p 调理机构，也称作阀组调理机构，也称作阀组件，简称为阀，是一个件，简称为阀，是一个部分阻力可以改动的节部分阻力可以改动的节流部件。流部件。p 调理机构是按照节流原调理机构是按照节流原理来任务的。理来任务的。阀阀o阀的流量特性方程：阀的流量特性方程：122()ppAQ32123/kg /mQmsmp pPa流体体积流量，；A -阀的接管截面积， ；，阀前后压力， ；流体密度，；阻力系数。o节流原理：节流原理：o当阀构造确定，接

9、纳截当阀构造确定，接纳截面积也一定，并假设阀面积也一定，并假设阀前后压差前后压差p1-p2不变时，流过阀的流量不变时，流过阀的流量Q仅随阻力系数变化。仅随阻力系数变化。o当阀开度增大时，阻力当阀开度增大时，阻力系数减小，流量系数减小，流量Q增大；增大；o当阀开度减小时，阻力当阀开度减小时，阻力系数增大，流量系数增大，流量Q减小。减小。1、直通双座阀、直通双座阀阀体内有两个阀芯和阀体内有两个阀芯和两个阀座。两个阀座。2、直通单座阀、直通单座阀只需一个阀芯和一个阀只需一个阀芯和一个阀座，其他构造与直通双座，其他构造与直通双座阀类似。座阀类似。 阀芯可以正装或者阀芯可以正装或者反装，如下图。反装，如

10、下图。 正装：阀芯下移，正装：阀芯下移，流通面积减小；流通面积减小； 反装：阀芯下移，反装：阀芯下移，流通面积增大流通面积增大气开：是指随着执行器输入信号的增大，阀的流通截气开：是指随着执行器输入信号的增大，阀的流通截面积也增大；面积也增大；气关：是指随着执行器输入信号的增大，阀的流通截气关：是指随着执行器输入信号的增大，阀的流通截面积减小。面积减小。留意：利用执行机构的正、反作用和调理机构阀芯的留意：利用执行机构的正、反作用和调理机构阀芯的正、反装来实现执行器的气开或气关。有四种组合方正、反装来实现执行器的气开或气关。有四种组合方式，如下图。式，如下图。气开、气关概念气开、气关概念四种组合四

11、种组合反作用反作用反作用反作用正作用正作用正作用正作用气关式气关式气开式气开式反装阀反装阀正装阀正装阀P入入P入入P入入P入入QQQQ3、其他构造方式的调理机构、其他构造方式的调理机构二、流量系数二、流量系数p流量系数的定义：在给定行程下，阀前后压差为流量系数的定义：在给定行程下，阀前后压差为100kPa，流体的密度为，流体的密度为1000kg/m3的条件下，的条件下，每小时流经阀的流体流量数。通常用每小时流经阀的流体流量数。通常用Kv来表示。来表示。p在工程中，常以阀全开时的最大流量系数Kmax来表示Kv值，称为额定流量系数。例：阀标注的Kv为20，那么表示阀全开且阀前后压差为100kPa时

12、，每小时能经过的纯水量为20m33412122 () 1010360016.116.110016.15.091000vppAQppAApAAK在实践运用时，在实践运用时，A的单位通常取的单位通常取cm2，p1，p2的单位取的单位取kPa，Q的单位为的单位为m3/h，其它不变。，其它不变。10vpQ Kp流量方程与流量系数的关系流量方程与流量系数的关系122 ()ppAQo可调比:指阀所能控制的最大流量与最小流量之比。o通常，可调比用 R 表示，即：三、可调比三、可调比1、理想可调比：阀前后压差不变时。、理想可调比：阀前后压差不变时。maxmamaxminminxmin1010vvvvpKQQp

13、KKRK理性可调比等于最大流量系数与最小流量系数之比。理性可调比等于最大流量系数与最小流量系数之比。一致设计时，一致设计时，R=302、实践可调比、实践可调比p阀在实践运用时常与管道串联或者与旁路系统并联，阀在实践运用时常与管道串联或者与旁路系统并联，阀两端压差变化，此时的可调比称为实践可调比。用阀两端压差变化，此时的可调比称为实践可调比。用Rr表示。表示。串联管道系统可调比串联管道系统可调比并联管道系统可调比并联管道系统可调比1minmaxmax1minmin1max1maxmin1010vrvpKQpRRQppKp对于串联管道系统可调比：对于串联管道系统可调比：p1min：阀在最大开度时的

14、阀前后压差；：阀在最大开度时的阀前后压差；p1max：阀在最小开度时的阀前后压差；：阀在最小开度时的阀前后压差；RrR SminPSPS为阀全开时，阀前后压差与为阀全开时，阀前后压差与系统总压差之比，所以：系统总压差之比，所以：结论：随着结论：随着S的减小，实践可的减小，实践可调比将减小，阀的控制才干将调比将减小，阀的控制才干将下降。下降。(要求要求S不小于不小于0.3)阀在最小开度时的阀前后压差阀在最小开度时的阀前后压差p1max，约等于总压差，约等于总压差p；max1minminrQpRRQp令：令：p对于并联管道系统可调比：对于并联管道系统可调比： 1max21min2rQQRQQQ1m

15、ax，Q1min：阀能控制的最大，最小流量；：阀能控制的最大，最小流量；Q2：旁路流量；：旁路流量；总管最大流量总管最大流量Qmax:max21maxQQQmax1min2rQRQQ1max1maxmaxmax1min1minmax1minmax1min/QQQQRxQQQQQQxR1max2max1maxmaxmax(1)QQQQQQx为控制阀全开时，流经阀的为控制阀全开时，流经阀的最大流量与总管流量之比。最大流量与总管流量之比。令：令：1maxmaxQxQ2max(1)QQx(1)rRRRRx上述两式代入，得：上述两式代入，得：2maxQQ和之间关系1minmaxQQ和之间关系max1mi

16、n2rQRQQ21minmaxQQQ找出，和之间关系结论：随着结论：随着x的减小，实践可的减小，实践可调比将大大减小，阀的控制才调比将大大减小，阀的控制才干将下降。干将下降。(要求要求X不小于不小于0.8)(1)rRRRRx四、流量特性四、流量特性o阀的流量特性阀的流量特性:是指介质流过阀的相对流量与阀芯是指介质流过阀的相对流量与阀芯相对位移之间的关系。相对位移之间的关系。1理想流量特性理想流量特性理想流量特性：阀前后压差不变时的流量特性，称为理想流量特性：阀前后压差不变时的流量特性，称为理想流量特性；理想流量特性；p理想流量特性主要有直线、等百分比对理想流量特性主要有直线、等百分比对数、抛物

17、线和快开四种。数、抛物线和快开四种。n 常数，流量特性不同，常数，流量特性不同， n 取值不同。取值不同。阀的放大系数阀的放大系数(1)直线流量特性直线流量特性n=0直流流量特性指阀的相对流量与阀芯相对位移成直线直流流量特性指阀的相对流量与阀芯相对位移成直线关系。即：关系。即： 对上式积分，代入边境条件 l=0 时，Q =Q min；l = L 时， Q = Qmax， R = QmaxQmin,那么可得：Q / Qmax与 l / L 呈直线关系，故称为直线流量特性。直线特性曲线如以下图中直线特性曲线如以下图中 所示：所示：线性阀在小开度时，调理作用强，调理较快；线性阀在小开度时，调理作用强

18、，调理较快；线性阀在大开度时，调理作用弱，调理缓慢。线性阀在大开度时，调理作用弱，调理缓慢。2010*100%100%106050*100%20%509080*100%12.5%80直线阀特点直线阀特点1：线性阀的放大系数不变。线性阀的放大系数不变。行程均变化行程均变化10%流量相对当前值的变化：流量相对当前值的变化：直线阀特点直线阀特点2：对数流量特性对数流量特性n=1等百分比流量特性等百分比流量特性是指阀的单位相对位移变化引起的相对流量变化与是指阀的单位相对位移变化引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比，即：此点的相对流量成正比，即： 对上式积分，代入边境条件 l=0 时，Q =Q mi

19、n；l = L 时， Q = Qmax， R = QmaxQmin,那么可得：maxmax(/)( / )d Q QQKd l LQQ / Qmax 与与 l / L 之间为对数关系，故称为对数流量特性。之间为对数关系，故称为对数流量特性。特性曲线如图中特性曲线如图中2所示。所示。p对数阀的特点对数阀的特点1：p在小开度时，阀的放大系在小开度时，阀的放大系数小；在大开度时，放大数小；在大开度时，放大系数大。系数大。o对数阀的特点对数阀的特点2：o一样位移变化所引起的流量一样位移变化所引起的流量变化百分比总是相等的。变化百分比总是相等的。o这种阀的调理作用在全行程这种阀的调理作用在全行程范围内是

20、不变的。范围内是不变的。o抛物线流量特性o特性介于直线和等百分比之间o快开流量特性o小开度时，流量变化快o做切断阀或双位调理阀2任务流量特性任务流量特性o实践任务中：阀是安装在工艺管道系统中的，阀实践任务中：阀是安装在工艺管道系统中的，阀前后压差通常是变化的。有时安装要求有旁路阀，前后压差通常是变化的。有时安装要求有旁路阀，这就会影响到调理阀所能控制的总流量。这就会影响到调理阀所能控制的总流量。o任务流量特性：阀前后压差变化时的流量特性，任务流量特性：阀前后压差变化时的流量特性，称为任务流量特性。称为任务流量特性。1串联管道的任务流量特性串联管道的任务流量特性 定义：定义：s为阀全开时，阀前后

21、压差与系统总压差之比为阀全开时，阀前后压差与系统总压差之比 S = p1min p s值不同时流量特性如下图：值不同时流量特性如下图：串联管道将使阀的流量特性发生畸变，串联管道将使阀的流量特性发生畸变，s值越小，情况越严重。值越小，情况越严重。实践实践s值不能太小，要求值不能太小，要求s值不低于值不低于 0.3 。s值减小值减小(2) 并联管道任务流量特性并联管道任务流量特性定义：定义：x 为管道并联时阀全开流量与总管最大流量为管道并联时阀全开流量与总管最大流量之比，即之比，即 x =Q1max/ Qmaxx 值不同时的任务流量特性如下图。值不同时的任务流量特性如下图。随着旁路阀开启，阀本身流量特性变化不大。随着旁路阀开启，阀本身流量特性变化不大。但对可调比影响很大，普通要求但对可调比影响很大，普通要求x 值不能低于值不能低于 0.8 。 结论：结论：串联和并联管道的