第四章 执行器

1、教学要求与学习目标：教学要求与学习目标：教学内容教学内容: :4.3 执行器执行器本章思考题：本章思考题：p175: 1、4、5、6、7、8、11、14、19、20、22、23、24、25、26。本节作业：本节作业：P176：16、18、30本节主要内容本节主要内容: 气动薄膜执行器的结构、类型及使用场合气动薄膜执行器的结构、类型及使用场合 气动执行器气动执行器 控制阀的流量特性控制阀的流量特性 控制阀的选择（控制阀的选择（ 阀门气开、气关的选阀门气开、气关的选 择原则）择原则）电动执行器电动执行器电气转换器及电气电气转换器及电气阀门定位器阀门定位器气动执行器：气动执行器：（最常用）（最常用）

2、电动执行器：电动执行器：（应用较少）（应用较少）液动执行器：液动执行器：（不用）（不用）结构简单、动作可靠、平稳、输出结构简单、动作可靠、平稳、输出 推力大、推力大、维修方便、防火防爆、价格低廉维修方便、防火防爆、价格低廉能源取用方便、信号传递快、但结构复杂、防能源取用方便、信号传递快、但结构复杂、防爆性能差。爆性能差。控控制制器器执行执行器器电电气气转换器转换器 电信号电信号 气信号气信号使用成本高，易泄露，清洁度差，使用在少数使用成本高，易泄露，清洁度差，使用在少数大驱动力、高精度的场合大驱动力、高精度的场合执行机构选择的主要考虑因素是：执行机构选择的主要考虑因素是：可靠性；可靠性；经济性

3、；经济性；动作平动作平稳、足够的输出力矩；稳、足够的输出力矩；4.3.1 气动执行器气动执行器一一 气动执行器由哪几部分组成？各部分的作用是什么？气动执行器由哪几部分组成？各部分的作用是什么？P176：19气动执行器气动执行器执行机构执行机构：控制机构：控制机构： （阀）（阀）是执行器的推力装置，它按控制信号压是执行器的推力装置，它按控制信号压力的大小产生相应的推力，推动控制机力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作。构动作。所以它是将信号压力的大小转所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置换为阀杆位移的装置。是执行器的控制部分，它直接与被控介是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制

4、流体的流量。质接触，控制流体的流量。所以它是将所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置辅助辅助 装置：装置：阀门定阀门定位器：位器：手轮机手轮机构：构：是利用反馈原理来改善执行器的性是利用反馈原理来改善执行器的性能，使执行器能按控制器的控制信能，使执行器能按控制器的控制信号，实现号，实现准确的定位准确的定位当停电、停气、控制器或执行器失当停电、停气、控制器或执行器失灵时，利用它可灵时，利用它可直接操纵控制阀直接操纵控制阀，维持生产的正常运行。维持生产的正常运行。薄膜式：薄膜式：活塞式：活塞式：长行程：长行程：气动执行器气动执行器执行机构执行机构控制机构控制

5、机构 （调节阀）（调节阀）结构简单，价格便宜，维修结构简单，价格便宜，维修 方便，应用广泛。中小口径（薄膜方便，应用广泛。中小口径（薄膜20-100kPa）适用于大口径，高静压、高压差的控制适用于大口径，高静压、高压差的控制阀或蝶阀的推动装置。（汽缸阀或蝶阀的推动装置。（汽缸0.5MPa）行程规格：行程规格：25-100mm带阀门定位器，适合控制质量高的系统带阀门定位器，适合控制质量高的系统适用于输出转角（适用于输出转角（0 90）和有力）和有力矩的场合，如用于蝶阀或风门的推力装矩的场合，如用于蝶阀或风门的推力装置。置。行程规格：行程规格：10、16、25、40、60、100mm膜片面积规格：

6、膜片面积规格：200、280、400、630、1000、1600cm2正作用正作用执行机构执行机构：信号压力通入膜室上方，信号压力信号压力通入膜室上方，信号压力增大增大，阀杆向下。阀杆向下。反作用反作用执行机构执行机构：信号压力通入膜室下方，信号压力信号压力通入膜室下方，信号压力增大增大，阀杆向上阀杆向上。薄膜式：薄膜式：活塞式：活塞式：长行程：长行程：直通单座控制阀直通单座控制阀 直通双座控制阀直通双座控制阀角形控制阀角形控制阀 三通控制阀三通控制阀 隔膜控制阀隔膜控制阀 蝶阀蝶阀球阀球阀 凸轮挠曲阀凸轮挠曲阀 笼式阀笼式阀气动执行器气动执行器执行机构执行机构控制机构控制机构 （调节阀）（调

7、节阀）结构简单，价格便宜，维修结构简单，价格便宜，维修 方便，应用广泛。（方便，应用广泛。（20-100kPa）适用于大口径，高静压、高压差的控制适用于大口径，高静压、高压差的控制阀或蝶阀的推动装置。（阀或蝶阀的推动装置。（0.5MPa）行程规格：行程规格：25-100mm带阀门定位器，适合控制质量高的系统带阀门定位器，适合控制质量高的系统适用于输出转角（适用于输出转角（0 90）和有力）和有力矩的场合，如用于蝶阀或风门的推力装矩的场合，如用于蝶阀或风门的推力装置。置。行程规格：行程规格：10、16、25、40、60、100mm膜片面积规格：膜片面积规格：200、280、400、630、100

8、0、1600cm2各种控制阀的结构、特点及使用场合各种控制阀的结构、特点及使用场合 类类 型型 直通单座直通单座控制阀控制阀 直通双座直通双座控制阀控制阀角形控制角形控制阀阀 三通控制三通控制阀阀 结结 构构 特特 点点使用场合使用场合不平衡力小、泄漏不平衡力小、泄漏量大、量大、最为常用最为常用小口径、低小口径、低压差压差结构简单、泄漏量结构简单、泄漏量小、易于保证关闭、小、易于保证关闭、流体对阀芯上、下流体对阀芯上、下的推力不平衡的推力不平衡流路简单、阻力较流路简单、阻力较小小现场管道要求直现场管道要求直角联接、高压差、角联接、高压差、介质粘度大、含介质粘度大、含有少量悬浮物和有少量悬浮物和

9、颗粒状固体颗粒状固体有三个出入口与工有三个出入口与工艺管道联接，可组艺管道联接，可组成分流与合流两种成分流与合流两种型式型式配比控制或旁路配比控制或旁路控制控制“节流元件节流元件”正作用阀：阀杆正作用阀：阀杆 Q反作用阀：阀杆反作用阀：阀杆 Q各种控制阀的结构、特点及使用场合各种控制阀的结构、特点及使用场合 类类 型型 直通单座直通单座控制阀控制阀 直通双座直通双座控制阀控制阀角形控制角形控制阀阀 三通控制三通控制阀阀 结结 构构 特特 点点使用场合使用场合不平衡力小、泄漏不平衡力小、泄漏量大、量大、大口径，最为大口径，最为常用常用小口径、低小口径、低压差压差结构简单、泄漏量结构简单、泄漏量小

10、、易于保证关闭、小、易于保证关闭、流体对阀芯上、下流体对阀芯上、下的推力不平衡的推力不平衡流路简单、阻力较流路简单、阻力较小小现场管道要求直现场管道要求直角联接、高压差、角联接、高压差、介质粘度大、含介质粘度大、含有少量悬浮物和有少量悬浮物和颗粒状固体颗粒状固体有三个出入口与工有三个出入口与工艺管道联接，可组艺管道联接，可组成分流与合流两种成分流与合流两种型式型式配比控制或旁路配比控制或旁路控制控制“节流元件节流元件”正作用阀：阀杆正作用阀：阀杆 Q反作用阀：阀杆反作用阀：阀杆 Q各种控制阀的结构、特点及使用场合各种控制阀的结构、特点及使用场合 类类 型型 直通单座直通单座控制阀控制阀 直通双

11、座直通双座控制阀控制阀角形控制角形控制阀阀 三通控制三通控制阀阀 结结 构构 特特 点点使用场合使用场合不平衡力小、泄漏不平衡力小、泄漏量大、量大、最为常用最为常用小口径、低小口径、低压差压差结构简单、泄漏量结构简单、泄漏量小、易于保证关闭、小、易于保证关闭、流体对阀芯上、下流体对阀芯上、下的推力不平衡的推力不平衡流路简单、阻力较流路简单、阻力较小小现场管道要求直现场管道要求直角联接、高压差、角联接、高压差、介质粘度大、含介质粘度大、含有少量悬浮物和有少量悬浮物和颗粒状固体颗粒状固体有三个出入口与工有三个出入口与工艺管道联接，可组艺管道联接，可组成分流与合流两种成分流与合流两种型式型式配比控制

12、或旁路配比控制或旁路控制控制“节流元件节流元件”正作用阀：阀杆正作用阀：阀杆 Q反作用阀：阀杆反作用阀：阀杆 Q隔膜控制阀隔膜控制阀 蝶阀蝶阀(翻板阀）翻板阀）球阀球阀 凸轮挠曲阀凸轮挠曲阀 （偏心旋转阀）（偏心旋转阀）类类 型型结结 构构 特特 点点使用场合使用场合结构简单、流阻结构简单、流阻小、流通能力大、小、流通能力大、耐腐蚀性强耐腐蚀性强强酸、强碱、强强酸、强碱、强腐蚀性、高粘度、腐蚀性、高粘度、含悬浮颗粒状的含悬浮颗粒状的介质介质结构简单、重量结构简单、重量轻、价格便宜、轻、价格便宜、流阻极小、泄漏流阻极小、泄漏量大量大大口径、大流量、大口径、大流量、低压差、含少量低压差、含少量纤维

13、或悬浮颗粒纤维或悬浮颗粒状介质状介质阀芯与阀体都呈阀芯与阀体都呈球形体球形体流体的粘度高、流体的粘度高、污秽、双位控制污秽、双位控制密闭性好、重量密闭性好、重量轻、体积小、安轻、体积小、安装方便装方便介质粘度高含悬介质粘度高含悬浮物颗粒浮物颗粒隔膜控制阀隔膜控制阀 蝶阀蝶阀(翻板阀）翻板阀）球阀球阀 凸轮挠曲阀凸轮挠曲阀 （偏心旋转阀）（偏心旋转阀）类类 型型结结 构构 特特 点点使用场合使用场合结构简单、流阻结构简单、流阻小、流通能力大、小、流通能力大、耐腐蚀性强耐腐蚀性强强酸、强碱、强强酸、强碱、强腐蚀性、高粘度、腐蚀性、高粘度、含悬浮颗粒状的含悬浮颗粒状的介质介质结构简单、重量结构简单、

14、重量轻、价格便宜、轻、价格便宜、流阻极小、泄漏流阻极小、泄漏量大量大大口径、大流量、大口径、大流量、低压差、含少量低压差、含少量纤维或悬浮颗粒纤维或悬浮颗粒状介质状介质阀芯与阀体都呈阀芯与阀体都呈球形体球形体流体的粘度高、流体的粘度高、污秽、双位控制污秽、双位控制密闭性好、重量密闭性好、重量轻、体积小、安轻、体积小、安装方便装方便介质粘度高含悬介质粘度高含悬浮物颗粒浮物颗粒笼式阀笼式阀（套筒型（套筒型控制阀）控制阀）类类 型型结结 构构 特特 点点使用场合使用场合可调范围大、振可调范围大、振动小、不平衡力动小、不平衡力小、结构简单、小、结构简单、套筒互换性好、套筒互换性好、汽蚀小、噪音小汽蚀小

15、、噪音小压差大，要求噪压差大，要求噪音小的场合。对音小的场合。对高温、高粘度及高温、高粘度及含固体颗粒的介含固体颗粒的介质不适合质不适合三三 何谓何谓控制阀的流量特性？又何谓理想流量特性和工作流量特性？控制阀的流量特性？又何谓理想流量特性和工作流量特性？P176-20控制阀的流量特性控制阀的流量特性 是指被控介质流过阀门的相对流量是指被控介质流过阀门的相对流量 与阀与阀门的相对开度（相对位移）之间的关系。门的相对开度（相对位移）之间的关系。 即即阀杆的全行程某一开度时的阀杆行程全开时的流量某一开度时的流量LlQLlfQQQmaxmax)(理想流量特性理想流量特性阀前后压差保持不变的流量特性阀前

16、后压差保持不变的流量特性工作流量特性工作流量特性实际使用过程中，阀前后压差会随阀开度的变实际使用过程中，阀前后压差会随阀开度的变化而变化，此时的流量特性为化而变化，此时的流量特性为工作流量特性工作流量特性）比）范围（可调minmax()1(11maxQQRRLlRRQQ控制阀的放大系数kkLldQQd)()(max直线流量特性直线流量特性 控制阀的相对流控制阀的相对流量与相对开度成直线关系。即单位量与相对开度成直线关系。即单位位移引起的流量变化是常数。位移引起的流量变化是常数。根据根据直线流量特性直线流量特性可推得：可推得：补充图补充图 不同不同流量特性的阀流量特性的阀芯形状芯形状1快开；快开

17、；2直线；直线；3抛物线；抛物线；4等百分比等百分比 根据阀芯形状的不同，根据阀芯形状的不同，有快开、有快开、直线、等百分比（对数）、抛物直线、等百分比（对数）、抛物线线等几种等几种：4-56max11(1)QllRQRLL控制阀的放大系数kQQkLldQQdmaxmax)()(根据上述关系可推得：根据上述关系可推得：快开特性快开特性 ： 这种流量特性在开度较小时就有较大流量，随开度这种流量特性在开度较小时就有较大流量，随开度的增大，流量很快就达到最大，称快开特性。适合于迅速启闭的切的增大，流量很快就达到最大，称快开特性。适合于迅速启闭的切断阀或双位控制系统。断阀或双位控制系统。）可调范围（m

18、inmax)1(11)()()(2max21maxmaxQQRRLlRRQQQQkLldQQd1maxmax)()()(QQkLldQQd五五 控制阀的工作流量特性控制阀的工作流量特性 对对理想流量特性的影响？理想流量特性的影响？串联管道的工作流量特性串联管道的工作流量特性 P=P1+PVPPV（全开）（全开）S=S=1时，是理想特性时，是理想特性工作时工作时S1，一般，一般S选选0.30.5理想的直线流量特性畸变理想的直线流量特性畸变为快开特性为快开特性理想的等百分比特性即畸理想的等百分比特性即畸变为直线特性变为直线特性阀权度阀权度Q=Q控控+Q旁旁x=Q控控（全开）（全开）Qx并联管道中的

19、分流比并联管道中的分流比x=1时，是理想特性时，是理想特性随随x减小，减小， Q旁旁 增加增加 ，控制阀的可调范围减小控制阀的可调范围减小当当x很小时，控制阀不起作很小时，控制阀不起作用。所以一般用。所以一般x0.8补充图补充图1 串、并联管道都会使阀的理想流量特性发生畸变，串联管串、并联管道都会使阀的理想流量特性发生畸变，串联管道尤为严重。道尤为严重。2 串、并联管道都会使阀的可调范围降低，并联管道尤为严串、并联管道都会使阀的可调范围降低，并联管道尤为严重。重。3 串联管道使系统总流量减少，并联管道使系统总流量增大。串联管道使系统总流量减少，并联管道使系统总流量增大。4 串、并联管道会使控制

20、阀的放大系数减小，即输入信号变串、并联管道会使控制阀的放大系数减小，即输入信号变化引起的流量变化值减少化引起的流量变化值减少。总结：总结：六六 如何选择控制阀？如何选择控制阀？11 选用控制阀时，一般要根据被控介质的特性（温度、压力、腐选用控制阀时，一般要根据被控介质的特性（温度、压力、腐蚀性、粘度等）、控制要求、安装地点，参考各类控制阀的特点合蚀性、粘度等）、控制要求、安装地点，参考各类控制阀的特点合理选用。考虑因素：理选用。考虑因素：2 选流量特性：选流量特性：一般先按控制系统的特点选择阀的希望流量特性，一般先按控制系统的特点选择阀的希望流量特性，再考虑工艺配管情况来选择相应的理想流量特性

21、，使控制阀安装在再考虑工艺配管情况来选择相应的理想流量特性，使控制阀安装在具体的具体的 管道系统中，畸变后的工作流量特性管道系统中，畸变后的工作流量特性 能能 满足控制系统对它满足控制系统对它的要求。的要求。等百分比流量特性等百分比流量特性最常用。最常用。1 选结构：选结构：根据工艺条件选择结构。根据工艺条件选择结构。选择执行器的气开式与气关式选择执行器的气开式与气关式气关式：气关式：有气压信号时阀关、无气压信号时阀开的气动执行有气压信号时阀关、无气压信号时阀开的气动执行器。器。气开式：气开式：有气压信号时阀开、无气压信号时阀关的气动执行器。有气压信号时阀开、无气压信号时阀关的气动执行器。正作

22、用：正作用：信号压力信号压力增大增大时，时，阀杆向下阀杆向下动作的叫动作的叫正作用执行机构正作用执行机构（ZMA型）。信号压力是通入波纹膜片上方的薄膜室。型）。信号压力是通入波纹膜片上方的薄膜室。反作用：反作用：信号压力信号压力增大增大时，时，阀杆向上阀杆向上动作的叫动作的叫反作用执行机构反作用执行机构（ZMB型）。信号压力是通入波纹膜片下方的薄膜室。两者可改型）。信号压力是通入波纹膜片下方的薄膜室。两者可改装。装。 何谓气动薄膜控制机构的何谓气动薄膜控制机构的 正、反作用？（正装、反装）正、反作用？（正装、反装）反反正正正作用阀：正作用阀：阀杆阀杆 Q ；反作用阀：反作用阀：阀杆阀杆 Q 执

23、行器的正、反作用方向如何确定？执行器的正、反作用方向如何确定？作用方向取决是气开阀还是气关阀作用方向取决是气开阀还是气关阀“正正”方向：方向：当执行器的输入信号当执行器的输入信号增加时增加时，气开阀的开度，气开阀的开度增加增加。因而流过阀的流体流量也因而流过阀的流体流量也增加增加，故气开阀是故气开阀是“正正”方向方向“反反”方向：方向：当执行器的输入信号当执行器的输入信号增加增加时，气关阀的开度时，气关阀的开度减小减小。因而流过阀的流体流量因而流过阀的流体流量也减小也减小，故气关阀是故气关阀是“反反”方向方向正正正正正正反反正正反反反反反反正正正正反反反反气关式气关式气关式气关式气开式气开式气

24、开式气开式 执行器的气开与气关形式是由阀门执行机构的正、反作用和执行器的气开与气关形式是由阀门执行机构的正、反作用和控制机构的正装、反装组合而定的。控制机构的正装、反装组合而定的。4 控制阀口径的选择控制阀口径的选择 根据控制阀流量系数根据控制阀流量系数C的值查表的值查表4-5的公式计算的公式计算流量系数流量系数C在给定的行程下，当阀两端压差为在给定的行程下，当阀两端压差为100KPa，流体密，流体密为为1g/cm3时，流经控制阀的流体流量（时，流经控制阀的流体流量（ m3 /h）。）。最大流量系数最大流量系数C max阀全开时的流量系数。阀全开时的流量系数。对不可压缩流体，且阀前后压差对不可

25、压缩流体，且阀前后压差p1-p2不太大时不太大时，流量系数按下式计流量系数按下式计算：算：2110ppQC燃料气燃料气TC气开型气开型易结晶介质易结晶介质TC气关型气关型具体计算见具体计算见Pg169：4.3.2 电动执行器电动执行器一一 电动执行器有什么功能？电动执行器有什么功能？ 电动执行器的功能是接收来自控制器的电动执行器的功能是接收来自控制器的010mA或或420mA的直流电流信号，并将其转换成相应的角位移或的直流电流信号，并将其转换成相应的角位移或直行程位移，去操纵阀门、挡板等控制机构，以实现自动直行程位移，去操纵阀门、挡板等控制机构，以实现自动控制。控制。 电子管型电子管型 ： 已

26、淘汰已淘汰 电动单元组合仪表电动单元组合仪表 晶晶 体体 管：管： 将近淘汰（将近淘汰（010mA） （ DDZ） 集成电路：集成电路： 应用中（应用中（420mA）电信号电信号位移位移二二 电动执行器的类型、组成？电动执行器的类型、组成？ 它也是由它也是由执行机构执行机构和和调节机构调节机构两部分组成。其中调两部分组成。其中调节机构和气动执行器是通用的，不同的只是电动执行机节机构和气动执行器是通用的，不同的只是电动执行机构，它用电动机产生推力启闭调节阀。构，它用电动机产生推力启闭调节阀。 电动执行机构用控制电机作动力装置。输出形式有电动执行机构用控制电机作动力装置。输出形式有角行程（角行程（DKJ）：电机转动经减速器后输出。：电机转动经减速器后输出。直行程直行程(DKZ)：电机转动经减速器减速并转换为直线位移：电机转动经减速器减速并转换为直线位移输出。输出。相对气动、液动执行器而言，电动执行器主要有相对气动、液动执行器而言，电动执行器主要有3点优点优势：势： (1)无需特殊的气源和空气净化等装置。无需特殊的气源和空气净化等装置。 (2)可远距离传输信号，电缆敷设比气管和液体管道可远距离