通用机械设备之阀门驱动装置课件

1、泵与风机和阀门PUMPS, VALVES, AND FANSVALVESTYPES OF VALVESlGlobe valves - common type of stop valve the disk seats on the seating ring commonly used in, steam, air, water, and oil lines also used as throttle valvesTYPES OF VALVESlGate valve - used for straight line flow and when minimum flow restriction ar

2、e needed not used for throttling rising stem or nonrising stem steam systems have flexible gatesTYPES OF VALVESlButterfly valve - light weight, relatively small and quick-acting has a body, resilient seat, butterfly disk, a stem, packing, a notched position plate, and a handle very versatile - can b

3、e used for fresh water, salt water, JP-5, lube-oil, and chill water systemsRelief ValveVALVE OPERATING DEVICESlManuallHydrauliclMotor (electric or air operated)lSolenoidPUMPSPUMP COMPONENTSlDriveSteam, electric, or gearlPump ShaftlImpeller or PistonlCasingPUMP TYPESlCENTRIFUGAL Single Stage Multi-st

4、aged centrifugal pumpslPOSITIVE DISPLACEMENT Reciprocating Rotary Gear Screw Moving vanelJET PUMP Eductor EjectorPOSITIVE DISPLACEMENT PUMPlFixed VolumelVolumetric Flow rate is proportional to speedlA relief valve will always be on the discharge end of the pumpEXAMPLESP P R R E E S S S S U U R R E E

5、 H H E E A A D D( ( H H p p = = f ft t l lb b f f/ / l lb b m m ) )C C A A P P A A C C I IT T Y Y( ( V V = =G G P P M M) )N N1 1N N2 2A A c ct tu u a a l lI Id d e e a a l lR R e e c ci ip p r ro o c ca a t ti in n g g P P u u m m p pC C h h a a r ra a c ct te e r ri is st ti ic c C C u u r rv v e e

6、NON-POSITIVE DISPLACEMENT PUMPSBERNOULLIS THEOREMZ1 + P1/D + 1/2(V12/g) =Z2 +P2/D + 1/2(V22/g) + gc/g(wk) + HL Where: Z : Elevation (ft) P : Pressure (lbs/ft2) D : Density (lb/ft3) V : Velocity (ft/sec) g : acceleration (32.2 ft/sec2) wk: work (ft-lbs) HL: Head Loss = f(L/D)(V2/2Zg) where f : fricti

7、on factor L: Length D: DiameterBERNOULLIS PRINCIPLElBasically: as the velocity (speed) of a fluid increases, its pressure decreases, and visa versa PUMPSlNet Positive Suction Head: that pressure required at the suction of a pump to prevent cavitation. cavitation: the formation of bubbles due to area

8、 where P PSAT, and the subsequent collapse of those bubbles. causes noise and damage due to erosion and fatigue failure.P P r re es ss su u r re eH H e ea ad dV V = = G G P P M M.H H P P = =( (f ft t l lb b f f) )/ /l lb b m mV V N NH H p p N N2 2P P w w N N3 3.W W h h e er re e V V = = v vo o l lu

9、u m m e et tr ri ic c f fl lo o w w r ra at te e N N = = S Sp p e ee ed d o o f f r ro o t ta at ti io o n n H H p p = = P P u u m m p p H H e ea ad d ( (d d i is sc ch h a ar rg ge e p p r re es ss su u r re e P P w w = = P P o o w w e er r r re eq q u u i ir re ed d ( (p p r ri im m e e m m o o v

10、ve er r) )N N2 2 = = 2 2 N N1 1C C h h a ar ra ac ct te er ri is st ti ic c c cu u r rv ve e f fo o r r c ce en n t tr ri if fu u g ga al l p p u u m m p pN N1 1N N2 2PUMPS Centrifugal: Parallel pumps:1 pump2 pumpsHPVGPMV2 = 2V1HP2 = HP1 PUMPS Series (called staging):HPVGPM1 pump2 pumpsFanslSame Pri

11、nciple as Non-positive displacement pumpslTypes: Centrifugal: majority used for compressors Axial (like propeller): cooling fansQUESTIONS1.9 阀门的驱动装置1.9.1 阀门驱动的类型1.9.2 阀门自动控制的基本原理1.9.3 阀门的电动驱动装置1.9.4 阀门的气动驱动装置 1.9 阀门的驱动装置 工业设施中的阀门装置，不管是闸阀、蝶阀 、旋塞阀或其它形式的阀门，在过去一般都是利用体积庞大而笨重的操纵轮、阀杆和齿轮系统通过人工来进行操纵的。随着工业自动化

12、水平的不断提高以及高温、高压工质的采用，为了节省工作人员，减轻工作人员的劳动强度，提高生产过程的自动化水平，现在则越来越多地采用远距离机动操纵的方式。 1.9 阀门的驱动装置 阀门的远距离操纵装置称之为阀门的驱动系统。根据阀门驱动系统所用动力源的种类，阀门驱动系统可分为电动驱动式、气动驱动式和液压驱动式三种类型。由于GNPS 电厂所用阀门的驱动系统以电动和气动式驱动系统为主，因此，本章将对这两种驱动系统进行介绍。1.9.1阀门驱动的类型l1.就地手动驱动l（1）就地手轮驱动l（2）就地隔墙手轮驱动l2.远距离控制驱动l（1）电动控制驱动l（2）气动控制驱动l（3）液压控制驱动1.9.2阀门自动

13、控制的基本原理u=f（e）1.9.3阀门的电动驱动系统l1.9.3.1电动驱动装置的工作原理l1.9.3.2电动驱动装置的结构和部件1.9.3.1电动驱动装置的工作原理=KIi1.9.3.2 电动驱动装置的结构和部件 电动式驱动系统以电力作为动力源。虽然工业中所使用的电动式驱动系统有多种类型，但它们都是通过电机将电能转化为机械能后，经过一套减速装置再去驱动所操纵阀门的开启或关闭的。所不同的只是在减速装置的结构形式和安全保护系统上有所区别。(前图为角行程电动驱动装置)1.9.3.2 电动驱动装置的结构和部件l角行程电动驱动装置：蝶阀、球阀，旋塞阀，偏心旋转阀。l直行程电动驱动装置：单、双座直行程

14、阀。l多转式电动驱动装置：闸阀、截止阀、隔膜阀。焦威勒尔与卡德尔电动驱动装置 该系统由电机、减速装置及安全保护装置组成，如下页图 所示。 焦威勒尔与卡德尔电动驱动装置焦威勒尔与卡德尔电动驱动装置1.电动机三相交流电动机，正常转速1500rpm。焦威勒尔与卡德尔电动驱动装置2 减速装置 该系统的减速装置通常为两级减速。第一级由螺旋齿轮付减速，其减速比有三种：1 / 2 , 1 / 3 , 1 /15 。第二级由蜗轮蜗杆付减速，减速比视伺服电机而异。有时根据需要也可以用蜗轮蜗杆付组成第三级减速。焦威勒尔与卡德尔电动驱动装置3 安全保护装置 为了防止阀门在开启或关闭过程中因阀杆（或门芯）卡涩或因某种

15、原因而使电机过载造成设备损坏，该系统设计有扭矩限制器、行程结束控制器及应急手操系统等安全保护装置。扭矩限制器和行程结束装置均安装在与电动驱动系统连为一体的控制盒内。 焦威勒尔与卡德尔电动驱动装置（ 1 ）行程结束控制器 行程结束控制器的作用在于当阀门开启或关闭行程结束时，切断电机电源，停止阀门的开启或关闭动作。 行程结束控制器的结构如下页图 所示。它由与传动轴蜗杆相啮合的行程感应蜗轮、行程信号传动轴、正齿轮付、两个凸轮和两个行程结束微动开关组成。 行程结束机构和扭矩限制器示意图 焦威勒尔与卡德尔电动驱动装置（ 1 ）行程结束控制器 当阀门开启或关闭时，主传动轴顶端的蜗杆带动行程感应蜗轮转动，将

16、阀门的开度信号通过传动轴使具有一定减速比的正齿轮付带动凸轮旋转。行程结束时，凸轮触动行程结束微动开关的触头，切断电机电源，结束阀门的开启或关闭动作。保证阀门和电机不致因过分的开启或关闭动作而造成损坏。 焦威勒尔与卡德尔电动驱动装置（2）扭矩限制器 扭矩限制器能保证伺服电机在故障过载时或者在需要获得持续负载的情况下，在操纵完成时停止转动。可以认为扭矩限制器是伺服系统的第二重安全防护线。扭矩限制器如下页图 所示，它由测力器、凸轮和扭矩限制微动开关等组成。 焦威勒尔与卡德尔电动驱动装置 扭矩限制器焦威勒尔与卡德尔电动驱动装置l测力器由一个安装在铸铁套管里的蜗杆和一些弹簧垫圈组成。蜗杆与传动轴上的蜗轮

17、相啮合，当所传递的扭矩超过预定值时，铸铁导管作横向运动。系统的运动带动控制盒内一组凸轮运动，触动扭矩微动开关的触点，切断电机电源，动作停止。l扭矩限止器动作力矩的调整是通过调整垫圈安放尺寸A和凸轮偏转角来完成的。焦威勒尔与卡德尔电动驱动装置（3）安全保护装置动作方式的选择 行程结束控制器和扭矩限制器这两种安全保护装置在工作时的动作方式如何选择，主要取决于电动驱动系统所控制的阀门类型。焦威勒尔与卡德尔电动驱动装置l对于直线行程限制不太严格的阀门状态，“开”、“关”断路通过行程结束触头实现；l对于直线行程限制特别严格的阀门状态，“开阀”断路是由行程结束触头来实现，而 “关阀”是由扭矩限止器实现或二

18、者联动。焦威勒尔与卡德尔电动驱动装置（4）应急手操系统 为了保障在电机故障或断电情况下，阀门仍能正确工作，该系统设置了应急手操系统。系统在一般情况下是脱开的，只有通过手动操纵才能接通。 该系统的手操装置有可脱开式和随动式两种类型。焦威勒尔与卡德尔电动驱动装置 可脱开式手操系统 可脱开式手操系统如下页图所示，在进行手动操作时，通过推压操纵轮手柄使手操轮传动轴与传动蜗杆啮合成一体。与此同时引起与行程结束开关串联的一个或两个触头断开，从而使伺服电机的电路中断，保证在手动操作过程中操作员的安全。 手柄带有止动机构，可避免在操作时需持续施加推力。手动操作结束后，止动机构自动解除。 焦威勒尔与卡德尔电动驱

19、动装置可脱开式手操系统焦威勒尔与卡德尔电动驱动装置 随动式手操系统。 随动式手操系统如下页图所示。该系统蜗杆与正齿轮传动轴之间用爪型离合器连接。 在进行手动操纵时，揿动传动装置C1 ，使爪型离合器退出啮合，从而使电机系统脱开而手操纵轮接通，与此同时自动闭锁装置L 则使电动系统保持位置。 当重新投入电动时，自动闭锁装置失效，回动弹簧导致手操轮退出转入电动状态。 焦威勒尔与卡德尔电动驱动装置 随动式手操系统彼尔纳德电动驱动装置 彼尔纳德伺服系统结构如下页图所示，它主要由电动机、减速器和保护装置组成。 彼尔纳德电动驱动装置 彼尔纳德伺服系统的详图彼尔纳德电动驱动装置1.电动机 三相交流电动机。彼尔纳

20、德电动驱动装置2.减速装置 该伺服系统的减速装置由一级或两级直齿轮、一对锥齿轮和一对蜗轮杆付组成。 彼尔纳德电动驱动装置3.安全保护装置 （1）行程结束控制机构见上上图详图 。它由一些独立的凸轮组成，每个凸轮后有一个微动开关，这些凸轮由减速器传动轴上的蜗轮蜗杆付传动装置控制。凸轮做小于一周的旋转，当凸轮旋转到对应于阀门行程结束时的角度时，凸轮上的传动销触动相应的行程结束微动开关，切断电机电源，停止阀门的开启或关闭动作，这些凸轮除了可以进行行程结束保护外，还可用来带动反映阀位信号的电位器动作，将阀位信号以电信号的形式传递给调节系统或阀位显示表。 彼尔纳德电动驱动装置（2）扭矩限制器 该系统的扭矩

21、限制器如下页图所示。它由一个限力器和扭矩限制微动开关组成。 彼尔纳德电动驱动装置 扭矩限制器彼尔纳德电动驱动装置 限力器由行星式减速器和限力弹簧组成。它如同一个测力天平，随时测定被操纵装置的力矩。当传动装置的扭矩在正常范围内时，通过行星减速器外壳所传递的力矩小于限力弹簧的初始张力，行星减速器外壳在两弹簧作用卜保持平衡状态。一旦通过行星减速器外壳所传递的力矩大于弹簧的初始张力时，行星减速器外壳则产生一定的位移，触动扭矩限制微动开关，切断控制电流使电机停止转动。 彼尔纳德电动驱动装置 扭矩限制器的调节主要是根据具体设备的限矩值，通过调整限力弹簧的初始张力来进行的。弹簧初始张力越大，限矩值越大。进行

22、调整的时候，允许两个弹簧的紧度有所差异。 若托克电动驱动装置 若托克伺服系统的特点是电机、减速器、安全保护装置等全都有密封罩保护，具有较好的防水、防爆能力。 若托克电动驱动装置1.减速器与手操装置 若托克伺服系统的减速器由蜗轮、蜗杆组成。若托克电动驱动装置2.安全保护装置 （1）行程结束装置 行程结束控制机构由螺纹轴、斜齿轮、停止限动器螺母、调节螺母等组成。 如有必要可以取消行程结束制动系统，电机的停转只靠扭矩限制器实现。 若托克电动驱动装置（2）扭矩限制器 扭矩限制器的工作原理如下页图所示。正常时凸轮触头机构处于中间位置，电机轴后的两组弹簧垫圈不发生变形。当扭矩增大时，传动轴作用于蜗杆上的反

23、作用力使电机轴作轴向运动，同时挤压弹簧片。电机轴的轴向运动经过一个螺旋斜面传动装置转换为与电机轴成一定角度方向的运动，在凸轮的带动下由一个销头触动微动开关触头、切断电机电源 。若托克电动驱动装置 扭矩限制器功能1.9.4 阀门的气动式驱动装置l1.9.4.1气动薄膜式驱动装置l1.9.4.2气动活塞式驱动装置1.9.4.1气动薄膜式驱动装置 直接工作伺服马达 反向工作伺服马达1.9.4.1气动薄膜式驱动装置 1.气动薄膜式驱动装置工作原理 pAe=Csl式中，Ae薄膜有效面积 ； Cs弹簧刚度 ； p通入薄膜室的信号压力 ； l推杆的位移量 。所以 plseCA1.9.4.1气动薄膜式驱动装置

24、 从公式 可知，当执行机构的规格（薄膜有效面积 Ae，弹簧刚度Cs ）确定以后 ，执行机构的推杆位移量与压力信号成正比关系 。换句话说，阀门的开度与控制信号的压力成正比关系 。2.气动薄膜式驱动装置的结构和组成1.9.4.1气动薄膜式驱动装置l3.随动定位器l随动定位器又称为阀门定位器,是气动驱动装置的主要附件,它与气动驱动系统配套使用。随动定位器有放大功能，可克服阀杆的摩擦力和消除调节阀不平衡力的影响，保证阀瓣按调节器发出的信号大小实现准确定位。随动定位器有气动定位器和电-气定位器两种。1.9.4.1气动薄膜式驱动装置 气动 随动定位器1.9.4.1气动薄膜式驱动装置l气动随动定位器和电-气

25、随动定位器的原理基本相同，只不过调节器控制信号一个是源于波纹管，另一个源于力矩马达。l电-气随动定位器具有电-气转换器和阀门定位双重功能。1.9.4.1气动薄膜式驱动装置1.9.4.1气动薄膜式驱动装置4.接触式控制箱及阀位传感器 （1）接触式控制箱 气动驱动装置，设有一个接触式控制箱，其作用是安装行程结束装置和阀位传感器。 接触式控制箱的结构如下页图所示。它的手柄通过连杆与阀杆相连，当阀门位移时，连杆使手柄发生偏转，使受手柄控制的凸轮轴带动凸轮转动，当阀门开（关）到一定位置后，凸轮触动微动开关切断闭锁电磁阀电源，使进入伺服马达的气源切断，结束阀门的开（关）动作。 1.9.4.1气动薄膜式驱动

26、装置 接触式控制箱1.9.4.1气动薄膜式驱动装置（2）阀位传感器 在控制箱的凸轮轴上，还装有一个肩形齿轮。凸轮轴的转动使肩形齿轮带动阀位电位计旋转钮转动，改变电位计电阻值将调节阀门的阀位以电信号输出。 1.9.4.1气动薄膜式驱动装置5.闭锁电磁阀 为了使调节阀门在控制气流压力异常下降时，能使阀门开度保持不变，以减少由于气压故障造成的错误动作，气动驱动装置设置有一个闭锁电磁阀装置。闭锁电磁阀装置如下页图所示。 1.9.4.1气动薄膜式驱动装置 位置闭锁装置1.9.4.1气动薄膜式驱动装置 控制阀门开、闭的控制空气经闭锁电磁阀后再进入薄膜气室。电磁阀的启、闭由压力开关控制，当控制压力低于2.8

27、bar时压力开关切断电磁阀电源，电磁阀失电后立即关闭，使伺服马达处于闭锁状态。给操作人员进行人工干预提供了时间。如果没有人工的干预，经一段时间后调节阀将在弹簧作用力下重新回到关闭（开启）位置。 1.9.4.2气动活塞式驱动装置1.9.4.2气动活塞式驱动装置l气动薄膜式驱动装置，构造最简单，但由于其膜片能承受的压力较低，推力较小。而气动活塞式驱动装置由于汽缸允许操作压力较大，因此能输出很大的推力，属于强力气动驱动机构。1.9.4.2气动活塞式驱动装置 1.气动活塞式驱动装置的结构和工作原理 气动筒式驱动装置是一种利用压缩空气作为控制信号和驱动动力的活塞式驱动机构。其结构如下页图所示。 它主要由

28、气缸、活塞、导向装置及手动（电动）控制装置等部分组成。 气动活塞式驱动装置结构图1.9.4.2气动活塞式驱动装置2.两位动作气动驱动装置1.9.4.2气动活塞式驱动装置3.比例动作气动活塞式驱动装置4.单向气动活塞式驱动装置（单向气动筒）组成的高压再加热器自动旁路系统 5.几种常见类型的气动活塞式驱动装置（1）贝雷活塞式气动驱动装置（2）气动活塞限扭型驱动装置 贝雷活塞式气动驱动装置1）结构部件及工作原理 贝雷活塞式伺服马达如下页图所示。它主要由气缸、活塞、活塞杆、滑动板、传动支座、手操轮及自动。手动操纵手柄等组成。 压缩空气作用于气缸后，活塞在压缩空气推动下产生运动，并通过推杆推动滑板运动。传动支座上的传动销嵌在滑动板的斜槽中，当滑动板被推动时通过传动销带动传动支座上升或下降，使阀门开启或关闭。活塞行程200 mm ，阀门行程为40 一65 mm 之间。 贝雷活塞式气动驱动装置 带有“贝雷”活塞的饲服马达贝雷活塞式气动驱动装置2）自动什手动切换 为了便于自动份手动的切换，设置了一套由操纵手柄、凸轮、锁紧手柄、翻转装置和旁通管组成的切换系统，通过它可以很方便地进行自动。手动切换。见上图带有“贝雷”活塞的饲服马达。 贝雷活塞式气动驱动装置（1）自动手动的切