第4章执行器

1、第四章第四章 执行器执行器（1）组成：执行器由执行机构与调节阀组成。1、概述（2）作用：接受调节器的输出信号，将其转换成直线位移或角位移，从而改变调节阀的流通面积、控制流入或流出被控过程的物料或能量，从而实现对过程参数的自动控制。（3）分类：根据使用的能源不同电动、气动、液动。 气动执行器：结构简单、工作可靠、价格便宜、维护方便、防火防爆、应用广泛。 电动执行器：能源取用方便、信号传输速度快、便于运转，但结构复杂、价格贵、防爆等级不高。 液动执行器：推力大，体积较大，适用于被控制压力高的场合。 根据输出位移形式不同转角型、直线型 。按动作规律不同开关型、积分型和比例型。 （二）执行器（二）执行

2、器2、电动执行机构：（2）工作原理：改变调节阀的开度。减速器减速伺服电机的正反转放大后控制两相位置反馈信号来自调节器的电流fiII（1）结构框图：输入信号与位置反馈信号输入信号与位置反馈信号进行比较，将差值放大。进行比较，将差值放大。驱动驱动电机电机经减速输出，经减速输出，带动阀门带动阀门直到位置发送器检测到的直到位置发送器检测到的位置信号与输入信号相等位置信号与输入信号相等时，放大器输出为零。时，放大器输出为零。电动执行机构电动执行机构原理方框图原理方框图 （二）执行器（二）执行器（3）电动伺服放大器：两相电机伺服驱动电路两相电机伺服驱动电路 线圈线圈、 CF例例 a（+）b（-）时时 触发

3、电路触发电路1工作工作 SCR1导通导通c、d间短接间短接线圈线圈 电机正转电机正转220V通路通路 90 相移相移（二）执行器（二）执行器 执行机构执行机构 电功率机械转矩 a伺服电机 特性:低启动电流、高启动转矩b减速器高转速、小力矩的输出功率低转速、大力矩的输出功率 （二）执行器（二）执行器c位置发送器 通常采用差动变压器式位移传感器实现伺服电机输出轴的位移检测 U1U2U0铁芯在中间位置 U1=U2 铁芯自中间位置向上移动 U1U2，U0= U1-U2 铁芯自中间位置向下移动 U1U2 （二）执行器（二）执行器3、气动执行机构（2）工作原理：阀芯工作位移（阀杆）气压克服弹力膜片 FP（

4、1）结构图：（3）作用方式：反作用阀杆正作用阀杆PPP2456731气动执行机构调节机构1上盖；2膜片；3平衡弹簧； 4阀杆；5阀体；6阀芯；7阀座 正作用执行机构正作用执行机构反作用执行机构反作用执行机构（二）执行器（二）执行器（4）静特性：KPAL 弹簧的弹性系数膜片的有效面积调节器输出压力KAP（1） 直通单座阀直通单座阀q流体对阀芯的不平流体对阀芯的不平衡作用力大。一般用在小衡作用力大。一般用在小口径、低压差的场合。口径、低压差的场合。q结构简单、泄漏量小。结构简单、泄漏量小。直通单座、直通双座、碟阀、三通阀、隔膜阀、角形阀等。4、 调节阀 结构正装阀正装阀阀芯下移时，阀芯与阀阀芯下移

5、时，阀芯与阀座间的流通截面积增大座间的流通截面积增大阀门中的柱式阀芯可以正装，也可以反装。阀门中的柱式阀芯可以正装，也可以反装。 反装阀反装阀阀芯下移时，阀芯与阀阀芯下移时，阀芯与阀座间的流通截面积减小座间的流通截面积减小（2 2） 直通双座阀直通双座阀 阀体内有两个阀芯和阀座。阀体内有两个阀芯和阀座。q流体流过时，作用在上、下两个阀芯上的推流体流过时，作用在上、下两个阀芯上的推力方向相反且大小相近，可以互相抵消，所以不平力方向相反且大小相近，可以互相抵消，所以不平衡力小。衡力小。q但是，由于加工的但是，由于加工的限制，上下两个阀芯阀限制，上下两个阀芯阀座不易保证同时密闭，座不易保证同时密闭，

6、因此泄漏量较大。因此泄漏量较大。（3）角形控制阀角形控制阀两个接管呈直角形，一般为底进侧出，这种阀的两个接管呈直角形，一般为底进侧出，这种阀的流路简单、对流体的阻力较小。流路简单、对流体的阻力较小。q适用于现场管道适用于现场管道要求直角连接，介质要求直角连接，介质为高粘度、高压差和为高粘度、高压差和含有少量悬浮物和固含有少量悬浮物和固体颗粒状的场合。体颗粒状的场合。 （4 4） 三通控制阀三通控制阀 有三个出入口与工艺管道连接。流通方式有合有三个出入口与工艺管道连接。流通方式有合流型（两种介质混合成一路）和分流型（一种介质流型（两种介质混合成一路）和分流型（一种介质分成两路）两种。适用于配比控

7、制与旁路控制。分成两路）两种。适用于配比控制与旁路控制。（5）隔膜控制阀隔膜控制阀 采用耐腐蚀材料作采用耐腐蚀材料作隔膜，将阀芯与流体隔隔膜，将阀芯与流体隔开。开。q结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他种类的阀要大。由于介质用隔膜与外界隔离，故无填种类的阀要大。由于介质用隔膜与外界隔离，故无填料，介质也不会泄漏。料，介质也不会泄漏。q耐腐蚀能力强，适用于强酸、强碱、强腐蚀性耐腐蚀能力强，适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也能用于高粘度及悬浮颗粒状介质的控介质的控制，也能用于高粘度及悬浮颗粒状介质的控制。制。 q适用于大口径、适用于大口径、大流量、

8、低压差的场大流量、低压差的场合，也可以用于含少合，也可以用于含少量纤维或悬浮颗粒状量纤维或悬浮颗粒状介质的控制。介质的控制。（6）蝶阀蝶阀又名翻板阀。又名翻板阀。结构简单、重量轻、流阻极小，但泄漏量大。结构简单、重量轻、流阻极小，但泄漏量大。（7） 球阀球阀阀芯与阀体都呈球形体，阀芯内开孔。转动阀阀芯与阀体都呈球形体，阀芯内开孔。转动阀芯使之与阀体处于不同的相对位置时，就有不同的芯使之与阀体处于不同的相对位置时，就有不同的流通面积。流通面积。q流量变化较快，可起控制和切断的作用，常用流量变化较快，可起控制和切断的作用，常用于双位式控制。于双位式控制。（8）笼式阀笼式阀阀内有一个圆柱形套筒（笼子

9、）。套筒壁上有阀内有一个圆柱形套筒（笼子）。套筒壁上有一个或几个不同形状的孔（窗口），利用套筒导向，一个或几个不同形状的孔（窗口），利用套筒导向，阀芯在套筒内上下移动，改变阀的节流孔面积。阀芯在套筒内上下移动，改变阀的节流孔面积。q可调比大，不平衡可调比大，不平衡力小，更换开孔不同的力小，更换开孔不同的套筒，就可得到不同的套筒，就可得到不同的流量特性。但不适于高流量特性。但不适于高粘度或带有悬浮物的介粘度或带有悬浮物的介质流量控制。质流量控制。 调节阀特性1气动执行器的气开、气关形式 气关式气关式气关式气关式气开式气开式气开式气开式气关式： 无压力信号时调节阀全开FO型 气开式： 无压力信号时

10、调节阀全关FC型给水阀给水阀燃气阀燃气阀蒸汽蒸汽例如：例如： 选择蒸汽锅炉的控选择蒸汽锅炉的控制阀门时，为保证失控制阀门时，为保证失控状态下锅炉的安全：状态下锅炉的安全： 给水阀应选气关式给水阀应选气关式 燃气阀应选气开式燃气阀应选气开式v阀门气开气关式的选择原则：阀门气开气关式的选择原则：当控制信号中断时，阀门的复位位置能使工艺当控制信号中断时，阀门的复位位置能使工艺设备处于安全状态。设备处于安全状态。 理想流量特性：当调节阀前后压差一定的情况下的流量特性。理想流量特性的类型：)(maxLlfQQ 定义：介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度之间的关系. 即：2调节阀的流量特性 重要概念重要概

11、念：当可调范围一定时，直线特性的放大系数为常数，当阀芯位移即相对开度变化相同时，其相对流量变化的增量相同，但在不同的相对开度，其相对流量变化的相对百分比却不同，如：a）直线流量特性：相对流量与相对开度成直线关系。CLlKQQmaxRCQQQQl1, 0maxminmin则当为可调范围其中：minmaxQQR KLldQQd)/()/(maxRCKQQLl111,max则当（二）执行器（二）执行器已知相对开度与相对流量变化如下表（R=30）10090.380.671.061.351.742.032.322.713.03.3直线特性1009080706050403020100 )%(Ll)%max

12、(QQ3 1 42Q/Q100L/Lmaxs=1%11%1006 .806 .803 .9080%19%10051.77 .513 .6150%72%10013137 .22%10开度时：在开度时：在开度时：在 由表可见，当相对开度每增加10%时，相对流量增加9.67%。但在不同开度，相对流量增加的相对百分比却不相同，如：%67. 911maxmaxllRQQ（二）执行器（二）执行器 可见直线流量特性的调节阀在小开度工作时，控制作用强，容易引起超调，产生振荡；在大开度工作时，控制作用又太弱，控制作用不及时。b）对数流量特性 阀杆的相对开度变化所引起的相对流量的变化与该点的相对流量成正比，即：)

13、1(maxmaxmax()/()/(LlvRQQKQQKLldQQd可变化）或已知 相对开度与相对流量变化如下表（R=30）3 1 42（二）执行器（二）执行器%40%10050.850.8-71.280%40%10018.318.3-25.650%40%10067. 467. 458. 6%10开度时：在开度时：在开度时：在10071.250.836.225.618.313.09.266.584.673.3对数特性1009080706050403020100 )%(Ll)%(maxQQ 可见，相对流量的变化量与该点的相对流量的相对百分比总是相等的，故又称为等百分比流量特性。Q/Q100L/L

14、maxs=1（二）执行器（二）执行器 从控制角度，该流量特性在小开度时，Kv小，控制缓和平稳；在大开度时Kv大，控制及时有效。C）快开流量特性：小开度时流量较大，随开度增大，流量快速达到最大，其数学表达式为：其输入-输出如下页表所示（R=30）10099.0396.1391.384.575.865.252.638.121.73.3快开特性1009080706050403020100 )%(Ll)%(maxQQ2maxmax1111llRQQD） 抛物线流量特性抛物线流量特性特性曲线为抛物线，介于直线和对数曲线之间，使用特性曲线为抛物线，介于直线和对数曲线之间，使用较少。较少。定义：是指阀杆相对

15、开度变化所引起的相对流量变化与该点的相对流量的平方根成正比关系。 maxmaxmaxddQQKllQQ2maxmax111llRRQQ特点：阀门的相对开度与相对流量之间为抛物线关系 。3 1 42（二）执行器（二）执行器工作流量特性：当调节阀前后的压差变化时，其流量特性称为工作流量特性。a）串联管道时的工作流量特性vPQ由图可见：当PPGQPV管路及设备管路及设备PGPV调节阀调节阀PP（二）执行器（二）执行器PPSvmin定义：阀全开时阀前后压差minvP想流量特性。故工作流量特性即为理时，当, 01minPPPSvG）。图下图（见生变化，其变化情况如时，理想流量特性将产当27-4P1451

16、Sv流量特性畸变：流量特性畸变：对数阀变为直线阀对数阀变为直线阀 直线阀变为快开阀直线阀变为快开阀s q串联管道使调节阀的流量特性发生畸变。串联管道使调节阀的流量特性发生畸变。q串联管道使调节阀的流量可调范围降低，最串联管道使调节阀的流量可调范围降低，最大流量减小。大流量减小。q串联管道会使调节阀的放大系数减小，调节串联管道会使调节阀的放大系数减小，调节能力降低，能力降低，s值低于值低于0.3时，调节阀能力基本丧失。时，调节阀能力基本丧失。（二）执行器（二）执行器QQSmax1定义：阀全开时流量max1Q想流量特性。理工作流量特性阀关闭旁路时，当,1max1QQSb）并联管道时的工作流量特性并

17、联管道：）。图右图（见时，流量特性的变化如当29-4P1451SpQQ1Q2（a）直线调节阀 （b）等百分比调节阀 串联、并联管道都会使调节阀的理想流量特性发生畸变，串联管道的影响尤为严重。串联、并联管道都会使调节阀的可调范围降低，并联管道尤为严重。串联管道使系统总流量减少，并联管道使系统总流量增加。串联、并联管道会使调节阀的放大系数减小，即输入信号变化引起的流量变化减小。串联管道时，若调节阀处于大开度，则S值降低对放大系数影响更为严重。并联管道时，若调节阀处于小开度，则S值降低对放大系数影响更为严重。结论：（三）（三）电-气转换器器（三）电-气转换器电动调节器电-气转换器气动执行器ImA20

18、4PkPa10020力矩平衡原理 I 吸力吸力Fi 杠杆偏转杠杆偏转 挡板与喷嘴间隙挡板与喷嘴间隙 背压背压 放大器输入放大器输入 输出压力输出压力P 杠杆杠杆的反馈力的反馈力Ff 杠杆平衡杠杆平衡 PI工作原理工作原理负反馈负反馈磁铁磁铁调零调零FiFf背压背压气动调节阀中，阀杆气动调节阀中，阀杆的位移是由薄膜上气压推的位移是由薄膜上气压推力与弹簧反作用力平衡确力与弹簧反作用力平衡确定的。定的。为了防止阀杆处的泄为了防止阀杆处的泄漏要压紧填料，使阀杆摩漏要压紧填料，使阀杆摩擦力增大，且个体差异较擦力增大，且个体差异较大，这会影响输入信号大，这会影响输入信号P P的的执行精度。执行精度。（四）

19、（四） 阀门定位器阀门定位器 解决措施解决措施 在调节阀上加装在调节阀上加装阀门定位器，引入阀杆阀门定位器，引入阀杆位移负反馈。使阀杆能位移负反馈。使阀杆能按输入信号精确地确定按输入信号精确地确定自己的开度。自己的开度。补充：智能式电动执行器补充：智能式电动执行器适应现场总线控制的需要特点：具有智能化和高精度的控制功能一体化的结构设计思想具有智能化的通信功能具有智能化的自诊断与保护功能具有灵活的组态功能（二）执行器（二）执行器5、执行器的选用 执行器结构形式 可靠性驱动能源价格输出力防爆性能气动执行机构高压缩气体，气源装置低小好电动执行机构较低电，方便高大差（2）调节阀尺寸的选择：。或量小时通过阀门的流体流时，每、流体重度为差为调节