第六章执行器1

1、第六章第六章 执行器执行器执行器的作用执行器的作用气动执行器气动执行器 电气转换器及阀门定位器电气转换器及阀门定位器 执行器的作用执行器的作用执行器的作用：执行器的作用：接受控制器的信号，改变被控接受控制器的信号，改变被控介质的流量，使测量值保持在介质的流量，使测量值保持在给定值或一定范围内。给定值或一定范围内。 测量值控制器调节阀被控对象偏差给定值操纵值操纵变量干扰D测量变送器-SvPvDvMvq被控变量y+eez xP 按能源分类：按能源分类：气动、电动、液动三大类。气动、电动、液动三大类。按结构分类：按结构分类：调节阀、风门、步进电机、调节阀、风门、步进电机、 变频调速器等。变频调速器等

2、。 电动：电动：动作快、便于集中、结构复杂、成本高、动作快、便于集中、结构复杂、成本高、 防爆性能差。防爆性能差。气动：气动：结构简单、动作可靠、防爆、价廉结构简单、动作可靠、防爆、价廉 液动：液动：推力大、适用于大负荷推力大、适用于大负荷 结构：结构：1 1）气动执行机构部分）气动执行机构部分2 2）控制机构部分）控制机构部分第一节第一节气动执行器气动执行器一、结构与分类一、结构与分类 气动执行器气动执行器1、气动执行机构、气动执行机构 作用：作用：将控制信号变为相应的将控制信号变为相应的 推力，以足够功率带动推力，以足够功率带动 控制机构。控制机构。 组成：组成：主要由主要由弹性膜片、弹簧

3、、弹性膜片、弹簧、 调节件、推杆调节件、推杆等组成。等组成。 正作用执行机构正作用执行机构)20(0PCAll 式中：式中： 推杆行程；推杆行程； P P 输入压力信号输入压力信号2020100100kPakPa。 （0.020.020.1MPa)0.1MPa) 0ll 气动执行器气动执行器 气动执行器气动执行器 正作用执行机构：正作用执行机构：ZMA压力控制信号压力控制信号PP推杆推杆位移。位移。( (信号由薄膜气室上方通入）信号由薄膜气室上方通入） 反作用执行机构：反作用执行机构：ZMB 压力控制信号压力控制信号PP推杆推杆位移位移 ( (信号由薄膜气室下方通入）信号由薄膜气室下方通入）正

4、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2 2、控制机构、控制机构作用：作用：在执行机构带动下，在执行机构带动下， 改变被控介质流量，改变被控介质流量， 实施调节作用。实施调节作用。 组成：组成：由阀体、阀杆、填料、由阀体、阀杆、填料、 阀芯、阀座等组成。阀芯、阀座等组成。气动执行器气动执行器 气动执行器气动执行器正装：正装：阀杆下移时，阀关小；阀杆下移时，阀关小；反装：反装：阀杆下移时，阀开大。阀杆下移时，阀开大。 不同正、反作用的不同正、反作用的执行机构和正、反执行机构和正、反装的调节机构可组装的调节机构可组成不同作用的调节成不同作用的调节阀。阀。 气动执行器气动执行器 气动

5、执行器气动执行器 1 1）直通单座阀）直通单座阀 特点：特点： 1.1.易关闭，泄漏量小；易关闭，泄漏量小； 2.2.不平衡力大；不平衡力大； 3.3.流通能力小。流通能力小。使用场合：使用场合： 低压差，小口径场合，低压差，小口径场合， 泄漏量小的场合泄漏量小的场合。2)2)直通双座阀直通双座阀气动执行器气动执行器特点：特点： 1.1.泄漏量较大；泄漏量较大； 2.2.不平衡力小；不平衡力小； 3.3.流通能力大。流通能力大。使用场合：使用场合：可用于压差较大场合，使用于大、小口径管道。可用于压差较大场合，使用于大、小口径管道。 气动执行器气动执行器介质无大颗粒或纤维、允许较大的泄漏量介质无

6、大颗粒或纤维、允许较大的泄漏量 。 3 3）三通阀）三通阀流通方式有两种：合流式；分流式两种流通方式有两种：合流式；分流式两种注意：注意：常用于换热器及旁路的冷热流控制。合流三通常用于换热器及旁路的冷热流控制。合流三通 阀的冷热温差不易太大，以免造成过大的应力阀的冷热温差不易太大，以免造成过大的应力 而导致阀损坏。而导致阀损坏。 气动执行器气动执行器QQ1Q2Q2Q1Q 气动执行器气动执行器 气动执行器气动执行器旁路旁路4 4）角形阀）角形阀特点：特点：流道比较简单，不易堵塞，流道比较简单，不易堵塞， 适宜高粘度，含颗粒流体适宜高粘度，含颗粒流体 的流量控制。可适用于高的流量控制。可适用于高

7、压场合。压场合。 气动执行器气动执行器 气动执行器气动执行器5 5）隔膜阀）隔膜阀特点：特点：采用耐腐蚀阀体和隔膜代采用耐腐蚀阀体和隔膜代替阀芯和阀座。由隔膜控替阀芯和阀座。由隔膜控制流量，不会外漏，适于制流量，不会外漏，适于腐蚀、有毒流体的调节。腐蚀、有毒流体的调节。 气动执行器气动执行器6 6）球阀）球阀特点：特点：适用于含颗粒、纤维流适用于含颗粒、纤维流体的控制。阀芯呈球面，体的控制。阀芯呈球面，按转角运动调节。阀芯按转角运动调节。阀芯 球面与阀座密封圈紧密球面与阀座密封圈紧密接触。适于控制和关段接触。适于控制和关段流体的场合。流体的场合。球阀球阀“V”形阀芯形阀芯“O”形阀芯形阀芯能量

8、的转换与动能成正比。可表示为；能量的转换与动能成正比。可表示为；2221 ppPAvAQ23.3.控制阀的基本方程式。控制阀的基本方程式。阀芯阀座间隙的阻力系数。阀芯阀座间隙的阻力系数。式中式中流体密度流体密度A A管道截面积管道截面积气动执行器气动执行器1 1、理想流量、理想流量特性：在不考虑控制阀前后压差变特性：在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性称为化时得到的流量特性称为控制阀的流量特性。控制阀的流量特性。 控制阀的流量特性是指被控介质流经阀门的控制阀的流量特性是指被控介质流经阀门的相对流相对流量与量与阀门的开度之间阀门的开度之间的的关系，即：关系，即：理想流量理想流量特性有以下特

9、性有以下几种：直线、等百分比几种：直线、等百分比（对数）、抛物线、快开等（对数）、抛物线、快开等 气动执行器气动执行器二、控制阀的流量特性二、控制阀的流量特性 )(maxLlfQQ1 1）直线流量特性）直线流量特性式中式中C C为积分常数为积分常数在边界条件时在边界条件时0lminQQ 时时maxQQ Ll 时时此式表明此式表明maxQQ和和Ll之间之间成直线关系。成直线关系。所以所以RLlRQQ1)11 (max 气动执行器气动执行器KLldQQd)()(max将此式积分得：将此式积分得：CLlKQQmax代入上式得代入上式得RQQC1maxminRQQK111maxmin特点：特点：阀门小

10、开度时，流量变化的相对值大，过于灵敏，阀门小开度时，流量变化的相对值大，过于灵敏， 不易控制，甚至引起震荡。大开度时又过于迟钝。不易控制，甚至引起震荡。大开度时又过于迟钝。举例举例行程在行程在10%50%80%行程变化行程变化%10l，引起流量变化引起流量变化%10Q流量相对变化值流量相对变化值%100%100101020行程在行程在10%10%时时，%5 .12%100808090行程在行程在80%80%时时，行程在行程在50%50%时，时，%20%100505060 气动执行器气动执行器2 2）等）等百分比（对数）流量百分比（对数）流量特性特性是指单位相对行程变化所引起的相对流量变化是指单

11、位相对行程变化所引起的相对流量变化与该点的相对流量成正比关系。与该点的相对流量成正比关系。特点：特点：它在任何开度下的相对灵敏程度都是相同的，它在任何开度下的相对灵敏程度都是相同的， 有利于系统稳定，使用最广。有利于系统稳定，使用最广。 气动执行器气动执行器maxmax)/()/(QQKLldQQd积分得积分得（又称为对数流量特性）（又称为对数流量特性）CLlKQQmaxln代入边界条件代入边界条件1maxLlRQQ3 3）抛物线流量特性）抛物线流量特性特点：特点：接近于等百分比流量特性。接近于等百分比流量特性。 气动执行器气动执行器21maxmax)()()(QQKLldQQd整理得整理得2

12、max) 1(11LlRRQQ4 4）快开流量特性）快开流量特性特点：特点：使用于迅速开闭阀门。使用于迅速开闭阀门。 气动执行器气动执行器1maxmax)()()(QQKLldQQd整理得整理得)(112maxLlRRQQ控制阀理想流量特性控制阀理想流量特性不同流量特性阀芯形状不同流量特性阀芯形状 气动执行器气动执行器 气动执行器气动执行器控制阀理想流量特性控制阀理想流量特性2 2、控制机构的工作流量特性、控制机构的工作流量特性1 1）阀在串联管道中的流量特性）阀在串联管道中的流量特性串联管道的阻力损失与通过的流量成平方关系。串联管道的阻力损失与通过的流量成平方关系。串联管道情况串联管道情况

13、气动执行器气动执行器由于控制阀的开度变化，引起阀前后压差的变化，由于控制阀的开度变化，引起阀前后压差的变化，又引起流量的增加。与理想流量特性是不同的。又引起流量的增加。与理想流量特性是不同的。串联管道阻力越大，阀上的串联管道阻力越大，阀上的阻力越小。阻力越小。控制阀在串联管道上时，随着控制阀在串联管道上时，随着S S值的减少流量特性值的减少流量特性发生变化。发生变化。如图所示如图所示 气动执行器气动执行器S S值就越小，实际可值就越小，实际可调比就会下降。一般调比就会下降。一般S=0.3-0.7S=0.3-0.7来配置。来配置。PPSVVPVP直线特性直线特性 快开快开等百分比等百分比直线直线

14、 阀在并联管道时，由于旁路阀的打开，控制阀的可阀在并联管道时，由于旁路阀的打开，控制阀的可调范围发生变化。调范围发生变化。 气动执行器气动执行器VQ总QPQ旁路阀旁路阀总VQQX X X值越小，阀的可值越小，阀的可调范围越小。调范围越小。2 2）阀在并联管道中的流量特性）阀在并联管道中的流量特性并联管道控制阀流量特性并联管道控制阀流量特性 气动执行器气动执行器小结：小结：1.1.串、并联管道都会使阀的理想流量特性发生畸串、并联管道都会使阀的理想流量特性发生畸 变，串联管道的影响尤为严重。变，串联管道的影响尤为严重。2.2.串、并联管道都会使控制阀的可调范围降低，并串、并联管道都会使控制阀的可调

15、范围降低，并 联管道的影响尤为严重。联管道的影响尤为严重。3.3.串联管道会使系统总流量减少，并联管道使系统串联管道会使系统总流量减少，并联管道使系统 总量增加。总量增加。 气动执行器气动执行器4.4.串联管道时控制阀若处于大开度，则串联管道时控制阀若处于大开度，则S S值降低，值降低， 对放大系数影响更为严重，并联管道时控制阀对放大系数影响更为严重，并联管道时控制阀 若处于小开度，则若处于小开度，则X值降低，对放大系数影响值降低，对放大系数影响 更为严重。更为严重。 气动执行器气动执行器1 1、执行机构的选择、执行机构的选择有直行程和角行程两种。有直行程和角行程两种。2 2、控制机构的选择、

16、控制机构的选择1 1）结构形式和材质的选择）结构形式和材质的选择根据工艺状况（温度、压力、流速等）和流体性根据工艺状况（温度、压力、流速等）和流体性质（粘度、悬浮物、蒸汽、腐蚀性、毒性等）综质（粘度、悬浮物、蒸汽、腐蚀性、毒性等）综合考虑。合考虑。三、执行器的选择和使用三、执行器的选择和使用 执行器的执行器的选择和使用选择和使用2 2）流量特性的）流量特性的选择（阀芯形状）选择（阀芯形状）根据工艺对象的特点选择阀的流量特性。根据工艺对象的特点选择阀的流量特性。（1 1）工艺配管复杂阻力大时，选择等百分比。）工艺配管复杂阻力大时，选择等百分比。（2 2）生产负荷经常大幅度波动，选择等百分比。）生

17、产负荷经常大幅度波动，选择等百分比。（3 3）工艺参数不能精确确定时，选择等百分比。）工艺参数不能精确确定时，选择等百分比。（4 4）对象特性为线性的，可选直线流量特性。）对象特性为线性的，可选直线流量特性。 执行器的选择执行器的选择和使和使用用3）执行器）执行器气开、气关的选择气开、气关的选择气关阀：气关阀：当有信号压力时阀当有信号压力时阀关关，无信号压力时阀，无信号压力时阀全开全开。气开阀：气开阀：当有信号压力时阀当有信号压力时阀开开，无信号压力时阀，无信号压力时阀全关全关。气关气关气关气关气开气开气开气开选择原则：选择原则：信号压力中断时，应保证设备和操作人信号压力中断时，应保证设备和操

18、作人员的安全。员的安全。 执行器的选择执行器的选择和使和使用用举例：举例： 如图，锅炉液位自动如图，锅炉液位自动控制系统控制系统为保证锅炉生产的安全，为保证锅炉生产的安全，不准停止给水。不准停止给水。一旦自一旦自动控制失灵，给水阀也动控制失灵，给水阀也不准关闭。不准关闭。因此选因此选气关阀。气关阀。气关阀气关阀4 4）控制阀口径）控制阀口径的选择的选择 执行器的选择执行器的选择和使和使用用四四、气动执行器、气动执行器的安装和维护的安装和维护1.1.气动执行器应该是正立垂直安装在水平管道上。气动执行器应该是正立垂直安装在水平管道上。 如果装在垂直管线上应加支撑。如果装在垂直管线上应加支撑。2.2

19、.为了便于维护检修，气动执行器安装在靠近地面为了便于维护检修，气动执行器安装在靠近地面 或楼板的地方。或楼板的地方。 执行器的选择执行器的选择和使和使用用3.3.气动执行器安装在环境温度不高于气动执行器安装在环境温度不高于6060和不低和不低 于于-40-40的地方并应远离震动较大的设备。的地方并应远离震动较大的设备。4.4.为避免膜片受热老化阀的上膜盖与其它载热体以为避免膜片受热老化阀的上膜盖与其它载热体以 及上部管道的距离应大于及上部管道的距离应大于200mm200mm。 执行器的选择执行器的选择和使和使用用5.5.阀的公称通径与管道公称通径不同时，两者之间阀的公称通径与管道公称通径不同时

20、，两者之间 应加一段异径管。应加一段异径管。6.6.控制阀前后要有控制阀前后要有10D10D（D D：是管道直径）的直管段。：是管道直径）的直管段。 执行器的选择执行器的选择和使和使用用7.7.为了安全起见，控制阀应加旁路管线，加旁路阀。为了安全起见，控制阀应加旁路管线，加旁路阀。 如图下面是常见的几种如图下面是常见的几种11.1.是习惯采用的方法是习惯采用的方法 2.3 2.3 这两种方法比较好这两种方法比较好 4.4.使用于小阀使用于小阀 执行器的选择和使用执行器的选择和使用 执行器的选择和使执行器的选择和使用用测量值控制器调节阀被控对象偏差给定值操纵值操纵变量干扰D测量变送器-SvPvD

21、vMvq被控变量y+eez xP 第二节第二节 电动执行器电动执行器 原理：接收来自控制器的原理：接收来自控制器的0-10mA0-10mA或或4-4-20mA20mA的直流电流信号，并将其转换成相的直流电流信号，并将其转换成相应的角位移或直行程位移，去操纵阀门、应的角位移或直行程位移，去操纵阀门、挡板等控制机构，以实现自动控制。挡板等控制机构，以实现自动控制。分类：角行程、直行程、多转式分类：角行程、直行程、多转式电动执行机构的主要组成：伺服放大器、电动执行机构的主要组成：伺服放大器、伺服电动机、减速器、位置发送器、操伺服电动机、减速器、位置发送器、操纵器。纵器。如如图所示：图所示：位置发生器位置发生器：将执行机构输出轴的位移转变为9-10mA或4-20mADC反馈信号的装置。其主要部分：差动变压器，如图所示铁芯位置决定了感应电压Usc的大小。第三节第三节 电气转换器及阀门定位器电气转换器及阀门定位器一、电一、电/ /气转换器气转换器作用：作用：4 42020mAmA电流转换为电流转换为2020100100kPakPa气压信号。气压信号。输入为控