矿大(北京)仪表与自动化_5(2学时)

1、第五章第五章 执行器执行器Chapter 5 actuator基本要求：基本要求：1、了解气动薄膜控制阀的基本结构、主要类型；、了解气动薄膜控制阀的基本结构、主要类型；2、掌握控制阀流量特性的含义，了解串联管道中、掌握控制阀流量特性的含义，了解串联管道中阻力比和并联管道中分流比对流量特性的影响。阻力比和并联管道中分流比对流量特性的影响。3、掌握气动执行器气开、气关型式及选择原则。、掌握气动执行器气开、气关型式及选择原则。4、了解电动执行器的基本原理。、了解电动执行器的基本原理。5、了解电气转换器及电气、了解电气转换器及电气阀门定位器的用途。阀门定位器的用途。6、了解数字阀与智能控制阀的主要特点

2、。、了解数字阀与智能控制阀的主要特点。Requirements:1. Basic structure and main type of gas controlled membrane control valve2. Flow properties of control valve, the effect of resistance ratio of pipeline in series, and bypass flow of pipeline in parallel3. Selection principle and type of gas controlled actuator4. Basi

3、c principle of gas controlled actuator5. Purpose of power-gas transmitter and valve locator6. Characteristics of digital valve and intelligent control valve执行器：执行器：自动控制系统中的重要组成部分自动控制系统中的重要组成部分作作 用：用：接收控制器送来的控制信号，改变被控接收控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值范围之内。值范围之内。分分 类类：气动、电动：气

4、动、电动(power-driven)、液动、液动 气动执行器气动执行器：压缩空气作为能源。结构简单、动作可靠：压缩空气作为能源。结构简单、动作可靠、平稳、输出推力较大、维修方便、防火防爆、平稳、输出推力较大、维修方便、防火防爆 电动执行器电动执行器：能源取用方便，信号传输迅速。结构复杂：能源取用方便，信号传输迅速。结构复杂、防爆性能差、较少使用、防爆性能差、较少使用 液动执行器液动执行器：化工、炼油基本不适用：化工、炼油基本不适用：由执行机构与控制机构组成。：由执行机构与控制机构组成。 第一节第一节 气动执行器气动执行器 1薄膜薄膜 2阀杆阀杆 3阀芯阀芯 4阀座阀座 5平衡弹簧平衡弹簧 6阀

5、体阀体1-membrane 2-valve rod 3-spool 4-carrier 5-balance spring 6-body气动薄膜调节阀气动薄膜调节阀结构示意图结构示意图气气动动执执行行机机构构控控制制机机构构PO152364一、气动执行器的结构与分类一、气动执行器的结构与分类 structure and classification1、执行机构、执行机构 executive body类型：类型：u 薄膜式薄膜式 membrane：常用，简单，便宜，维修方便。有：常用，简单，便宜，维修方便。有正作用与反作用两种；正作用与反作用两种；u 活塞式活塞式 piston：推力大，用于大口径

6、，高压降控制阀与：推力大，用于大口径，高压降控制阀与蝶阀的推动装置。蝶阀的推动装置。u 长行程长行程 long stroke：输出转角和力矩；蝶阀，风门。：输出转角和力矩；蝶阀，风门。薄膜式与活塞式执行机构又分为：薄膜式与活塞式执行机构又分为： 有弹簧、无弹簧有弹簧、无弹簧行程：行程：阀杆的位移，即执行机构的直线输出位移。阀杆的位移，即执行机构的直线输出位移。 如：如：10 、16、25、40、60、100mm。 气源气源 PO薄膜执行机构基本结构和工作原理薄膜执行机构基本结构和工作原理气源气源PO气动薄膜的执行机构有两种型式：气动薄膜的执行机构有两种型式：正作用正作用(ZMA)：当来自控制器

7、或阀门定位器的信号压：当来自控制器或阀门定位器的信号压力增大时，阀杆向下动作。力增大时，阀杆向下动作。反作用反作用(ZMB)：当信号压力增大时，阀杆向上动作。：当信号压力增大时，阀杆向上动作。2、控制机构、控制机构 control body含义：含义：局部阻力可改变的节流元件。通过阀杆，上部与局部阻力可改变的节流元件。通过阀杆，上部与执行机构相连，下部与阀芯相连。执行机构相连，下部与阀芯相连。1执行机构执行机构2阀杆阀杆3阀芯阀芯4阀座阀座5阀体阀体6转轴转轴7阀板阀板 主要构成：主要构成：阀体、阀座、阀芯、阀杆或转轴阀体、阀座、阀芯、阀杆或转轴直通双座调节阀直通双座调节阀直通单座调节阀直通单

8、座调节阀 笼式（套筒）调节阀笼式（套筒）调节阀角型调节阀角型调节阀三通调节阀三通调节阀 高压调节阀高压调节阀隔膜调节阀隔膜调节阀波纹管密封调节阀波纹管密封调节阀超高压调节阀超高压调节阀小流量调节阀小流量调节阀低噪音调节阀低噪音调节阀直行程式直行程式控制机构控制机构Linear motion角行程式角行程式控制机构控制机构 rotary motion蝶阀蝶阀凸轮挠曲调节阀凸轮挠曲调节阀V型球阀型球阀O型球阀型球阀 分类：分类： 二、控制阀的流量特性二、控制阀的流量特性流量特性流量特性：被控介质流过阀门的被控介质流过阀门的相对流量相对流量与阀门的与阀门的相对相对开度开度的关系。的关系。阀的流量与节

9、流面积的大小有关，也与阀前后的压力阀的流量与节流面积的大小有关，也与阀前后的压力差的变化有关差的变化有关。阀前后压差的变化，会引起流量变化。流量特性分为阀前后压差的变化，会引起流量变化。流量特性分为理想流量特性理想流量特性和和实际流量特性实际流量特性。)(maxLlfQQ1、控制阀的理想流量特性、控制阀的理想流量特性定义：定义：设想控制阀前后压差无变化时的流量特性为设想控制阀前后压差无变化时的流量特性为理想流量特性理想流量特性。分类：分类：取决于阀芯的形状。取决于阀芯的形状。1-快开特性快开特性2-直线特性直线特性3-抛物线特性抛物线特性4-等百分比（对数）特性等百分比（对数）特性 R 可调范

10、围可调范围（又称（又称可调比可调比）：）： 控制阀所能控制的最大流量与最控制阀所能控制的最大流量与最小流量之比。小流量之比。 R=Qmax/ Qmin1）直线流量特性）直线流量特性：相对流量与相对开度成直线关系。相对流量与相对开度成直线关系。kLldQQd)()(maxLlRRQQ) 1(11maxLlRR)11 (1特点：特点：a. 放大系数放大系数K是常数是常数 b. Q，流量相对变化值，流量相对变化值 直线特性直线特性 特点：特点：在在流量小时流量小时，流量变化的相对值大，即阀门在，流量变化的相对值大，即阀门在小开度时，控制作用太强；在小开度时，控制作用太强；在流量大时流量大时，流量变化

11、的相，流量变化的相对值小，即在阀门大开度时，控制作用太弱。不利于控对值小，即在阀门大开度时，控制作用太弱。不利于控制系统的运行。制系统的运行。解释：解释：设设 R= 时，流量特性为通过时，流量特性为通过0点直线，当位移变点直线，当位移变化化10%时，流量变化总是时，流量变化总是10% (Q/Qmax=l/L) ，而，而流量变流量变化的相对值化的相对值则不同，以开度则不同，以开度10%、50%、80%为例，为例， 开度开度10% 流量变化相对值流量变化相对值 (20-10)/10=100% 开度开度50% 流量变化相对值流量变化相对值 (60-50)/50=20% 开度开度80% 流量变化相对值

12、流量变化相对值 (90-80)/80=12.5%思考思考: 相对流量与流量变化的相对值相对流量与流量变化的相对值?相对流量的变化相对流量的变化: Q/Qmax流量变化相对值流量变化相对值: Q2-Q1/Q1 2) 等百分比流量特性等百分比流量特性 单位相对行程变化所引起的单位相对行程变化所引起的相对流量相对流量变化与此点的变化与此点的相对流量成正比。相对流量成正比。 maxmax)()(QQKLldQQd)1(maxLlRQQ在同样的行程变化下，流量小时，流量变化小，控制在同样的行程变化下，流量小时，流量变化小，控制平稳缓和；流量大时，流量变化大，控制灵敏有效。平稳缓和；流量大时，流量变化大，

13、控制灵敏有效。有利于控制。有利于控制。特点：特点：a. Q，放大系数，放大系数b. 流量相对变化值是常数流量相对变化值是常数 相对开度与相对流量成对数关系。相对开度与相对流量成对数关系。等百分比特性等百分比特性 3）抛物线流量特性）抛物线流量特性 相对流量的变化与相对开度的变化成抛物线的关系。相对流量的变化与相对开度的变化成抛物线的关系。性能性能介于直线与等百分比之间介于直线与等百分比之间。2max) 1(11LlRRQQ21maxmax)()()(QQkLldQQd抛物线流量特性抛物线流量特性 4）快开特性）快开特性 流量特性在开度较小时，就有较大的流量，随着开度的流量特性在开度较小时，就有

14、较大的流量，随着开度的增大，流量很快就达到最大。增大，流量很快就达到最大。上述上述4 4种流量特性中：直线和等百分比最常用。种流量特性中：直线和等百分比最常用。适用：适用：迅速启闭的场合及双位调节系统。迅速启闭的场合及双位调节系统。1 1、快开；、快开； 2 2、直线；、直线；3 3、抛物线；、抛物线； 4 4、等百分比、等百分比 2 2、控制阀的工作流量特性、控制阀的工作流量特性含义：含义：实际工作中，实际工作中，控制阀的前后的压差总是变化的控制阀的前后的压差总是变化的，此时的流量特性为此时的流量特性为工作流量特性工作流量特性。1）串联管道的工作流量特性）串联管道的工作流量特性总压差总压差p

15、 =管路的压差管路的压差p2+阀门压差阀门压差p1 阻力比阻力比 s : 控制阀全开时，阀上压差与系统总压差的比。控制阀全开时，阀上压差与系统总压差的比。S=1为理想工作特性为理想工作特性,此时系统压差全在阀上此时系统压差全在阀上,管道损失为零管道损失为零. 直直线线趋趋于于快快开开等等百百分分比比趋趋于于直直线线以以Qmax为参比值的工作流量特性：为参比值的工作流量特性： Qmax指阀全开指阀全开(管道阻力为零管道阻力为零)时的流量。时的流量。 实际使用中，一般认为s 值不小于0.30.5。说明说明:1) S=1时时,压力损失全在控制阀上压力损失全在控制阀上,工作特性为理想特性。工作特性为理

16、想特性。2) S小于小于1时时,管道有损失存在管道有损失存在,为实际工作特性。为实际工作特性。3) 管道串联后，管道串联后，S的值变小。的值变小。4) 直线特性趋于快开特性。直线特性趋于快开特性。5) 百分比特性趋于直线特性。百分比特性趋于直线特性。 2) 并联管道的工作流量特性并联管道的工作流量特性管路总流量管路总流量 Q控制阀流量控制阀流量Q1旁路流量旁路流量Q2分流比分流比x 控制阀全开时的最大流量控制阀全开时的最大流量Q1max与总管最大流与总管最大流量量Qmax的比值。的比值。Q并联管道时的工作特性并联管道时的工作特性(p一定一定)：随随x减小，可调范围大大下降。减小，可调范围大大下

17、降。应用中，一应用中，一般般x0.8。 说明说明:控制阀一般安有旁路控制阀一般安有旁路,便于手动操作与维护便于手动操作与维护;1) 旁路阀打开后旁路阀打开后, 理想特性变为工作特性理想特性变为工作特性;2) 分流比分流比x：控制阀全开时的流量：控制阀全开时的流量Q1max与管道总流量比与管道总流量比3) 当旁路阀关闭时当旁路阀关闭时, Q2=0, 控制阀的工作流量特性为理想控制阀的工作流量特性为理想 流量特性流量特性;4) 旁路打开旁路打开, x减小减小,可调比降低可调比降低, 加上串联管路的影响加上串联管路的影响, 可可 调比更低调比更低;5) x的值不小于的值不小于0.8 串联和并联管道工

18、作流量特性结论：串联和并联管道工作流量特性结论：1)1)控制阀的理想特性控制阀的理想特性(s=1)(s=1)都发生都发生畸变畸变，串联严重。，串联严重。2)2)都会使控制阀的都会使控制阀的可调范围降低可调范围降低，并联严重。，并联严重。3)3)串联使总流量减少，并联使总流量增加。串联使总流量减少，并联使总流量增加。4)4)控制阀的控制阀的放大系数都减少放大系数都减少。 三、控制阀的选择三、控制阀的选择选择依据：选择依据：被控介质的特点被控介质的特点，控制要求控制要求，安装要求安装要求，控制阀的特点控制阀的特点。1 1、控制阀的结构与特性的选择、控制阀的结构与特性的选择结构选择结构选择：据工艺条

19、件。如：强腐蚀性介质用隔膜阀据工艺条件。如：强腐蚀性介质用隔膜阀;高温介质选用带翅形散热片结构高温介质选用带翅形散热片结构.流量特性（阀芯形状）选择流量特性（阀芯形状）选择：一般一般先先根据控制系统根据控制系统的特点选择阀的流量特性，的特点选择阀的流量特性，再再根据管道配置情况，使畸根据管道配置情况，使畸变后的流量特性能满足控制要求；变后的流量特性能满足控制要求； 目前较多使用等百分比流量特性。目前较多使用等百分比流量特性。 2 2、气开式与气关式的选择、气开式与气关式的选择气关式气关式：有压力信号时，阀关：有压力信号时，阀关 常开式常开式气开式气开式：有压力信号时，阀开：有压力信号时，阀开

20、常关式常关式 气开与气关的选择原则气开与气关的选择原则：信号压力中断时，要保证：信号压力中断时，要保证设备和操作人员的安全。设备和操作人员的安全。 气开与气关组合如图：气开与气关组合如图：控制机构控制机构(正正)(正正)(反反)(反反)执行机构执行机构序号序号 3、控制阀口径的选择、控制阀口径的选择 （根据流量系数根据流量系数Kv决定决定）流量控制系数流量控制系数Kv ：表示：表示控制阀流通能力的参数控制阀流通能力的参数。当阀两端压差为当阀两端压差为100kPa，流体密度为，流体密度为1g/cm3，阀全，阀全开时，开时，流经控制阀的流体流量流经控制阀的流体流量(m3/h)。2110ppQKv对

21、不可压缩流体，对不可压缩流体， Kv计算公式：计算公式： 阀口径的选择方法阀口径的选择方法：根据特定工艺条件，计算：根据特定工艺条件，计算Kv，然，然后按照后按照厂家产品目录，选择相应口径，使阀的最大流量厂家产品目录，选择相应口径，使阀的最大流量满足工艺要求的最大流量，并留有一定的裕量。满足工艺要求的最大流量，并留有一定的裕量。 如某阀，在给定行程下如某阀，在给定行程下, 阀两端压差为阀两端压差为100KPa，流经阀的，流经阀的水流量为水流量为40m3/h，则其流量系数为，则其流量系数为40。 四、气动执行器的安装和维护四、气动执行器的安装和维护 install and maintain1）便

22、于维护和检修；便于维护和检修；2）远离高温和振动；远离高温和振动； 3）注意连接通径；注意连接通径；4）正立垂直安装在水平管道上，否则要支撑。正立垂直安装在水平管道上，否则要支撑。5）流体方向不能装反，控制阀前后各一流体方向不能装反，控制阀前后各一切断阀切断阀，旁路阀旁路阀。6）安装前后对管道进行清洗，排污，检查密封；安装前后对管道进行清洗，排污，检查密封；7）经常维护和定期检查。重点检查密封圈，膜片，填料，经常维护和定期检查。重点检查密封圈，膜片，填料，阀芯，阀座，气路接头等。阀芯，阀座，气路接头等。旁路阀旁路阀切断阀切断阀切断阀切断阀调节阀调节阀第二节第二节 电动执行器电动执行器电动执行器

23、接收来自控制器的电动执行器接收来自控制器的电信号电信号，并将其，并将其转换转换成相应的角位移、直线行程成相应的角位移、直线行程位移位移，去操纵阀门、挡，去操纵阀门、挡板等控制机构。板等控制机构。各种类型的电动执行器电气原理基本一样，只是减各种类型的电动执行器电气原理基本一样，只是减速器不一样。速器不一样。电动电动直通单座阀直通单座阀电动电动隔膜阀隔膜阀电动电动三通阀三通阀电磁阀电磁阀 电动执行器类型电动执行器类型：u角行程角行程 适合操作蝶阀，挡板类的旋转式阀；适合操作蝶阀，挡板类的旋转式阀；u直行程直行程 适合单座，双座，三通等直线式阀。适合单座，双座，三通等直线式阀。u多转式多转式 适合闸阀，截止阀等多转阀门。适合闸阀，截止阀等多转阀门。 角行程执行机构组成：角行程执行机构组成： 第三节第