第11章 执行器ppt课件

1、11 执行器本章根本要求1掌握控制阀的流量特性的意义，了解串联管道中阻力比s和并联管道中分流比x对流量特性的影响。2了解气动薄膜控制阀的根本构造、主要类型及运用场所。3了解气动执行器的气开、气关型式及其选择原那么。4了解电气转换器及电气阀门定位器的用途及任务原理。5了解电动执行器的根本原理。11 执行器概述 执行机构 调理机构 调理阀的流量系数和流量特性 阀门定位器 执行器的选择计算和安装气动薄膜直通单座阀气动薄膜直通双座阀气动蝶阀气动球阀气动切断阀电动直通单座阀电动隔膜阀电动三通阀气动薄膜角形阀电磁阀手动截止阀1、对执行器的初步认识11.1 概述2、执行器在自控系统中的作用执行器是指：阀门调

2、理阀(延续的)、开关阀(过程控制范畴) 电机延续的、开关的(属于流体机械的范畴，起执行器的作用)执行器是控制系统必不可少的环节。执行器任务条件恶劣，它也是控制系统最薄弱的环节。缘由：执行器与介质操作变量直接接触，如：(强)腐蚀性、(高)粘度、(易)结晶、高温、急冷、高压、高差压等。 执行器通常专指阀门11.1 概述执行器在自控系统中的作用：接纳调理器计算机输出的控制信号，使调理阀的开度产生相应变化，从而到达调理操作变量流量的目的。图6-2 气动薄膜调理阀的外形和内部构造1-薄膜 2-平衡弹簧 3-阀杆 4-阀芯 5-阀体 6-阀座PO气动执行机构调理机构1234563、执行器的构成11.1 概

3、述执行器由执行机构和控制调理机构两个部分构成 辅助安装：阀门定位器和手动操作机构 执行机构调理机构POIOF lM流通截面积支配变量的流量11.1 概述3、执行器的构成执行机构根据控制信号产生推力(薄膜、活塞、马达)。即将信号的大小转换为阀杆位移的安装。 控制机构根据推力产生位移或转角，改动开度。即将阀杆的位移转换为流过阀的流量的安装。手操机构手轮机构的作用是当控制系统因停电、停气、控制器无输出或执行机构失灵时，利用它可以直接支配控制阀，以维持消费的正常进展。气动执行器4、分类1按运用的能源方式电动执行器液动执行器 气动阀电动阀在过程控制领域运用很少2按阀门的输出延续式0100开关式ON/OF

4、F调理阀*11.1 概述3按运用的调理机构直行程式调理机构角行程式调理机构 它采用气动执行机构优点：构造简单、动作可靠稳定、输出力大、安装维修方便、价钱廉价和防火防爆。缺陷：呼应时间大，信号不适于远传。 采用电/气转换器或电/气阀门定位器，使传送信号为电信号，现场操作为气动信号。气动调理阀电信号气信号11.1 概述4、分类电动调理阀它采用电动执行机构优点：动作较快、能源获取方便，特别适于远间隔的信号传送。缺陷：输出力较小、价钱贵。 普通只适用于防爆要求不高的场所。11.1 概述4、分类直通双座调理阀直通单座调理阀 笼式套筒调理阀 角型调理阀 三通调理阀 高压调理阀隔膜调理阀波纹管密封调理阀超高

5、压调理阀小流量调理阀低噪音调理阀直行程式调理机角行程式调理机构留意：同一类型的气动/电动调理阀，分别采用气动执行机构和电动执行机构。蝶阀凸轮挠曲调理阀V型球阀O型球阀 4、分类11.1 概述H反作用：当输入信号增大时，流过执行器的流量减小。正作用：当输入信号增大时，执行器的开度增大，即流过 执行器的流量增大。5、执行器的作用方式正反作用的选择主要从平安消费的角度来确定。假设，介质是由强腐蚀性的，再消费过程中不允许溢出，调理阀的作用方式？假设后面的环节不允许没有物料，调理阀的作用方式？11.1 概述根据控制信号的大小，产生相应的输出力F和位移M直线位移l或角位移。输出力F用于抑制调理机构中流动流

6、体对阀芯产生的作用力或作用力矩，以及摩擦力等其他各种阻力；位移l或用于带动调理机构阀芯动作。 11.2 执行机构气动执行机构 电动执行机构 11.2.1 气动执行机构 气动执行机构主要分为两大类：薄膜式与活塞式。薄膜式与活塞式执行机构又可分为：有弹簧和无弹簧 气源 PO1、气动薄膜式执行机构根本构造和任务原理气源PO气动执行机构的动态特性为一阶滞后环节。其时间常数的大小与薄膜气室大小及引压导管长短粗细有关，普通为数秒到数十秒之间。 11.2.1 气动执行机构 2、气动活塞式执行机构根本构造和任务原理根本部件：活塞和气缸。活塞在气缸内随活塞两侧压差而挪动，两侧可分别输入一个固定信号和一个变动信号

7、，或两侧都输入变动信号。它的输出特性有比例式及两位式两种。两位式是根据输入执行活塞两侧的操作压力的大小，使推杆从一个位置移到另一极端位置。比例式是在两位式根底上加有阀门定位器后，使推杆位移与信号压力成比例关系。 P1P211.2.1 气动执行机构 构成原理 11.2.2 电动执行机构输入信号伺服放大器伺服电机减速器输出位置发生器调理机构是执行器的调理部分，在执行机构的输出力和输出位移作用下，调理机构阀芯的运动，改动了阀芯与阀座之间的流通截面积，即改动了调理阀的阻力系数，使被控介质流体的流量发生相应变化。11.3 调理机构1执行机构2阀杆3阀芯4阀座5阀体6转轴7阀板 主要构成：阀体、阀座、阀心

8、、和阀杆或转轴1、调理机构的构造和特点11.3 调理机构单导向构造阀体内只需一个阀芯和一个阀座。构造简单、走漏量小甚至可以完全切断允许压差小双导向构造的允许压差较单导向构造大。 2、常用调理阀构造表示图及特点1直通单座调理阀双导向构造它适用于要求走漏量小，任务压差较小的干净介质的场所。在运用中应特别留意其允许压差，防止阀门关不死。 11.3 调理机构阀体内有两个阀芯和阀座 。因流体对上、下两阀芯上的作用力可以相互抵消，因此双座阀具有允许压差大上、下两阀芯不易同时封锁，因此走漏量较大的特点。 2、常用调理阀构造表示图及特点2直通双座调理阀均为双导向构造它适用于阀两端压差较大，走漏量要求不高的干净

9、介质场所，不适用于高粘度和含纤维的场所。 11.3 调理机构阀体为直角形；通道简单、阻力小，适用于高压差、高粘度、含有悬浮物和颗粒状物质的调理；角形阀普通运用于底进侧出，此时调理阀稳定性好；在高压差场所下，为了延伸阀芯运用寿命，也可采用侧进底出，但侧进底出在小开度时易发生振荡；角形阀还适用于工艺管道直角形配管的场所。 11.3 调理机构2、常用调理阀构造表示图及特点3角形调理阀三通调理阀：阀体有三个接纳口，适用于三个方向流体的管路控制系统，大多用于热交换器的温度调理、配比调理和旁路调理。运用中应留意流体温差不宜过大，通常小于是150，否那么会使三通阀产生较大应力而引起变形，呵斥衔接处走漏或损坏

10、。三通阀有三通合流阀和三通分流阀两种。三通合流阀为介质由两个输入口流进混合后由一出口流出；三通分流阀为介质由一入口流进，分为两个出口流出。 合流三通调理阀11.3 调理机构2、常用调理阀构造表示图及特点4三通调理阀分流三通调理阀蝶阀是经过挡板以转轴为中心旋转来控制流体的流量；构造紧凑、体积小、本钱低，流通才干大；特别适用于低压差、大口径、大流量的气体形或带有悬浮物流体的场所；走漏较大；蝶阀通常任务转角应小于70，此时流量特性与等百分比特性类似；多用于开关阀。蝶阀11.3 调理机构2、常用调理阀构造表示图及特点5蝶阀套筒上开有一定外形的窗口节流孔，套筒挪动时，就改动了节流孔的面积，从而实现流量调

11、理。套筒阀分为单密封和双密封两种构造，前者类似于直通单座阀，适用于单座阀的场所；后者类似于直通双座阀，适用于双座阀的场所。套筒阀具有稳定性好、拆装维修方便等优点，因此得到广泛运用，但其价钱比较贵。套筒阀11.3 调理机构2、常用调理阀构造表示图及特点6套筒阀阀体与普通的直通单座阀类似，但阀内有一个圆柱形套筒，又称笼子，利用套筒导向，阀芯可在套筒中上下挪动。转轴带动阀芯偏心旋转；体积小，分量轻，运用可靠，维修方便，通用性强，流体阻力小等优点，适用于粘度较大的场所，在石灰、泥浆等流体中，具有较好的运用性能。偏心旋转阀11.3 调理机构2、常用调理阀构造表示图及特点7偏心旋转阀阀芯为一球体；阀芯上开

12、有一个直径和管道直径相等的通孔，转轴带动球体旋转，起调理和切断作用；该阀构造简单，维修方便，密封可靠，流通才干大；流量特性为快开特性，普通用于位式控制。 “O形球阀11.3 调理机构2、常用调理阀构造表示图及特点8“O形球阀阀芯也为一球体；但球体上开孔为V形口，随着球体的旋转，流通截面积不断发生变化，但流通截面的外形一直坚持为三角形；该阀构造简单，维修方便，封锁性能好，流通才干大，可调比大；流量特性近似为等百分比特性，适用于纤维、纸浆及含颗粒的介质。 “V形球阀11.3 调理机构2、常用调理阀构造表示图及特点9“V形球阀孔板流量计的公式？11.4 流量系数和流量特性 调理阀的流量方程根据的原理

13、：伯努利方程能量守恒流量系数是反映调理阀口径大小的一个重要参数。 流量系数KV的定义:在调理阀前后压差为100kPa，流体密度为1g/cm3即440的水的条件下，调理阀全开时，每小时经过阀门的流体量m3。 11.4.1 调理阀的流量系数把上述参数代入流量方程，即可算出实践工况的流经阀门的流量。 现实上，这里提出流量系数的概念，意图不在流量的计算上，真正目的是根据工艺要求如何来选择一台适宜的调理阀。 根据工艺要求，即流量Q、前后差压P、介质密度，可以用下式来计算调理阀的流量系数，并以此来作为阀门口径选择的根据之一：流量系数的计算 11.4.1 调理阀的流量系数留意：上式中各参数的单位； 上式只适

14、用于普通的流体如水或者类似流体流体的种类和性质将影响K的大小，因此对不同的流体必需思索其对流量系数的影响；流体的流动形状也将影响K的大小。可调比R反映调理阀的调理才干的大小。 定义：调理阀所能调理的最大流量和最小流量之比。 调理阀前后压差的变化，会引起可调比变化，将可调比分为理想可调比和实践可调比。 11.4.2 调理阀的可调比 理想可调比由构造设计决议，通常 R=30 或 501、理想可调比R (P 一定) 11.4.2 调理阀的可调比 1串联管道时的可调比 设 2、实践可调比 Rr (P 变化) 11.4.2 调理阀的可调比 2并联管道时的可调比 R 1 设 11.4.2 调理阀的可调比

15、2、实践可调比 Rr (P 变化) 调理阀前后压差的变化，会引起流量变化。流量特性分为理想流量特性和实践流量特性11.4.3 调理阀的流量特性 最大流量最大位移实践位移实践流量调理阀流量特性：介质流过调理阀的相对流量与相对位移即阀的相对开度之间的关系调理阀的固有特性，由阀芯的外形所决议。1-快开特性2-直线特性3-抛物线特性4-等百分比对数特性1、理想流量特性(P 一定)11.4.3 调理阀的流量特性 特点：a.放大系数是常数 调理阀的相对流量与相对位移成直线关系，即单位位移变化所引起的流量变化是常数 b. Q 流量相对变化值 1直线流量特性 11.4.3 调理阀的流量特性 特点：a. Q 放

16、大系数单位相对位移变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系b. 流量相对变化值是常数 2等百分比流量特性对数流量特性11.4.3 调理阀的流量特性 单位相对位移的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量值的平方值的平方根成正比关系 3抛物线流量特性 为了弥补直线特性在小开度时调理性能差的缺陷，在抛物线特性根底上派生出一种修正抛物线特性，它在相对位移30%及相对流量变20%这段区间内为抛物线关系，而在此以上的范围是线性关系。 11.4.3 调理阀的流量特性 在开度较小时就有较大的流量，随着开度的增大，流量很快就到达最大；以后再添加开度，流量变化很小。 有效位移普通为阀座直径的1/4 适

17、用于迅速启闭的位式控制或程序控制系统 4快开流量特性 上述4种流量特性中：直线和等百分比最常用。11.4.3 调理阀的流量特性 1串联管道时* 流量特性发生畸变* 直线特性快开特性* 等百分比特性直线特性 * 可调比减小 2、任务流量特性(P 变化)11.4.3 调理阀的流量特性 2并联管道时的任务流量特性 通常普通X值不能低于0.8，即旁路流量只能为总流量的百分数之十几。 可调比将大大下降11.4.3 调理阀的流量特性 2、任务流量特性(P 变化)执行器的选用能否得当，将直接影响控制系统的控制质量、平安性和可靠性。 执行器的选择，主要是从以下三方面思索：1调理阀的构造方式；2调理阀的流量特性

18、；3调理阀的口径。11.5 执行器的选择计算1、执行机构的选择 11.5.1 执行器构造方式的选择 比较项目气动薄膜执行机构电动执行机构可靠性高（简单、可靠）较低驱动能源需另设气源简单方便价格低高输出力大小刚度小大防爆好差工作环境大（-4080）小（-1055）选择执行机构时，必需思索执行机构的输出力力矩应大于它所遭到的负荷力力矩。 负荷力力矩包括流体对阀芯产生的作用力不平衡力或作用力矩不平衡力矩阀杆的摩擦力、分量以及紧缩弹簧的预紧力。 对于气动薄膜执行机构：任务压差小于最大允许压差。但当所用调理阀的口径较大或压差较高时，执行机构要求有更大的输出力，此时可思索用活塞式执行机构，也可选用薄膜执行

19、机构再配上阀门定位器。 1、执行机构的选择 11.5.1 执行器构造方式的选择 气开式调理阀：有信号压力输入时阀翻开，即供气量越大，阀门开度越大，而在失气时那么全关，称FC型；气关式调理阀：有信号压力输入时阀封锁，即供气量越大，阀门开度越小，而在失气时那么全开，称FO型。2、确定整个调理阀的作用方式 11.5.1 执行器构造方式的选择 气开气关的选择原那么是：2、确定整个调理阀的作用方式 11.5.1 执行器构造方式的选择 信号压力中断时，应保证设备和操作人员的发全，如阀门处于翻开位置时危害性小，那么应选用气关式；反之，那么用气开式。 因：供气中断时，应使给水阀全开，使得锅炉不致烧干引起爆炸。

20、故：选气关阀。锅炉汽包水位控制带控制点的流程图例：锅炉汽包水位的控制气关阀气开气关的选择原那么是：平安原那么2、确定整个调理阀的作用方式 11.5.1 执行器构造方式的选择 因：供气中断时，应使燃料阀全关，停顿供应燃料油，不致使加热炉温度过高烧坏炉子。故：选气开阀。加热炉温度控制带控制点的流程图气开阀气开气关的选择原那么是：平安原那么2、确定整个调理阀的作用方式 11.5.1 执行器构造方式的选择 例2：加热炉炉温的控制主要根据是：1流体性质如流体种类、粘度、腐蚀性、能否含悬浮颗粒；2工艺条件如T、p、F、p、走漏量；3过程控制要求控制系统精度、可调比、噪音。根据以上各点进展综合思索，并参照各

21、种调理机构的特点及其适用场所，同时兼顾经济性，来选择满足工艺要求的调理机构。3、调理机构的选择 11.5.1 执行器构造方式的选择 实践上是指如何选择直线特性和等百分比特性。 阅历准那么 :1、思索系统的控制质量11.5.2 执行器流量特性的选择 调理阀在串联管道时的任务流量特性与S值的大小有关，即与工艺配管情况有关。因此，在选择其特性时，还必需思索工艺配管情况。1根据系统的特点选择所需求的任务流量特性2思索工艺配管情况确定相应的理想流量特性详细做法:阅历准那么 :2、思索工艺管道情况11.5.2 执行器流量特性的选择 直线特性调理阀在小开度时流量相对变化值大，控制过于灵敏，易引起振荡，且阀芯

22、、阀座也易遭到破坏，因此在S值小、负荷变化大的场所，不宜采用。等百分比特性调理阀的放大系数随调理阀行程添加而增大，流量相对变化值是恒定不变的，因此它对负荷变化有较强的顺应性。 结论：常用的调理阀流量特性为“线性和“等百分比。在设计过程中，当流量特性难以确定时，优先选用“等百分比特性，它的顺应性更强。阅历准那么 :3、思索负荷变化情况11.5.2 执行器流量特性的选择 首先必需求合理确定调理阀流量和压差的数据。通常把代入计算公式中的流量和压差分别称为计算流量和计算压差。而在根据计算所得到的流量系数选择调理阀口径之后，还应对所选调理阀开度和可调理比进展验算，以保证所选调理阀的口径能满足控制要求。

23、根据流量系数11.5.3 调理阀的口径选择 就是根据工艺参数计算出K，然后根据K选取一个Kv值差不多的调理阀。 最大计算流量是指经过调理阀的最大流量，其值应根据工艺设备的消费才干、对象负荷的变化、操作条件变化以及系统的控制质量等要素综合思索，合理确定。 防止两种倾向：过多思索余量；只思索眼前消费 选择调理阀口径的步骤：1确定计算流量11.5.3 调理阀的口径选择 计算压差是指最大流量时调理阀上的压差，即调理阀全开时的压差。确定计算压差时必需兼顾调理性能和动力耗费两方面，即应合理选定S值。2确定计算压差 选取S值 S值普通希望不小于0.3，常选 求取调理阀计算压差PV 计算压差确定步骤如下： 1

24、1.5.3 调理阀的口径选择 选择调理阀前后最近的压力根本稳定的两个设备作为系统的计算范围。 在最大流量的条件下，分别计算系统内调理阀之外的各项部分阻力所引起的压力损失，再求出它们的总和PF。2确定计算压差根据已求得的Kmax，在所选用的产品型式的规范系列中，选取大于Kmax并与其最接近的那一挡Kv值P.169，表6-3。根据已决议的计算流量和计算压差，求得最大流量时的流量系数Kmax 3计算流量系数Kmax4选取流量系数KV11.5.3 调理阀的口径选择 选择调理阀口径的步骤：最大计算流量时的开度不大于90%最小计算流量时的开度不小于10% 直线特性调理阀 等百分比特性的调理阀 5验算调理阀

25、开度11.5.3 调理阀的口径选择 选择调理阀口径的步骤：6验算调理阀实践可调比须满足根据值决议调理阀的公称直径Dg和阀座直径dg7确定调理阀口径11.5.3 调理阀的口径选择 选择调理阀口径的步骤：11.6 电气转换器/阀门定位器电气转换器电气阀门定位器紧缩空气过滤器1、阀门定位器将控制信号(I0或PO)，成比例地转换成气压信号输出至执行机构，使阀杆产生位移阀可见，阀门定位器与气动执行机构构成一个负反响系统杆位移量经过机械机构反响到阀门定位器，当位移反响信号与输入的控制信号相平衡时，阀杆停顿动作，调理阀的开度与控制信号相对应。阀门定位器可以采用更高的气源压力，从而可增大执行机构的输出力。在什

26、么情况下需求运用阀门定位器？11.6 电气转换器/阀门定位器答：大口径阀门，或者要求由较大输出力的阀门等小口径阀门普通较少运用。阀门定位器与执行机构安装在一同，因此可减少调理信号的传输滞后。此外，阀门定位器还可以接受不同范围的输入信号，因此采用阀门定位器还可实现分程控制。 1、阀门定位器11.6 电气转换器/阀门定位器在什么情况下需求运用阀门定位器？按构造方式，阀门定位器可以分为：1电/气阀门定位器2气动阀门定位器3智能式阀门定位器。 2、分类11.6 电气转换器/阀门定位器当输入IO，对主杠杆2产生向左的力F1，主杠杆绕支点反时针偏转，挡板13接近喷嘴15，Pa，使阀杆向下挪动，并带动反响杆

27、9绕支点4偏转，凸轮5也跟着逆时针偏转，从而使反响弹簧11拉伸，最终使阀门定位器到达平衡形状。此时，一定的信号压力就对应于一定的阀杆位移，即对应于一定的阀门开度。 Pa3、电/气阀门定位器11.6 电气转换器/阀门定位器电/气阀门定位器作用：1将420mA或010mA转换为气信号，用以控制气动调理阀；2它还可以起到阀门定位的作用。 Pa3、电/气阀门定位器11.6 电气转换器/阀门定位器MiKiIoFiliK1PaK2LKfFflfMf3、电/气阀门定位器11.6 电气转换器/阀门定位器阀杆位移和输入信号之间的关系取决于转换系数Ki、力臂长度li以及反响部分的反响系数Kf，而与执行机构的时间常数和放大系数，即执行机构的膜片有效面积和弹簧刚度无关。