化工仪表及自动化：chap10 执行器

1、第十章 执行器第一节 执行器的作用第二节 执行机构第三节 调节机构第四节 执行器的选择第五节 电气转换器及阀门定位器第一节 执行器的作用接收调节器的控制信号，自动改变操纵变量，达到对被控变量（如温度、压力、液位等）进行调节的目的。第一节 执行器的作用工作环境：高温、高压、深冷、剧毒、易燃、易爆、强腐蚀、高粘度、易结晶等。执行单元的选择非常重要,否则容易给生产过程自动化带来困难。第一节 执行器的作用 以压缩空气作为能源； 结构简单，动作可靠，输出力大，安装维修方便，价格低，本安防爆； 广泛用于有爆炸危险的的石油化工生产过程。按能源分气动执行器电动执行器 液动执行器缺点是滞后大，不适于远传，与计算

2、机等设备相连必须经过电/气转换器。 采用电源作为能源 驱动能源简单方便，推力大，动作快，适于远距离的信号传送，便于和计算机配合使用等特点缺点是结构复杂，可靠性差，价格高。采用防爆结构才可达到防火防爆的目的。 采用高压液体作为能源，在现场使用较少 第一节 执行器的作用按能源分气动执行器电动执行器 液动执行器第一节 执行器的作用执行机构：推动装置 根据控制信号的大小，产生相应推力或位移的装置。调节机构：调节部分 改变能量或物料输送量的装置。执行机构调节机构 按结构分第十章 执行器第一节 执行器的作用第二节 执行机构第三节 调节机构第四节 执行器的选择第五节 电气转换器及阀门定位器第二节 执行机构

3、一、 气动薄膜式执行机构 二、气动活塞式执行机构 三、 电动执行机构一、气动薄膜式执行机构 结构支架上膜盖下膜盖波纹膜片推杆压缩弹簧调节件行程标尺弹簧支座一、气动薄膜式执行机构 支架上膜盖下膜盖波纹膜片推杆压缩弹簧调节件行程标尺弹簧支座 结构一、气动薄膜式执行机构 正反作用PO信号压力增加，推杆向下运动正作用PO信号压力增加，推杆向上运动反作用一、气动薄膜式执行机构 l推杆行程；P输入压力信号20100kPa；A波纹膜片的有效面积；C弹簧的刚度系数 额定行程：10、16、25、40、60、100mm等。 20kPa为起始压力，推杆开始移动；100kPa，达到额定最大行程。 输入输出关系P一、气

4、动薄膜式执行机构 l20100Po(kPa)0100%/L第二节 执行机构 一、 气动薄膜式执行机构 二、气动活塞式执行机构 三、 电动执行机构二、气动活塞式执行机构当通入活塞上、下气室压力P1、P2不等时，活塞在P作用下移动，带动推杆产生行程。行程压力关系是两位式。要得到线性关系必须配装相应的阀门定位器。与薄膜执行机构相比，额定行程长(达400mm)，输出力大。适合与大口径、高压差调节机构配用。第二节 执行机构 一、 气动薄膜式执行机构 二、气动活塞式执行机构 三、 电动执行机构三、电动执行机构 分类电动执行机构直行程角行程执行器执行机构执行器执行机构输出轴的位移是直线的，带动直行程调节阀输

5、出轴是按角位移0-90旋转的, 带动角行程调节阀三、电动执行机构 工作原理综合输入信号和反馈信号，并将偏差信号加以放大，使其有足够的功率来控制伺服电机的转动。根据偏差信号的极性，放大器输出相应极性的信号，以控制伺服电机的正、反运转。 实现自动操作和手动操作的相互切换 将伺服电机输出的高转速、小力矩的输出功率转化为低转速、大力矩的输出功率，以推动执行机构动作将输出轴的位置转换成相应的反馈电流If，回送到伺服放大器的输入端 第十章 执行器第一节 执行器的作用第二节 执行机构第三节 调节机构第四节 执行器的选择第五节 电气转换器及阀门定位器第三节 调节机构 一、调节机构结构 二、调节结构种类 三、调

6、节机构工作原理 四、调节机构性能指标一、调节机构结构在执行结构输出力和输出位移的作用下，调节机构阀芯动作，改变了阀芯与阀座间的流通面积，即改变了阀的阻力系数，使被控介质流量相应改变。流通面积发生改变一、调节机构结构调节机构结构图调节机构外形上阀盖下阀盖阀杆阀体阀芯阀座局部阻力可以改变的节流元件填料 各部分名称第三节 调节机构 一、调节机构结构 二、调节结构种类 三、调节机构工作原理 四、调节机构性能指标二、调节机构种类根据阀芯的动作型式直行程式转角式直通单座阀直通双座阀角形阀三通阀隔膜阀套筒阀蝶阀球阀偏心旋转阀二、调节机构种类 直通单座阀 特点 泄漏量小； 不平衡力大，允许压差小； 流通能力小

7、。 适用场合适用于要求泄漏量小、压差小的场合阀体内只有一个阀芯和一个阀座二、调节机构种类 直通单座阀阀芯安装阀芯正装：阀芯向下移动时，阀芯与阀座间的流通面积减少；阀芯反装：阀芯向下移动时，阀芯与阀座间的流通面积增大。正装反装管道口径小于25mm时阀芯只能正装不能反装二、调节机构种类 直通双座阀 特点允许使用压差大，由于有上下两个阀芯，流体作用在两个阀芯上的推力大小相近，方向相反，所以不平衡力小；流通能力比同口径的单座阀大;上、下阀芯不易保证同时关闭，泄漏量较大 适用场合 适用于对泄漏量要求不严格和压差较大的场合； 阀体流路较复杂，用在高压差流体中时气蚀现象严重; 同时也不适用于高粘度和含纤维介

8、质的调节阀体内有两个阀芯和两个阀座二、调节机构种类 角型阀 特点 流路简单，阻力小； 具有较好的自洁性能； 流量系数比单座阀大，相当于双座阀的流量系数； 阀芯只能正装。 适用场合适用于高粘度、含有悬浮物和颗粒状流体的场合或用于要求直角配管的地方。阀体为直角形一般使用于底进侧出，此时稳定性较好；也可采用侧进底出，但小开度时容易发生振荡。二、调节机构种类 三通阀两种介质混合为一路合流型分流型阀体上有三个通道与管道相连用于换热器温度控制系统，也可用于简单的配比调节 一种介质分为两路二、调节机构种类 三通阀三通阀合流型分流型二、调节机构种类 套筒阀 特点不平衡力小，稳定性好，噪声低，互换性和通用性强，

9、拆装维修方便，改变套筒窗口形状即可改变阀的特性。 适用场合不宜用于高温，高粘度，含颗粒和结晶的介质控制。 又称笼式阀； 阀内有一个圆柱型套筒，根据流通能力大小，套筒的窗口可为四个，两个或一个； 利用套筒导向，阀芯在套筒中上下移动，改变节流孔面积，实现流量调节。二、调节机构种类 蝶阀 特点 流通能力大； 阻力损失小，流体通过时压降低； 具有自清洗作用，沉积物不宜积存； 泄漏量大。 适用场合可广泛应用于含有悬浮颗粒物和浓浊浆状流体，特别适用于大口径、大流量和低压差的场合。 又称翻板阀，属于角行程阀； 用于调节液体、气体和蒸汽的流量。二、调节机构种类 偏心旋转阀 特点 流路简单，阻力小，流通能力大，

10、密封较好，泄漏量小； 体积小，重量轻。 适用场合适用于粘度较大的场合，如石灰、泥浆等介质又称凸轮挠曲阀第三节 调节机构 一、调节机构结构 二、调节结构种类 三、调节机构工作原理 四、调节机构性能指标三、调节机构工作原理为调节阀的阻力系数12等效调节阀P1、v1、d1、A1P2、v2、d2、A2由伯努利方程可得：由流体连续性可得：综合后可得：令：阀的开度增大, , Q阀的开度减少, , Q第三节 调节机构 一、调节机构结构 二、调节结构种类 三、调节机构工作原理 四、调节机构性能指标四、调节机构性能指标 1. 流量系数表示调节阀容量大小及流通能力的参数。 定义：调节阀全开，前后压差为100kPa

11、，流体密度为1000kg/m3时，每小时流过阀门的流体体积流量。 实用中：PkPa，kg/m3，Qm3/h。对不可压缩流体 它反映了调节阀开度100%时的流通能力。气体、蒸汽等可压缩性流体C值计算要采用专用公式。 四、调节机构性能指标 2. 可调比 定义 指调节阀所能控制的最大流量与最小流量之比 理想可调比 阀前后压差不变时的可调比国内：R30；国外：R50阀芯阀座Qmin：可调流量下限=0.05mm防止阀芯受热膨胀或固体悬浮物介质卡死现象，必须留有一定的空隙 四、调节机构性能指标 2. 可调比 实际可调比 阀前后压差发生变化时的可调比 串联管道并联管道调节阀在使用的时候总是要与工艺管道相串联

12、，与工艺阀门相并联四、调节机构性能指标 2. 可调比 实际可调比 串联管道P阀P管P阀阻比定义：RrS301P 管道和阀的总压降Pmin 阀上最小压降，即阀全开时阀上压降一般按S=0.30.7设计配管四、调节机构性能指标 2. 可调比 实际可调比 并联管道Q1Q2QQ = Q1 + Q2RrQ2当旁路阀打开时，实际可调比迅速下降，比起串联管道时的情况更为严重，因此在使用时应尽量避免打开旁路。令X为阀全开时的最大流量与总管道内最大流量之比四、调节机构性能指标 3. 流量特性表示调节阀相对行程与流过的相对流量之间的关系。 阀前后压差不变时的流量特性称为理想流量特性。 理想流量特性理想特性是调节阀的

13、固有特性，是由阀芯的形状决定的。理想流量特性主要有四种：直线，等百分比（对数），抛物线及快开特性 四、调节机构性能指标 3. 流量特性 理想流量特性理想流量特性主要有四种：直线，等百分比（对数），抛物线及快开特性 流量特性比较：1.快开特性2.直线特性3.抛物线特性4.等百分比特性。四、调节机构性能指标 3. 流量特性 工作流量特性串联管道P阀P管PS0.1S0.5S1直线特性S0.1S0.5S1等百分比特性管道阻力越大, S越小, 阀的流量特性变形越严重。直线快开等百分比直线小开度时放大系数增大，小开度调节不稳定；大开度时放大系数减少，大开度调节迟钝，影响调节质量。四、调节机构性能指标 3.

14、 流量特性 工作流量特性并联管道Q1Q2Q直线特性X0.2X0.5X0.8X1等百分比特性X0.2X0.5X0.8X1X1，旁路关死，工作特性理想特性X越小，流量特性形状没变，但可调比大大减小，放大系数减小。四、调节机构性能指标 结论为保证控制质量，不要使用旁路阀或串联截止阀调节流量！串、并联管道都会使理想流量特性发生畸变，串联管道影响尤为严重； 串、并联管道都会使调节阀可调比降低，并联管道尤为严重；第十章 执行器第一节 执行器的作用第二节 执行机构第三节 调节机构第四节 执行器的选择第五节 电气转换器及阀门定位器第四节 执行器的选择 一、气开气关特性的选择 二、执行器的选型一、气开气关特性的

15、选择 原则组合执行机构正作用反作用调节机构正装反装气开（风开）： 有气则开，无气则关。 即输入信号增加，阀开度增大。 气关（风关）： 有气则关，无气则开。 即输入信号增加，阀开度减小。 在气源故障或调节器失灵的情况下，保证人员和设备的安全。一、气开气关特性的选择 组合执行机构正作用反作用调节机构正装反装气开（风开）： 有气则开，无气则关。 即输入信号增加，阀开度增大。 气关（风关）： 有气则关，无气则开。 即输入信号增加，阀开度减小。 气关气开气开气关第四节 执行器的选择 一、气开气关特性的选择 二、执行器的选型二、执行器的选型执行机构：直行程、角行程；薄膜式、活塞式； 电动、气动等。1. 根

16、据工艺条件，选择合适的执行器结构形式和材质。调节机构：根据流体性质及控制要求，综合考虑各种结 构特点，兼顾经济性选择合适的结构形式。2. 根据工艺对象的特点，选择合适的流量特性。3. 根据工艺参数，计算流量系数，选择合理的阀门口径。由Q、P等计算C值，查表确定阀门尺寸。4. 根据工艺过程要求，选择合适的辅助装置。电气转换器、阀门定位器等。 从工艺配管、负荷变化、被控对象特性等方面考虑，选择直线、等百分比等特性。二、执行器的选型第十章 执行器第一节 执行器的作用第二节 执行机构第三节 调节机构第四节 执行器的选择第五节 电气转换器及阀门定位器第五节 电气转换器及阀门定位器 一、电/气转换器 二、电气阀门定位器一、电/气转换器作用：420mA电流转换为20100kPa气压信号。输入为控制器的信号，输出至气动执行机构。控制仪表的一种辅助装置。第五节 电气转换器及阀门定位器 一、电/气转换器 二、电气阀门定位器二、电气阀门定位器 阀门定位器是气动调节阀的辅助仪表之一； 用来提高阀门位置按调节器信号定位的线性度； 克服阀杆摩擦力和调节阀不平衡力的影响。 不带阀门定位器带阀门定位器二、电气阀