执行机构原理

1、摘要： HYPERLINK /zt/tiaojief/index.shtml 调节阀是物料或能量供给系统中不可缺少的重要组成部分，而执行机构是调节阀的关键组成部件。针对执行机构对调节阀工作性能的影响，分析了调节阀的执行机构类型，讨论了不同类型执行机构的组成、工作原理和特点，在此基础上对不同类型的执行机构适用范围进行了探讨，为调节阀的选择提供指导作用。 1引言调节阀广泛应用于火力发电、核电、 HYPERLINK / 化工等流体控制场合，是工业生产过程最常用的终端控制元件。执行机构和调节阀门是组成调节阀的两大部件，执行机构根据控制信号驱动调节阀门，对通过的流体进行调节，从而改变操纵变量的数值12。

2、作为调节阀的驱动部分，执行机构在很大程度上影响着调节阀的工作性能。本文讨论了调节阀的执行机构，并对各种类型执行机构的性能特点进行了分析。 2调节阀执行机构按操作作 HYPERLINK / 能源的不不同，调调节阀执执行机构构可分为为气动执执行机构构、电动动执行机机构和电电液执行行机构。 2.11气动执执行机构构 气动薄薄膜执行行机构是是最常用用的气动动执行机机构33，工工作原理理如图11所示。将2001000kPPa的标标准气压压信号PP通入薄薄膜气室室中，在在薄膜上上便产生生一个向向下的推推力，驱驱动阀杆杆部件向向下移动动，调节节阀门打打开。与与此同时时，弹簧簧被压缩缩，对薄薄膜产生生一个向向

3、上的反反作用力力。当弹弹簧的反反作用力力与气压压信号在在薄膜产产生的推推力相等等时，阀阀杆部件件停止运运动。信信号压力力越大，在薄膜膜上产生生的推力力就越大大，弹簧簧压缩量量即调节节阀门的的开度也也就越大大。 气动薄膜膜调节阀阀将与执行行阀杆刚刚性连接接的调节节阀运动动部件视视为一典典型的质质量-弹弹簧-阻阻尼环节节，系统统运动受受力模型型如图22所示。系统在在运动过过程满足足以下方方程： 方程式（1） HYPERLINK /PicnewsList/ 点击此处处查看全全部新闻闻图片 式中中：m为为与执行行阀杆刚刚性连接接的运动动部件总总质量；x为阀阀杆位移移；c为为阻尼系系数；ff为摩擦擦力；

4、FFs为信信号压力力在薄膜膜上产生生的推力力；G为为运动部部件总重重力；FFt为调调节阀所所控流体体在阀芯芯上的压压力差产产生的不不平衡力力；k为为弹簧刚刚度系数数。当阀阀杆由下下往上运运动时，式（11）等号号左端各各项符号号变负。 图2系统统运动受受力模型型 HYPERLINK /PicnewsList/ 点击此处处查看全全部新闻闻图片式（11）中的的摩擦力力是造成成调节阀阀死区与与滞后的的主要原原因44。对对于气动动执行机机构而言言，由于于工作介介质的可可压缩性性比较大大，使得得摩擦对对其动态态响应特特性的影影响更为为显著。当生产产过程受受到扰动动的影响响，虽然然调节阀阀控制器器的输出出产

5、生了了一个用用于纠正正偏差的的控制信信号，但但由于摩摩擦的存存在，使使得该信信号并没没有产生生相应的的阀杆位位移。这这就要求求控制器器输出更更大的信信号，只只有当控控制信号号超过一一定范围围，即死死区，才才能使阀阀杆产生生位移。死区的的存在使使调节不不能及时时进行，有时还还造成调调节的过过量，使使调节阀阀的控制制品质变变差。为了减减小调节节阀死区区与滞后后的影响响，除了了改进阀阀杆 HYPERLINK /zt/pvairproof/index.shtml 密封封填料结结构，采采用合适适密封材材料等外外，目前前的主要要改进措措施是通通过给气气动调节节阀配备备 HYPERLINK /cgi-bin

6、/seinterface.cgi?word=气动阀 气动阀阀门定位位器22，如如图3所所示。波波纹管11的信号号压力大大小由调调节阀控控制器调调节。当当调节阀阀控制器器的输出出增大时时，波纹纹管1的的信号压压力也增增大，主主杠杆22便绕支支点3作作逆时针针转动，于是喷喷嘴5与与挡板44的距离离减小，喷嘴的的背压升升高，此此背压经经过放大大器6放放大后，进入薄薄膜气室室7的压压力也开开始升高高，阀杆杆8向下下移动，并带动动反馈杆杆9绕支支点100作逆时时针转动动，与反反馈杆99安装在在同一支支点的反反馈凸轮轮11跟跟着作逆逆时针转转动。与与此同时时，副杠杠杆122在滚轮轮13的的作用下下开始绕绕

7、支点114作顺顺时针转转动，反反馈弹簧簧15被被拉伸。当反馈馈弹簧115对主主杠杆22的拉力力与信号号压力作作用在波波纹管11上的力力达到力力矩平衡衡时，调调节阀气气动执行行阀杆达达到平衡衡位置。因此，通过气气动阀门门定位器器可以在在输入信信号与气气动调节节阀执行行阀杆位位移（即即调节阀阀开口量量）之间间建立起起一对应应的关系系。 图3带 HYPERLINK / 阀阀门定位位器的气气动薄膜膜调节阀阀工作原原理 HYPERLINK /PicnewsList/ 点击此处处查看全全部新闻闻图片添加气动动阀门定定位器后后可以在在一定程程度上减减小气动动薄膜调调节阀的的死区与与滞后，但要彻彻底解决决死区

8、与与滞后的的影响，需从根根本上解解决调节节阀的摩摩擦力补补偿等问问题。除气动动薄膜执执行机构构外，还还有气动动活塞式式执行机机构，调调节阀执执行阀杆杆通过气气缸驱动动。 2.22电动执执行机构构 电动执执行机构构是采用用电动机机和减速速装置来来移动调调节阀门门的执行行机构，需与电电动伺服服放大器器配套使使用，其其系统组组成框图图如图44所示。由于带带有位移移传感器器实时检检测执行行阀杆的的位移，故电动动执行机机构不需需额外配配备阀门门定位器器就可以以组成位位置反馈馈控制系系统，以以调节阀阀执行阀阀杆的位位移信号号作为调调节阀控控制器的的反馈测测量信号号，将控控制器输输出的设设定信号号与反馈馈测

9、量信信号进行行比较，当两者者有偏差差时，改改变对伺伺服放大大器的输输出，使使执行阀阀杆动作作，从而而建立起起输入信信号与调调节阀执执行阀杆杆位移（即调节节阀开口口量）一一一对应应的关系系。通常常电动执执行机构构的输入入信号是是标准的的电流或或电压信信号，输输出位移移可以是是直行程程、角行行程和多多转式等等类型2。 图4电动动执行机机构组成成框图 HYPERLINK /PicnewsList/ 点击此处处查看全全部新闻闻图片2.33电液执执行机构构 电液执执行机构构将输入入的标准准电流或或电压信信号转换换为电动动机的机机械能，然后通通过液压压 HYPERLINK / 泵，将电电动机的的机械能能转

10、化为为液压油油的压力力能，并并经管道道和控制制元件向向前传递递，最后后借助液液压执行行元件（如液压压缸）将将液压油油的压力力能转化化为机械械能，驱驱动调节节阀阀杆杆（阀轴轴）完成成直线（回转角角度）运运动，控控制调节节阀阀门门的开度度。电液液执行机机构的组组成及系系统框图图如图55所示，位移传传感器所所形成回回路实际际起着阀阀门定位位器的作作用，建建立阀杆杆位移信信号与调调节阀控控制器输输出信号号之间的的一一对对应关系系。 图6是是某类电电液执行行机构的的工作原原理图。工控机机根据调调节阀控控制系统统的设置置，经DD/A转转换后以以模拟信信号的形形式输出出设定信信号，使使电液比比例方向向阀2的

11、的左位工工作。液液压泵11输出的的压力油油一路给给蓄能器器3充液液，储备备液压能能，以备备快速关关闭或开开启的应应急功能能，另一一路经过过电液比比例方向向阀2的的左位进进入液压压缸6的的左腔，推动活活塞右移移，调节节阀门77打开。位移传传感器实实时检测测调节阀阀开口量量，经过过A/DD转换后后将阀门门开度信信号输入入工控机机，经过过调节阀阀控制器器的处理理后，又又将信号号输出给给电液比比例方向向阀。电电液比例例方向阀阀根据传传来的信信号符号号与大小小确定活活塞的移移动方向向和位移移量，也也就是调调整调节节阀开口口的大小小。 电磁 HYPERLINK /cgi-bin/seinterface.c

12、gi?word=换向阀 换换向阀44用于实实现电液液调节阀阀快速关关闭或开开启的应应急功能能，而手手动换向向阀5用用于实现现调节阀阀的机械械手轮降降级操作作。 图5电液液执行机机构框图图图6电液液调节阀阀系统原原理 HYPERLINK /PicnewsList/ 点击此处处查看全全部新闻闻图片3调节节阀执行行机构的的应用气动执执行机构构具有结结构简单单、维修修方便、价格低低廉、抗抗环境污污染等优优点，在在工业生生产中得得到了广广泛的应应用。但但由于气气动执行行机构的的气体工工作介质质具有较较强的可可压缩性性，使气气动执行行机构的的抗偏离离能力比比较差，给位置置和速度度的精确确稳定控控制带来来很

13、大的的影响5，不适于于快速响响应和大大的执行行速度场场合，从从而限制制了气动动执行机机构在大大型精确确控制项项目中的的进一步步推广。 电动执执行机构构动作迅迅速、响响应快、所用电电源取用用方便、便于进进行远距距离的信信号传递递，特别别是随着着电子与与计算机机技术在在工业控控制过程程中的广广泛应用用，电动动执行机机构具有有很大的的发展前前途。但但由于电电动执行行机构由由电机、减速齿齿轮箱、控制箱箱等组成成，当实实现大推推力时，电动执执行机构构体积太太庞大，而且其其封闭的的结构会会产生热热，防火火防爆差差，降低低了安全全性。液压传传动以几几乎不可可压缩的的高压液液体作为为传递动动力的介介质，能能够输出出大的力力或力矩矩，动作作灵敏，运行较较为平稳稳，传动动无间隙隙，可在在高速下下启动、制动、换向677。随随着国家家大型电电站等工工业项目目的推进进，对调调节阀提提出了大大推力（推力矩矩）、长长行程、高精度度、快速速响应等等控制要要求。电电液执行行机构结结合了电电子技术术和液压压技术两两个方面面的优势势，具有有控制精精度高、响应速速度快、输出功功率大、信号处处理灵活活、易于于实现各各种参量量的反馈馈等优点点，有助助于调节节阀适应应大型工工业项目目提出的的控制要要求，同同时也适适应了现现代工业业过程控控制系统统化、智智能化