调节阀执行机构的工作原理与分类研究

1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.调节阀执行机构的工作原理与分类研究摘要：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 调节阀阀广泛应应用于火火力发电电、核电电、化工工等流体体控制场场合，是是工业生生产过程程最常用用的终端端控制元元件。执执行机构构和调节节阀

2、门是是组成调调节阀的的两大部部件，执执行机构构根据控控制信号号驱动调调节阀门门，对通通过的流流体进行行调节，从从而改变变操纵变变量的数数值112。作为为调节阀阀的驱动动部分，执执行机构构在很大大程度上上影响着着调节阀阀的工作作性能。本本文讨论论了调节节阀的执执行机构构，并对对各种类类型执行行机构的的性能特特点进行行了分析析。2调节节阀执行行机构 按操作作能源的的不同，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。将将201000kPaa的标准准气压信

3、信号P通通入薄膜膜气室中中，在薄薄膜上便便产生一一个向下下的推力力，驱动动阀杆部部件向下下移动，调调节阀门门打开。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，在在薄膜上上产生的的推力就就越大，弹弹簧压缩缩量即调调节阀门门的开度度也就越越大。 气动薄膜调调节阀 将与执执行阀杆杆刚性连连接的调调节阀运运动部件件视为一一典型的的质量-弹簧-阻尼环环节，系系统运动动受力模模型如图图2所示示。系统统在运动动过程满满足以下下方程： 方程式（11） 式中中：m为为与执行行阀杆

4、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；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，式式（1）等等号左端端各项符符号变负负。 图2系统运运动受力力模型式（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。当当生产过过程受到到扰动的的影响，虽虽然调节节阀控制制器的输

5、输出产生生了一个个用于纠纠正偏差差的控制制信号，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。死死区的存存在使调调节不能能及时进进行，有有时还造造成调节节的过量量，使调调节阀的的控制品品质变差差。 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

6、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，于于是喷嘴嘴5与挡挡板4的的距离减减小，喷喷嘴的背背压升高高，此背背压经过过放大器器6放大大后，进进入薄膜膜气室77的压力力也开始始升高，阀阀杆8向向下移动动，并带带动反馈馈杆9绕绕支点110作逆逆时针转转动，与与反馈杆杆9安装装在同一一支点的的反馈凸凸轮111跟着作作逆时针针转动。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支点114作顺顺时针转转动，反反馈弹簧簧15被被拉伸。当当反馈弹弹簧155对主杠杠杆2的的拉力与与信号压压力作用用在波纹纹管1上上的力达达到力矩矩平

7、衡时时，调节节阀气动动执行阀阀杆达到到平衡位位置。因因此，通通过气动动阀门定定位器可可以在输输入信号号与气动动调节阀阀执行阀阀杆位移移（即调调节阀开开口量）之之间建立立起一对对应的关关系。 图3带阀门门定位器器的气动动薄膜调调节阀工工作原理理 添加气气动阀门门定位器器后可以以在一定定程度上上减小气气动薄膜膜调节阀阀的死区区与滞后后，但要要彻底解解决死区区与滞后后的影响响，需从从根本上上解决调调节阀的的摩擦力力补偿等等问题。 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

8、来移动调调节阀门门的执行行机构，需需与电动动伺服放放大器配配套使用用，其系系统组成成框图如如图4所所示。由由于带有有位移传传感器实实时检测测执行阀阀杆的位位移，故故电动执执行机构构不需额额外配备备阀门定定位器就就可以组组成位置置反馈控控制系统统，以调调节阀执执行阀杆杆的位移移信号作作为调节节阀控制制器的反反馈测量量信号，将将控制器器输出的的设定信信号与反反馈测量量信号进进行比较较，当两两者有偏偏差时，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（即即调节阀阀开口量量）一一一对应的的关系。通通常电动动执行机机构的输输入信号号是标准准的电

9、流流或电压压信号，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电动执执行机构构组成框框图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，然然后通过过液压泵泵，将电电动机的的机械能能转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（如如液压缸缸）将液液压油的的压力能能转化为为机械能能，驱动动调节阀阀阀杆（阀阀轴）完完成直线线（回转转角度）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，位位移传感感器所形形成回路路实际起起着阀门门定位器

10、器的作用用，建立立阀杆位位移信号号与调节节阀控制制器输出出信号之之间的一一一对应应关系。 图6是是某类电电液执行行机构的的工作原原理图。工工控机根根据调节节阀控制制系统的的设置，经经D/AA转换后后以模拟拟信号的的形式输输出设定定信号，使使电液比比例方向向阀2的的左位工工作。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，推推动活塞塞右移，调调节阀门门7打开开。位移移传感器器实时检检测调节节阀开口口量，经经过A/D转换换后将阀阀门开度度信号输输入工控控机，经经过调节

11、节阀控制制器的处处理后，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电液执执行机构构框图图6电液调调节阀系系统原理理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、价价格低廉廉、抗环环境污染染等优点点，在工工业生产产中得到到了广泛泛的应用用。但由由于气动动执行机机构的气气体工作作介质具具有较强强的可压压

12、缩性，使使气动执执行机构构的抗偏偏离能力力比较差差，给位位置和速速度的精精确稳定定控制带带来很大大的影响响5，不适适于快速速响应和和大的执执行速度度场合，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、所所用电源源取用方方便、便便于进行行远距离离的信号号传递，特特别是随随着电子子与计算算机技术术在工业业控制过过程中的的广泛应应用，电电动执行行机构具具有很大大的发展展前途。但但由于电电动执行行机构由由电机、减减速齿轮轮箱、控控制箱等等组成，当当实现大大推力时时，电动动执行机机构体积积太庞大大，而且且其封闭闭的结构构会产生生热，防防

13、火防爆爆差，降降低了安安全性。 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，运运行较为为平稳，传传动无间间隙，可可在高速速下启动动、制动动、换向向67。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（推推力矩）、长长行程、高高精度、快快速响应应等控制制要求。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、响响应速度度快、输输出功率率大、信信号处理理灵活、易易于实现现各种参参量的反反馈等优优点，有有助于调调节阀适适应大型型工业项项目提出出的控制制要求，同同时也适适应了现现代工业业过程控控制系统统化、智智能化不不断提高高的发展展趋势。