化工仪表及自动化-执行器

1、第六章执行器青岛啤酒酒西安汉汉斯使用用的电动动调节阀阀电动调节节阀应用用于化工工行业主要内容容概述 气动执行行器电动执行行器电-气转换器器及电-气阀门定定位器数字阀与与智能控控制阀概述执行器在在自控系系统中的的作用执行器是是指：阀阀门调调节阀(连续的)、开关阀阀(过程控制制范畴)电机连连续的、开关的的(属于流体体机械的的范畴，起执行行器的作作用)执行器在在自控系系统中的的作用：接收控控制器输输出的控控制信号号，使控控制阀的的开度产产生相应应变化，从而达达到调节节操作变量量流量的目的。回顾执行器分分类气动执行行器电动执行行器液动执行行器推力最大大，但较较笨重，现很少少使用（化工领领域）用压缩空空

2、气为能能源，结构简单单、动作作可靠、平稳、输出推推动力大大、维修修方便、防火防防爆、价价格较低低、广泛泛应用于于化工、炼油生生产。标准气压压信号：0.02-0.1MPa作用是将输入入的直流流电流信信号线性性地转换换为位移移量。信信号传递递迅速，安全防防爆性能能较差，在行程程受阻或或阀杆被被轧住时时电机易易受损。第一节气动执行行器组成：执执行机构构和控制制机构执行机构构：执行行机构是是指根据据控制器器控制信信号产生生推力或或位移的的装置。控制机构构：控制制（调节节）机构构是根据据执行机机构输出出信号去去改变能能量或物物料输送送量的装装置，通通常指控控制阀。现场有时时就将执执行器称称为控制制阀。辅

3、助装置置：（1）阀门定定位器：利用反反馈原理理来改善善执行器器的性能能，实现现准确的的定位；（2）手轮机机构：控控制器无无输出或或执行机机构失灵灵时，直直接操纵纵控制阀阀。气动执行行器的结结构与分分类气动执行行器的执执行机构构和调节节机构是是统一的的整体。气动执行行机构主主要分为为薄膜式和活塞式。活塞式薄膜式这种执行行机构的的输出位位移与输输入气压压信号成成比例关关系。当当压力与与弹簧的的反作用用力平衡衡时,推杆稳定定在某一一位置,信号压力力越大,推杆的位位移量也也越大。(推杆的位位移即为为执行机机构的直直线输出出位移,也称行程程。)薄膜式正作用形形式:信号压力力增大,推杆向下下。反作用形形式

4、:信号压力力增大,推杆向上上。按连杆最最大位移移行程确定定规格：10，16，25，40，60，100mm传统型国产正作用式式执行机构构称为ZMA型，反作用式式执行机构构称为ZMB型。较大口口径的控控制阀都都是采用用正作用用的执行行机构。信号压压力通过过波纹膜膜片的上上方（正正作用式式）或下下方（反反作用式式）进入入气室。侧装式气气动执行行机构（增力式式执行机机构）特点：薄薄膜式膜膜头装在在支架的的侧面(2)活塞式活塞式执执行机构构属于强强力气动动执行机机构。其其气缸允允许操作作压力高高达0.5MPa，且无弹弹簧抵消消推力，因此输输出推力力很大，特别适适用于高高静压、高压差差、大口口径场合合。它

5、的输出出特性有有两位式和比例式。两位式是根据活活塞两侧侧的操作作压力的的大小而而动作，活塞由由高压侧侧推向低低压侧，使推杆杆从一个个极端位位置移动动到另一一个极端端位置，其行程程达25100mm，适用于于双位控控制系统统；比例式是指推杆杆的行程程与输入入压力信信号成比比例关系系，必须须带有阀阀门定位位器，它它适用于于控制质质量要求求较高的的系统。调节机构构是执行行器的调调节部分分，在执执行机构构的输出出力和输输出位移移作用下下，调节节机构阀阀芯的运运动，改改变了阀阀芯与阀阀座之间间的流通通截面积积，即改改变了调调节阀的的阻力系系数，使使被控介介质流体体的流量量发生相相应变化化。2、控制机机构控

6、制机构构即控制制阀，实实际上是是一个局局部阻力力可以改改变的节节流元件件（1）直通单单座控制制阀（2）直通双双座控制制阀（3）角形控控制阀（4）三通控控制阀（5）隔膜控控制阀（6）蝶阀（7）球阀（8）凸轮挠挠曲阀（9）笼阀控制阀种种类（结结构不同同）直通单座座调节阀阀：阀体内只只有一个个阀芯和和一个阀阀座。结构简单单、泄漏漏量小（甚至可可以完全全切断）允许压差差小（双导向向结构的的允许压压差较单单导向结结构大）。直通单座座调节阀阀它适用于于要求泄泄漏量小小，工作作压差较较小的干干净介质质的场合合。在应应用中应应特别注注意其允允许压差差，防止止阀门关关不死。直通双座座调节阀阀：阀体内有有两个阀阀

7、芯和阀阀座。因为流体体对上、下两阀阀芯上的的作用力力可以相相互抵消消，因此此双座阀阀具有允允许压差差大上、下两两阀芯不不易同时时关闭，因此泄泄漏量较较大的特特点。直通双座座调节阀阀它适用于于阀两端端压差较较大，泄泄漏量要要求不高高的干净净介质场场合，不不适用于于高粘度度和含纤纤维的场场合。正作用：阀芯向下下，阀杆杆向下，流通面面积减少少。反作用：阀芯向上上，阀杆杆向下，流通面面积增大大。正反作用用角形调节节阀：阀体为直直角形流路简单单、阻力力小，适适用于高高压差、高粘度度、含有有悬浮物物和颗粒粒状物质质的调节节。角形阀一一般使用用于底进进侧出，此时调调节阀稳稳定性好好，在高压差差场合下下，为了

8、了延长阀阀芯使用用寿命，也可采采用侧进进底出。但侧进进底出在在小开度度时易发发生振荡荡。角形阀还还适用于于工艺管管道直角角形配管管的场合合。角形调节节阀三通调节节阀：阀体有三三个接管管口，适适用于三三个方向向流体的的管路控控制系统统，大多多用于热热交换器器的温度度调节、配比调调节和旁旁路调节节。在使用中中应注意意流体温温差不宜宜过大，通常小小于是150，否则会会使三通通阀产生生较大应应力而引引起变形形，造成成连接处处泄漏或或损坏。三通阀有有三通合合流阀和和三通分分流阀两两种类型型。三通通合流阀阀为介质质由两个个输入口口流进混混合后由由一出口口流出；三通分分流阀为为介质由由一入口口流进，分为两两

9、个出口口流出。三通调节节阀隔膜控制制阀：耐腐蚀性性强。结结构简单单，流路路阻力小小，流量量系数大大，无泄泄漏量。隔膜控制制阀蝶阀：蝶阀是通通过挡板板以转轴轴为中心心旋转来来控制流流体的流流量。结构紧凑凑、体积积小、成成本低，流通能能力大特别适用用于低压压差、大大口径、大流量量的气体体形或带带有悬浮浮物流体体的场合合泄漏较大大蝶阀通常常工作转转角应小小于70，此时流流量特性性与等百百分比特特性相似似多用于开开关阀蝶阀“O”形球阀：阀芯为一一球体阀芯上开开有一个个直径和和管道直直径相等等的通孔孔，转轴轴带动球球体旋转转，起调调节和切切断作用用。该阀结构构简单，维修方方便，密密封可靠靠，流通通能力大

10、大流量特性性为快开开特性，一般用用于位式式控制。O”形球阀“V”形球阀：阀芯也为为一球体体但球体上上开孔为为V形口，随随着球体体的旋转转，流通通截面积积不断发发生变化化，但流流通截面面的形状状始终保保持为三三角形。该阀结构构简单，维修方方便，关关闭性能能好，流流通能力力大，可可调比大大流量特性性近似为为等百分分比特性性，适用用于纤维维、纸浆浆及含颗颗粒的介介质。“V”形球阀偏心旋转转阀：转轴带动动阀芯偏偏心旋转转体积小，重量轻轻，使用用可靠，维修方方便，通通用性强强，流体体阻力小小等优点点，适用用于粘度度较大的的场合，在石灰灰、泥浆浆等流体体中，具具有较好好的使用用性能。偏心旋转转阀（凸凸轮挠

11、曲曲阀）套筒阀：套筒阀的的结构比比较特殊殊，阀体体与一般般的直通通单座阀阀相似，但阀内内有一个个圆柱形形套筒，又称笼笼子，利利用套筒筒导向，阀芯可可在套筒筒中上下下移动。套筒上开开有一定定形状的的窗口（节流孔孔），套套筒移动动时，就就改变了了节流孔孔的面积积，从而而实现流流量调节节。套筒阀分分为单密密封和双双密封两两种结构构，前者者类似于于直通单单座阀，适用于于单座阀阀的场合合；后者者类似于于直通双双座阀，适用于于双座阀阀的场合合。套筒阀具具有稳定定性好、拆装维维修方便便等优点点，因而而得到广广泛应用用，但其其价格比比较贵。套筒阀阀小结二、控制制阀的流流量特性性定义：流流量特性性是指流流过阀门

12、门的调节节介质的的相对流流量与阀阀杆的相相对行程程（阀门门的相对对开度）之间的的关系。数学表达式类型：理理想特性性、工作作特性改变控制制阀与阀阀座间的的流通截截面积，可控制制流量。调节阀前前后压差差的变化化，会引引起流量量变化。流量特特性分为为理想流流量特性性和实际际流量特特性表示控制阀某一开度的流量与全开时流量之比，称为相对流量。表示控制阀某一开度下阀杆行程与全开时阀杆全行程之比，称为相对开度。调节阀的的固有特特性，由由阀芯的的形状所所决定。1-快开特性性2-直线特性性3-抛物线特特性4-等百分比比（对数数）特性性控制阀的的理想流流量特性性(P一定)调节阀的的相对流流量与相相对位移移成直线线

13、关系，即单位位位移变变化所引引起的流流量变化化是常数数(1)直线流量量特性可调比R反映调节节阀的调调节能力力的大小小定义:调节阀所所能调节节的最大大流量和和最小流流量之比比Qmin不是控制制阀全关关时的泄泄漏量，是Qmax的2%-4%.国产控制制阀：R=30。在10%时，流量量的相对对值为：在50%时，流量量的相对对值为：在80%时，流量量的相对对值为：放大系数数K是一个常常数，不不管阀杆杆原来在在什么位位置，只只要阀杆杆有相同同的变化化，流量量的数值值也做相相同的变变化。因因此在开开度较小时流流量相对对变化值值大，灵灵敏度过过高，控控制作用用过强，容易产产生振荡荡，对控控制不利利；在开开度较

14、大大时流量量相对变变化值小小，灵敏敏度又太太小，控控制缓慢慢，削弱弱了控制制作用。不适宜宜用于负负荷变化化大的场场合。单位相对对位移变变化所引引起的相相对流量量变化与与此点的的相对流流量成正正比关系系(2)等百分比比流量特特性（对对数流量量特性）对数阀的的放大系系数K随着相对对开度增增加而增增加。在在小开度度时控制制阀的放放大系数数小，控控制平稳稳缓和；在大开开度时放放大系数数大，控控制灵敏敏。单位相对对位移的的变化所所引起的的相对流流量变化化与此点点的相对对流量值值的平方方值的平平方根成成正比关关系(3)抛物线流流量特性性在开度较较小时就就有较大大的流量量，随着着开度的的增大，流量很很快就达

15、达到最大大；此后后再增加加开度，流量变变化很小小有效位移移一般为为阀座直直径的1/4适用于迅迅速启闭闭的位式式控制或或程序控控制系统统(4)快开流量量特性上述4种流量特特性中：直线和和等百分分比最常常用。快开阀：适用于于迅速启启闭的双双位控制制系统。2.工作流量量特性定义：实实际上控控制阀的的前后压压差是变变化的，此时得得到的控控制阀的的相对流流量与相相对开度度之间的的关系称称为工作作流量特特性。串联管道道情况串联管道道控制阀阀压差变变化配管系数数S：控制阀阀全开时时，控制制阀上压压差p1与系统总总压差p之比。S=1时，系统统的总压压差全部部降在控控制阀上上，工作作流量特特性就表表现为理理想流

16、量量特性。(2)流量特性性畸变（0.3S0.6:认为工作作特性与与理想特特性相同同。0.3S0.6:S0.3（流量特特性畸变变很大）:节能运行行，可以以进行静静态非线线性补偿偿在实际使使用中，S选得过大大或过小小都有不不妥之处处。S选得过大大，在流流量相同同情况下下，管路路阻力损损耗不变变，但是是阀上压压降很大大，消耗耗能量过过多；S选得过小小，则对对调节不不利。一般希望望S值最小不不低于0.3。配管系数数S的选择：（2）并联管管道的工工作流量量特性作用：（1）方便手手动操作作和维护护（2）当生产产量提高高或控制制阀选小小时，可可将旁路路阀打开开一些总结（串串、并联联管道）串、并联联管道都都会

17、使阀阀的理想想流量特特性发生生畸形，串联管管道的影影响尤为为严重。串、并联联管道都都会使控控制阀的的可调范范围降低低，并联联管道尤尤为严重重。串联管道道使系统统总流量量减少，并联管管道使系系统总流流量增加加。串、并联联管道会会使控制制阀的放大系数数减小，即输入入信号引引起的流流量变化化值减小小。串联管道道时控制制若处于于大开度度，则s值降低对对放大系系统影响响更为严严重；并并联管道道刊控制制阀处于于小开度度，则x值降低对对放大系系统影响响更为严严重。三、控控制阀阀的选用用一般包括括：控制阀结结构形式式及特性性的选择择；气开式、气关式式的选择择；控制阀口口径选择择主要依据据是：（1）流体性质质如

18、如流体种种类、粘粘度、腐腐蚀性、是否含含悬浮颗颗粒（2） 工艺艺条件如如温温度、压压力、流流量、压压差、泄泄漏量（3） 过程程控制要要求控控制系系统精度度、可调调比、噪噪音根据以上上各点进进行综合合考虑，并参照照各种调调节机构构的特点点及其适适用场合合，同时时兼顾经经济性，来选择择满足工工艺要求求的调节节机构。（1）控制阀阀结构形形式及特特性的选选择；依据：工艺条件件调节介质质特性例如，当当控制阀阀前后压压差较小小，要求求泄漏量量也较小小的场合合应选用用直通单单座阀；当控制制阀前后后压差较较大，并并且允许许有较大大泄漏量量的场合合选用直直通双座座阀；当当介质为为高粘度度，含有有悬浮颗颗粒物时时

19、，为避避免粘结结堵塞现现象，便便于清洗洗应选用用角型控控制阀。5.6.2流量特性性的选择择通常是指指如何合合理选择择线性和和对数流流量特性性。选择步骤骤：(1)根据过程程特性，选择阀阀的工作作特性；(2)根据配管管情况，从所需需的工作作特性出出发，推推断理想想流量特特性。选择原则则：使整整个广义义对象具具有线性性特征。控制阀特特性的选选取要能能够补偿偿广义对对象特性性的非线线性性。主要从工工艺生产产上安全全要求出出发。信信号压力力中断时时，应保保证设备备和操作作人员的的安全。如果阀阀处于打打开位置置时危害害性小，则应选选用气关关式，以以使气源源系统发发生故障障，气源源中断时时，阀门门能自动动打

20、开，保证安安全。反反之阀处处于关闭闭时危害害性小，则应选选用气开开阀。选择要求求气开式调调节阀:有信号压压力输入入时阀打打开无信号压压力时阀阀全关气关式调调节阀:有信号压压力时阀阀关闭无信号压压力时阀阀全开2.气开式与与气关式式的选择择序号执行机构控制阀气动执行器（a）（b）（c）（d）正正反反正反正反气关（反）气开（正）气开（正）气关（反）表11-1组合方式式表图11-11 组合方式图因：供气气中断时时，应使使给水阀阀全开，使得锅锅炉不致致烧干引引起爆炸炸。故：选气气关阀。锅炉汽包包水位控控制带控控制点的的流程图图例：锅锅炉汽包包水位的的控制气关阀例2：加热炉炉炉温的的控制因：供气气中断时时

21、，应使使燃料阀阀全关，停止供供应燃料料油，不不致使加加热炉温温度过高高烧坏炉炉子。故：选气气开阀。加热炉温温度控制制带控制制点的流流程图气开阀3、控制阀阀口径的的选择原因：口径选择择过小，会使流流经控制制阀的介介质达不不到所需需要的最最大流量量若企图通通过开大大旁路阀阀来弥补补介质流流量的不不同，会会使阀的的流量特特性产生生畸变；口径选择择过大，不仅会会浪费设设备投资资，而且且会使控控制阀经经常处于于小开度度工作,控制性能能变差,容易使控控制系统统变得不不稳定依据：流流通能力力，用流流量系数数KV表示。因为：流流量系数数KV直接反映映了流体体通过控控制阀的的最大能能力。流通能力力定义：控制阀阀

22、全开时时，阀前前后压差差为100kPa、流体密密度为1g/cm2时，每小小时流经经控制阀阀的流量量值（m3/h）不可压缩缩流体,计算公式式:把上述参参数代入入流量方方程，即即可算出出实际工工况的流流经阀门门的流量量事实上，这里提提出流量量系数的的概念，用意不不在流量量的计算算上，真真正目的的是根据工艺艺要求如如何来选选择一台台合适的的调节阀阀。根据工艺艺要求，即流量量Q、前后差差压P、介质密密度，可以用用下式来来计算调调节阀的的流量系系数，并并以此来来作为阀阀门口径径选择的的依据之之一：注意：上上式中各各参数的的单位上式只适适用于一一般的流流体（如如水或者者类似流流体）流体的种种类和性性质将影影响KV的大小，因此对对不同的的流体必必须考虑虑其对流流量系数数的影响响流体的流流动状态态也将影影响Kv的大小流量系数数的计算算485.6.5安装使用用安装使用用应考虑虑以下几几个问题题（P101）:(1)垂直安装装在水平平管道上上。(2)环境温度度要求：-40温度U2，输出电电压USC= U1-U2反之，当当铁芯下下移时，有U2U1，此时输输出电压压USC= U2-U1，其相位与与上述相相反。信号