过程控制装置执行器

4.3执行器(Actuator)4.3.1.概述

4.3.1.1作用：——接受来自调节器的控制信号，通过其本身开度的变化，使流过其的介质流量发生变化，从而达到调节流量的目的。控制系统中重要、必不可少的环节执行器使用条件恶劣，是调节系统的薄弱环节薄弱环节原因：执行器与介质（操作变量）直接接触。工作环境特点：(强)腐蚀性、(高)粘度、(易)结晶、高温、深冷、高压、高差压等1本节

关键点：气开、气关阀（芯）结构及其特点流量系数Kv可调比R流量特性阀门定位器执行器的计算2执行器由执行机构和调节机构两个部分构成

执行器常用的辅助装置：阀门定位器——利用负反馈原理改善执行器的性能手操机构——用于人工直接操作执行器

4.3.0.0执行器的构成3(1)按使用的能源形式分类（三种）气动执行器气动调节阀电动执行器液动执行器ElectricalActuatorPneumaticActuatorHydrodynamicActuator电动调节阀4.3.0.1执行器的分类及特点4气动执行机构有以下三种类型：输出：直线位移l(力大)用于直行程式调节机构

长行程式输出角位移θ

角行程式调节机构

薄膜式活塞式气动调节阀采用气动执行机构：输出：直线位移l

用于直行程式调节机构

5输出直线位移l

直行程式调节机构

输出角位移θ

角行程式调节机构

直行程式角行程式电动调节阀采用电动执行机构：电动执行机构有以下两种类型：6直通双座调节阀直通单座调节阀笼式（套筒）调节阀三通调节阀角型调节阀高压调节阀隔膜调节阀波纹管密封调节阀超高压调节阀小流量调节阀低噪音调节阀直行程式调节机构

角

行程式调节机构

同一类型的气动调节阀和电动调节阀，分别采用气动执行机构和电动执行机构蝶阀凸轮挠曲调节阀V型球阀O型球阀(2)按使用的调节机构分类：7优点：结构简单、动作可靠稳定、输出力大、安装维修方便、价格便宜和防火防爆气动调节阀优点：动作较快、能源获取方便、特别适于远距离的信号传送电动调节阀采用电/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。缺点：响应时间大，信号不适于远传缺点：输出力较小、价格贵一般只适用于防爆要求不高的场合(3)执行器的特点8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。气动调节阀通常称为气开阀反作用：当输入信号增大时，流过执行器的流量减小气动调节阀通常称为气关阀4.3.0.2执行器的作用方式执行器的作用方式指执行器的正反作用，是从安全生产的角度来确定的H如果，介质是有强腐蚀性的，在生产过程中不允许溢出，调节阀的作用形式？如果后面的环节不允许没有物料，调节阀的作用形式？气开阀气关阀9执行器正反作用的实现气动执行器（气动调节阀）：通过执行机构和调节机构的正、反作用组合实现：调节机构具有正反作用选择时，采用正作用执行机构，通过改变调节机构的正反作用来实现气开、气关；调节机构只具有正作用时，采用具有正反作用的执行机构，通过改变执行机构的正反作用来实现气开、气关。电动执行器（电动调节阀）：改变执行机构的控制器（伺服放大器）的作用方式方便，一般通过改变执行机构的正反作用来实现气开、气关。104.3.0.3执行机构执行机构的作用:根据输入控制信号的大小，产生相应的输出力F或力矩M和位移(直线位移l或角位移θ)输出力F用于克服调节机构中流动流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θ)用于带动调节机构阀芯动作执行机构作用方式：正作用:输入信号增加，执行机构推杆向下运动反作用:输入信号增加，执行机构推杆向上运动114.3.1.气动执行机构气动执行机构作用：气动执行机构接受（气动调节器或阀门定位器输出的）气压信号，并将其转换成相应的输出力F和直线位移l，以推动调节机构动作。分类：三大类：薄膜式、活塞式、长行程薄膜式：气压推动薄膜并带动连杆运动,结构简单,动作可靠，维修方便，价格较低，但输出行程小；活塞式：气压推动活塞并带动连杆运动，输出推力大，行程长，但价格较高，只用于特殊需要的场合。长行程：行程长，力矩大，适用于角位移执行机构又可分为有弹簧和无弹簧两种，有弹簧比无弹簧输出推力较小，价格低。121-上膜盖；2-波纹膜片3-下膜盖；4-支架5-推杆；6-压缩弹簧7-弹簧座；8-调节件9-连接阀杆螺母10-行程标尺

4.3.1.1气动薄膜式执行机构

（1）气动薄膜式执行机构的结构有正作用(信号压力增加时推杆向下动作，ZMA)和反作用(信号压力增加时推杆向上动作，ZMB)两种型式。输入信号气体压力：0.02~0.1MPa输出连杆位移—行程，规格有：10，16，25，40，60，100mm131-上膜盖；2-波纹膜片3-下膜盖；4-支架5-推杆；6-压缩弹簧7-弹簧座；8-调节件9-连接阀杆螺母10-行程标尺（1）气动薄膜式执行机构的结构气动薄膜调节阀的外形和内部结构1－薄膜2－平衡弹簧3－阀杆4－阀芯5－阀体6－阀座PO气动执行机构调节机构123456141-上膜盖；2-波纹膜片3-下膜盖；4-支架5-推杆；6-压缩弹簧7-弹簧座；8-调节件9-连接阀杆螺母10-行程标尺

工作原理信号压力通入由上膜盖1和膜片2组成的气室→在膜片上产生向下推力→推杆5向下移动压缩弹簧6→当弹簧的反作用力与信号压力在膜片上产生的推力相平衡时，推杆稳定在一个对应的位置。推杆的位移l即为执行机构的输出，也称行程。15气压信号PO气动薄膜式执行机构基本结构和工作原理气压信号PO16在平衡状态时，气动薄膜式执行机构的力平衡方程式为：a)静态特性输入输出特性见右图。存在非线性偏差和正反行程偏差。非线性偏差小于±5％，回差小于3～5％。可采用阀门定位器减小偏差。（2）气动薄膜式执行机构的特性式中：L—推杆位移；Ae—膜片有效面积；

P1—输入压力；Cs—弹簧刚度。可见，静态时，l与P1成比例关系。即：17b)动态特性

在动态情况下，输入信号管线存在阻力，管线和薄膜气室近似作为气容，故执行机构可看成一个阻容环节，薄膜气室压力P1与控制器输出压力P0关系为：R、C分别为气阻、气容，T为时间常数控制器输出压力P0与推杆位移L之间的关系为：动态特性为一阶滞后环节。18长行程执行机构特点:行程长输出力矩大4.3.1.2气动活塞式执行机构19气动活塞式执行机构基本结构和工作原理基本部件：活塞和气缸活塞在气缸内随活塞两侧压差而移动；两侧可以分别输入一个固定信号和一个变动信号，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，活塞从高压侧推向低压侧，使推杆从一个位置移到另一极端位置比例式是在两位式基础上加有阀门定位器后，使推杆位移与信号压力成比例关系。P1P220作用：接受0~10mADC或4~20mADC的输入信号，并将其转换成相应的输出力F和直线位移l或输出力矩M和角位移θ分类：电动执行机构有角行程和直行程两种，两者电气原理完全相同，只是减速器不同。特点：两相交流电机为动力的位置伺服机构，将输入的直流电流信号线性地转换成位移量。4.3.2.电动执行机构214.3.2.1电动执行机构的构成及工作过程组成：伺服放大器、伺服电机、减速机构、位置发送器等。工作过程：功率放大伺服电机转动减速器输出转角θ>0，伺服电机正转，输出轴转角增大，<0，伺服电机反转，输出轴转角减小。=0，即Ii=If，伺服电机停转，输出转角θ与Ii对应。输出转角θ位置发送器反馈电流If。θ与Ii关系为： θ=KIi 比例环节22（1）.伺服电机作用：将伺服放大器输出的电功率转换成机械转矩，并且当伺服放大器没有输出时，电机又能可靠地制动。结构：与普通笼型感应电机相同，是一个二相电容异步电机，由一个用冲槽硅钢片叠成的定子和鼠笼转子、电磁制动器等组成，定子上均匀分布着两个匝数、线径相同而相隔90°电角度的定子绕组W1和W2。如图所示。23伺服电机特点：具有低启动电流，高启动转矩，特性曲线如图所示。制动原理：电磁制动器设在电机后输出轴，制动线圈与电机绕组并联。电机通电，制动线圈同时得电，制动片打开，转子自由转动；电机断电，制动线圈同时断电，制动片靠弹力将转子刹住，转子停转。24

作用:将输入信号和反馈信号进行比较，得到差值信号，并根据的极性和大小，控制可控硅交流开关Ⅰ、Ⅱ的导通或截止。可控硅交流开关Ⅰ、Ⅱ用来接通伺服电机的交流电源，分别控制伺服电机的正、反转或停止不转

组成：信号隔离器、综合放大电路、触发电路、固态继电器等.(2)伺服放大器25（3）位置发送器作用：将输出轴0~90°的转角转换成4~20mADC直流电流，作为阀位信号和反馈信号。结构：位置发送器包括：位移检测元件和转换电路位移检测元件用于将电动执行机构输出轴的位移转换成mV或电阻等信号，常用的位移检测元件有差动变压器、塑料薄膜电位器和位移传感器等；转换电路用于将位移检测元件输出信号转换成伺服放大器所要求的输入信号，如0-10mA或4-20mA直流电流信号。26位置发送器采用差动变压器的位置发送器的原理图如图所示。27作用：把伺服电机高转速、小转矩的输出功率转换成执行机构输出轴的低转速、大力矩的输出功率，以推动调节机构。（直行程式的电动执行机构中，减速器还起到将伺服电机转子的旋转运动转变为执行机构输出轴的直线运动的作用。）结构：减速器一般由机械齿轮或齿轮与皮带轮构成。（4）减速器采用正齿轮和行星齿轮机构相结合的机械传动机构如图所示。28电动执行器原理方框图如图所示。伺服放大器是一个具有继电特性的非线性环节，Δ为不灵敏区无输出；输出215VAC伺服电机接通电源：伺服电机工作在恒速状态，故为一个积分环节，因此，电动执行机构的动态特性主要取决于伺服电机的特性，即具有积分特性

伺服电机停止转动时，

或

为比例特性

减速器和位置发送器为比例环节4.3.2.2电动执行机构的特性29

4.3.3调节机构调节机构是执行器的调节部分，又称控制阀(或调节阀)，是一个局部阻力可变的节流元件。在执行机构的输出力和输出位移作用下，调节机构阀芯的运动，改变了阀芯与阀座之间的流通截面积，即改变了调节阀的阻力系数，使被控介质流体的流量发生相应变化。根据阀芯的动作形式，可分为直行程和角行程两大类。调节机构作用方式：正作用:阀芯下移，阀芯阀座之间流通面积增大（阀芯反装）反作用:阀芯下移，阀芯阀座之间流通面积减小（阀芯正装）单导向结构的阀只有正作用。301—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、和阀杆或转轴等构成4.3.3.1调节机构的结构和特点直行程角行程31直通单座阀直通双座阀角形阀三通阀蝶阀套筒阀偏心旋转阀高压阀阀的结构型式32有直行程阀芯和角行程阀芯两类。直行程阀芯又分为：平板型、柱塞型、窗口型和多级阀芯。各种阀芯的型式见下图。阀芯型式33角行程阀芯有偏心旋转型、蝶型和球型。见右。流体对阀芯作用形式：流开阀和流闭阀阀芯的安装形式：正装阀和反装阀阀芯型式34单导向结构直通单座调节阀：阀体内只有一个阀芯和一个阀座。结构简单、泄漏量小（甚至可以完全切断）允许压差小（双导向结构的允许压差较单导向结构大）。

常用调节阀结构示意图及特点——直通单座调节阀双导向结构适用于要求泄漏量小，工作压差较小的干净介质的场合。在应用中应特别注意其允许压差，防止阀门关不死。

35直通双座调节阀：阀体内有两个阀芯和阀座。因为流体对上、下两阀芯上的作用力可以相互抵消，因此双座阀允许的压差大上、下两阀芯不易同时关闭，因此泄漏量较大常用调节阀结构示意图及特点——直通双座调节阀均为双导向结构它适用于阀两端压差较大，泄漏量要求不高的干净介质场合，不适用于高粘度和含纤维的场合。36角形调节阀：阀体为直角形流路简单、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节。角形阀一般使用于底进侧出，此时调节阀稳定性好，在高压差场合下，为了延长阀芯使用寿命，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合。常用调节阀结构示意图及特点——角形调节阀角形调节阀37分流三通调节阀三通调节阀：阀体有三个接管口，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节、配比调节和旁路调节。在使用中应注意流体温差不宜过大，通常小于是150℃，否则会使三通阀产生较大应力而引起变形，造成连接处泄漏或损坏。三通阀有三通合流阀和三通分流阀两种类型。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。

常用调节阀结构示意图及特点——三通调节阀合流三通调节阀38蝶阀：蝶阀是通过挡板以转轴为中心旋转来控制流体的流量。结构紧凑、体积小、成本低，流通能力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合泄漏较大蝶阀通常工作转角应小于70℃，此时流量特性与等百分比特性相似多用于开关阀常用调节阀结构示意图及特点——蝶阀蝶阀39套筒阀：套筒阀的结构比较特殊，阀体与一般的直通单座阀相似，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移动。套筒上开有一定形状的窗口（节流孔），阀芯移动时，就改变了节流孔的面积，从而实现流量调节。套筒阀分为单密封和双密封两种结构，前者类似于直通单座阀，适用于单座阀的场合；后者类似于直通双座阀，适用于双座阀的场合。套筒阀具有稳定性好、拆装维修方便等优点，因而得到广泛应用，但其价格比较贵。常用调节阀结构示意图及特点——套筒阀套筒阀40偏心旋转阀：转轴带动阀芯偏心旋转体积小，重量轻，使用可靠，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合，在石灰、泥浆等流体中，具有较好的使用性能。常用调节阀结构示意图及特点——偏心旋转阀偏心旋转阀41“O”形球阀：阀芯为一球体阀芯上开有一个直径和管道直径相等的通孔，转轴带动球体旋转，起调节和切断作用。该阀结构简单，维修方便，密封可靠，流通能力大流量特性为快开特性，一般用于位式控制。常用调节阀结构示意图及特点——“O”形球阀“O”形球阀42“V”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，但流通截面的形状始终保持为三角形。该阀结构简单，维修方便，关闭性能好，流通能力大，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。常用调节阀结构示意图及特点——“V”形球阀“V”形球阀43

可见，在阀口径一定和P、ρ不变的情况下，流量Q仅随阻力系数ξ变化。4.3.3.2调节机构的工作原理控制阀的节流原理及流量方程：流体经调节阀时的能量损失H为式中,P1、P2－阀前后压力，ρ－流体密度，g/cm3单位质量流体经调节阀时的能量损失与流体的动能成正比式中,ξ

－阀阻力系数，与阀门结构、开度等有关流体在调节阀的平均流速W为式中,Q－体积流量，m3/h，A－阀接口流通面积，cm2流量方程：44在实际使用时，上式各项采用如下单位：A—cm2

ρ—g/cm3(10-5Ns2/cm4)ΔP-100kPa(10N/cm2)；Q—m3/h代入可得：设

则

(m3/h)K为调节阀的流量系数，反映了通过阀门的流量即流通能力。K与流体性质、阀结构尺寸有关，根据K值可确定阀门口径调节阀实际应用的流量方程式454.3.3.3调节阀的流量系数K

--定义4.3.3.1流量系数K是反映调节阀口径大小的一个重要参数。将可见：K与DN、ζ有关；ζ—阻力系数，与流体的种类、性质、工况、阀的结构等有关，在一定条件下为常数所以，在一定条件下，根据流量系数K值可以确定阀的公称直径DN。流量系数K是反映调节阀口径大小的一个重要参数。代入得：464.3.3.3流量系数Kv的定义流量系数Kv的定义：采用国际单位制时，流量系数Kv定义为：在阀全开，阀前后压差为100kPa，流体密度为1g/cm3(5400C的水)时，每小时通过阀门的流量数(m3)。调节阀样本中给出的流量系数Kv，就是上述条件下的K值。例：Kv=32，就是说在上述条件下流过阀的流量为32m3/h。国外采用Cv表示流量系数，其定义为：40~60°F的水，保持阀两端压差为1b/in2，阀全开时，每分钟流过阀门的水的美加仑数。Kv与Cv的换算关系：Cv=1.17Kv474.3.3.4流量系数Kv的计算，取的单位为kPa时：由上式适用于一般液体。说明：流体的种类和性质将影响Kv的大小，因此对不同的流体必须考虑其对流量系数的影响流体的流动状态也将影响Kv的大小，因此要考虑阻塞流与非阻塞流的情况各种情况下的流量系数Kv的计算公式见教材P171表5-1,也可参阅控制阀工程设计手册。Q—体积流量，m3/h；ΔP-阀前后压差，kPa；

ρ—流体密度，g/cm348可调比反映调节阀的调节能力。定义：可调比R是指调节阀所能控制的最大流量和最小流量之比注意：Qmin为控制阀可调流量的下限值，一般为Qmax的2%~4%，不是泄漏量。泄漏量仅为Qmax的0.01%~0.1%。因为调节阀前后压差的变化，会引起可调比变化，所以在分析时，将可调比分为理想可调比和实际可调比。4.3.4调节阀的可调比494.3.4.1理想可调比(ΔP一定)理想可调比:

控制阀前后压差不变时的可调比。理想可调比由结构设计决定，通常

R=30或50即理想可调比等于最大流量系数与最小流量系数之比。反映控制阀调节能力的大小。

50阀与管道串、并联时，前后压差将变化，此时的可调比称之。①串联管道时的可调比

4.3.4.2实际可调比Rr(ΔP变化)S越小，串联管道的阻力损失越大，实际可调比越小设

则

51设

②并联管道时的可调比通常，R＞＞1x越小，并联管道的旁路流量越大，实际可调比越小。52调节阀流量特性：介质流过调节阀的相对流量与相对位移（即阀的相对开度）之间的关系

调节阀前后压差的变化，会引起流量变化。流量特性分为理想流量特性和实际流量特性4.3.5.调节阀的流量特性最大流量最大位移实际位移实际流量53理想流量特性：调节阀前后压差一定时的流量特性。是调节阀的固有特性，由阀芯的形状所决定。主要有以下四种：1-快开特性2-直线特性3-抛物线特性4.3.5.1理想流量特性(ΔP一定)4-等百分比（对数）特性541快开；2

直线；3

抛物线；3’

修正抛物线；4

等百分比。各种流量特性及其阀芯形状如图所示。55调节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

(1)直线流量特性56特点：a.调节阀的单位位移变化所引起的流量变化相等。b.调节阀的流量相对变化值（单位位移变化所引起的流量变化与起始流量之比）随调节阀的开度而改变。开度↑流量相对变化值

↓结论：直线流量特性的调节阀在小开度时，流量相对变化值大，灵敏度高，调节作用强，易产生振荡；在大开度时，流量相对变化值小，灵敏度低，调节作用弱，调节缓慢。直线流量特性注意：可调比不同，特性曲线在纵坐标上的起点不同。

57在10％时，流量变化的相对值为在50％时，流量变化的相对值为在80％时，流量变化的相对值为

直线流量特性举例20直线流量特性举例当R=30,l/L=0时，Q/Qmax=0.33假设R=∞,位移变化量为10%在流量小时，流量变化的相对值大；在流量大时，流量变化的相对值小。58（2）等百分比（对数）流量特性21等百分比流量特性是指单位相对行程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。积分得：代入边界条件特点：a.Q↑放大系数↑b.流量相对变化值是常数

结论：具有等百分比流量特性的调节阀，在小开度时，放大系数小，调节平稳缓和；在大开度时，放大系数大，调节灵敏有效。59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根成正比关系(3)抛物线流量特性60在开度较小时就有较大的流量，随着开度的增大，流量很快就达到最大；此后再增加开度，流量变化很小

有效位移一般为阀座直径的1/4

适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。快开特性的阀芯形式是平板形的，适用于迅速启闭的切断阀或双位控制系统。61(1)串联管道时的工作流量特性4.3.5.2工作流量特性(ΔP变化)理想流量特性是在假定调节阀前后压差不变的情况下得到的，而在实际使用时，调节阀所在的管路系统的阻力变化将造成阀前后压差变化，从而使调节阀的流量特性变为工作流量特性。在实际生产中，控制阀前后压差总是变化的，这时的流量特性称为工作流量特性。当调节阀全开时，调节阀前后的压差最小，记为62串联管道时的工作流量特性推导ΔPs不变时，由可得：式中：Qmax—流过调节阀的最大流量；Kmax—阀全开时的流量系数而流量特性定义为：流量Q也可用管道的流量系数Kp和压力损失ΔPp表示为：∴63串联管道时的工作流量特性推导其中可得：由

ΔPs=ΔPp+ΔPv，并设：由式和式可得：64串联管道时的工作流量特性推导当调节阀全开时，上式即为串联管道时的工作流量特性。代入上式得：65串联管道时s表示调节阀全开时，调节阀前后压差与系统总压差之比：随着s值的减少，调节阀的流量特性发生畸变，可调比减小，如图所示。直线特性→快开特性等百分比特性→直线特性

66（2）并联管道的工作流量特性25

控制阀一般都装有旁路，以便手动操作和维护。当生产量提高或控制阀选小了时，只好将旁路阀打开一些，此时控制阀的理想流量特性就改变成为工作特性。并联管道的情况如图所示，显然这时管路的总流量Q是控制阀流量Q1与旁路流量Q2之和，即：Kb--旁路阀的流量系数67并联管道的工作流量特性调节阀全开时，设上式即为并联管道时的工作流量特性。68并联管道的工作流量特性26

以x代表并联管道时控制阀全开时的流量Q1max与总管最大流量Qmax之比，可以得到在压差Δp为一定时，而x为不同数值时的工作流量特性曲线。并联管道时控制阀的工作特性6927由上图可见

当x＝1，即旁路阀关闭、Q2＝0时，控制阀的工作流量特性与它的理想流量特性相同。随着x值的减小，即旁路阀逐渐打开，虽然阀本身的流量特性变化不大，但可调范围大大降低了。控制阀关死，即l/L＝0时，流量Qmin比控制阀本身的Q1min大得多。在实际使用中总存在着串联管道阻力的影响，控制阀上的压差还会随流量的增加而降低，使可调范围下降得更多些，控制阀在工作过程中所能控制的流量变化范围更小，甚至几乎不起控制作用。采用打开旁路阀的控制方案是不好的，一般认为旁路流量最多只能是总流量的百分之十几，即x值最小不低于0.8。并联管道的工作流量特性70串、并联都会使理想流量特性发生畸变,串联管道尤为严重,串、并联都会使控制阀可调比降低，并联管道尤为严重。

串联管道使总流量减少，并联管道则增加。串联使放大系数随开度增大而减小,并联管道总比原来小。实际流量特性结论71执行器的选用是否得当，将直接影响控制系统的控制质量、安全性和可靠性。在选择执行器时，必须根据工况特点，生产工艺、控制系统要求等多方面的因素。执行器的选择，主要是从以下三方面考虑：1.执行器的结构形式；2.调节阀的流量特性；3.调节阀的口径。4.3.5执行器的选择计算724.4.1.执行器结构形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（－40～＋80℃）小（－10～＋55℃）4.4.1.1执行机构的选择根据能源、工艺条件、介质性质等实际使用要求，综合考虑来确定。主要是指对气动、电动执行机构的选择。73执行机构的选择可以根据实际使用要求，综合考虑确定。必须考虑执行机构的输出力（力矩）应大于它所受到的负荷力（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、重量以及压缩弹簧的预紧力对于气动薄膜执行机构:工作压差小于最大允许压差但当所用调节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，此时可考虑用活塞式执行机构，也可选用薄膜执行机构再配上阀门定位器。74气开式调节阀:有信号压力输入时阀打开，无信号压力时阀全关气关式调节阀:有信号压力时阀关闭，无信号压力时阀全开气开气关的选择考虑原则是：信号压力中断时，应保证设备和操作人员的发全，如阀门处于打开位置时危害性小，则应选用气关式；反之，则用气开式。

按执行机构的正反作用和调节机构的正反安装方式，实现气动执行器的气开、气关时有四种组合方式,如图。确定整个调节阀的作用方式75确定气动调节阀作用方式实例764.4.1.2调节机构的选择主要依据是：（1）流体性质如流体种类、粘度、腐蚀性、是否含悬浮颗粒（2）工艺条件如温度、压力、流量、压差、泄漏量（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行综合考虑，并参照各种调节机构的特点及其适用场合，同时兼顾经济性，来选择满足工艺要求的调节机构。77在生产过程中常用的阀的理想流量特性主要有快开、直线特性和等百分比特性三种，实际上是指如何选择直线特性和等百分比特性。选择方法：理论计算、经验准则经验准则:适当地选择调节阀的特性，以阀的放大系数的变化来补偿控制对象放大系数的变化，使控制系统总的放大系数保持不变或近似不变4.4.2.执行器流量特性的选择（1）考虑系统的控制品质78调节阀在串联管道时的工作流量特性与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，还必须考虑工艺配管情况。具体做法是先根据系统的特点选择所需要的工作流量特性，再考虑工艺配管情况确定相应的理想流量特性。（2）考虑工艺管道情况79直线特性调节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、阀座也易受到破坏，因此在S值小、负荷变化大的场合，不宜采用。等百分比特性调节阀的放大系数随调节阀行程增加而增大，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适应性。根据控制系统的特点进行选择，参照P182表5-5调节阀工作流量特性的选择表结论：常用的调节阀流量特性为“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，它的适应性更强。（3）考虑负荷变化情况从负荷变化情况考虑

在负荷变化小时可用直线特性阀，负荷变化幅度大的场合使用等百分比特性阀。804.4.3.调节阀的口径选择调节阀的口径选择依据流量系数。由式：可知，为了能正确计算流量系数，即合理地选择阀的直径，须：合理确定调节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。应对所选调节阀开度和可调节比进行验算在根据计算所得到的流量系数选择调节阀口径之后，还应对所选调节阀开度和可调节比进行验算，以保证所选调节阀的口径能满足控制要求。81选择调节阀口径的步骤1.确定计算流量：根据生产能力、设备负荷、介质情况等来确定最大计算流量Qmax和Qmin

2.确定计算差压：根据所选择的流量特性及系统特性选定S，然后按S值确定计算差压。3.计算流量系数选择合适的流量系数公式，根据已决定的计算流量和计算差压求取最大流量时的流量系数Kmax。4.选取流量系数KV根据已求得的Kmax，在所选产品型号的标准系列中选取Kv大于KVmax且与其最接近的那一挡KV值。82选择调节阀口径的步骤4.验算控制阀开度一般要求：最大计算流量时的开度≤90%;最小计算流量时的开度≥10%;6.验算调节阀的实际可调比7.确定控制阀口径验算合格后，根据KV值决定控制阀的公称直径和阀座直径。下面详细说明。说穿了，就是根据工艺参数计算出K，然后根据K来选取一个Kv值差不多的调节阀。834.4.3.1确定计算流量最大计算流量Qmax：指通过调节阀的最大流量。其值应根据工艺设备的生产能力、对象负荷的变化、操作条件变化以及系统的控制质量等因素综合考虑，合理确定。在确定Qmax时，应避免两种倾向：过多考虑余量。使阀口径选的过大造成：1经济浪费2经常工作在小开度，可调比减小，控制性能变坏，甚至引起震荡，降低阀的寿命。只考虑眼前生产，片面强调控制质量，当生产能力提高时，不得不更换阀。844.4.3.2确定计算压差计算压差：指最大流量时调节阀上的压差，即调节阀全开时的压差。确定计算压差时必须兼顾调节性能和动力消耗两方面，即应合理选定S值。阀起作用的前提是其前后必须有一定的压差。阀前后压差占系统压差的比值越大，阀流量特性的畸变越小，控制性能越能得到保证；阀前后压差占系统压差的比值越大，阀上的压力损失越大，动力消耗越多。计算压差主要根据工艺管路、设备的组成的管路系统压降大小及变化情况来选择。85计算压差的确定步骤如下：1)选择调节阀前后最近的压力基本稳定的两个设备作为系统的计算范围。2)在最大流量的条件下，分别计算系统内阀之外的各项局部阻力所引起的压力损失，再求出它们的总和∑ΔPF。3)选取S值S值应为阀全开时阀上压差和系统中压力损失总和之比，一般希望不小于0.3。常选s=0.3~0.5。4)求取调节阀计算压差△PV考虑系统中静压p变化时，可按下式计算：尽量避免产生空化现象和噪声。864.4.3.3调节阀开度验算计算流量系数Kmax选择合适的计算公式，根据已决定的计算流量和计算压差，求得最大流量时的流量系数Kmax。选取流量系数Kv根据已求得的Kmax，在所选用的产品型式的标准系列中，选取大于Kmax并与其最接近的那一挡Kv值，作为确定阀口径的依据。因为在选取Kv值时进行了圆整，需要对阀的开度和可调比进行验算。一般要求：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%87直线特性调节阀

等百分比特性调节阀

验算调节阀开度当理想可调比为30时，可得开度验算公式如下：K—阀开度，%884.4.3.4验算调节阀实际可调比目前阀的理想可调比R有30和50两种。由于在阀口径选用过程中对流量系数进行了圆整和放大，对阀的最大、最小开度进行了限制，实际可调比将下降，