仪表-培训-执行机构

中科炼化

电仪中心温亮Wenl208.zklh@S仪表基础知识自动控制原理测量变送部分控制系统部分执行系统部分执行系统-调节阀控制阀的定义控制阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。根据国际电工委员会（IEC）对调节阀（国外叫做控制阀）的定义，调节阀由执行机构和阀体部件两部分组成，即调节阀=执行机构+阀体部件，其中执行机构是调节阀的推动装置，它按信号压力的大小产生相应的推力，使推杆产生相应的位移，从而带动调节阀的阀芯动作。阀体部件是调节阀的调节部分，它直接与介质接触。控制原理是阀芯（阀板）在阀体内移动或转动，改变了阀芯与阀座之间的流通面积，被调节介质的流量也相应改变，从而达到调节工艺参数的目的。温度控制、压力控制、液位控制等实质都是控制介质的流量来实现的。控制阀在调节系统中是必不可少的，它是组成工业自动化系统的重要环节，被称之为生产过程自动化的“手、脚”。执行系统-调节阀流通能力Cv,KV额定Cv表示阀门的流通能力，计算Cv指的是实际操作条件下所需要的流通能力。阀门额定Cv的定义：60华氏度的清水，1磅/平方英寸（即1PSI）压力下，阀全开状态下每分钟流过的美加仑数，没有单位。国内也用Kv来表示，Cv=1.167Kv。阀门额定Kv的定义：当调节阀全开时，阀门前、后两端的压差ΔP为100KPa，流体重度r为1g/cm3（即常温水）时，每小时流经调节阀的流量数，以m3/h或t/h计。调节阀可调比R指调节阀所能控制的最大流量和最小流量之比。可调比也称为可调范围，用R表示。单座阀、套筒阀及三通阀的可调比一般为50：1，V型球阀一般为200：1到400：1，偏心阀（凸轮绕曲阀）一般为100：1，40：1（40%缩腔型），60：1（60%缩腔型），蝶阀一般为50：1。各厂家的阀门结构不同可调比略有不同。执行系统-调节阀调节阀的流量特性指介质通过阀门的相对流量与相对位移（阀门的相对开度）间的关系。一般有线性特性、等百分比特性、快开特性、固有特性（近似线性或近似等百分比）。a.线性特性：流量/位移为常数。线性特性的阀门在开度小时流量相对变化值较大，这时灵敏度高，不易控制，甚至产生震荡，而在大开度时，流量变化值小，调节缓慢，不够及时。一般用于液位控制或特殊结构的阀门（如多级降压阀等）。线性开度=计算Cv/额定Cvb.等百分比特性（对数特性）：位移与相对流量成对数关系，放大系数（单位位移所引起的流量变化）是变化的，随着流量的增加而增大（成对数关系）。等百分比特性的阀门在开度小时流量变化值小，可以精确调节，大开度流量变化大，调节及时。IEC(国际电工委员会)标准的等百分比特性=[1-log(Cv额定/Cv计算)/log可调比]×100%。执行系统-调节阀c.快开特性：在较小开度时有较大的流量，随着开度的增大流量变化不大。主要用于开关场合。d.固有特性：由于阀门的结构决定无法做成标准的线性或等百分比特性，其特性接进线性或等百分比或者小开度接近等百分比大开度接近线性。如偏心阀特性为近似线性，V型球阀、蝶阀为近似等百分比等。执行系统-调节阀调节阀的流量特性1）线性特性，2、3）等百分比特性，4）快开特性执行系统-调节阀阻塞流当阀前压力保持一定，逐步降低阀后压力时，流经调节阀的流量会增大到一个最大极限值，再继续降低阀后压力，流量不再增加，此极限流量即为阻塞流。对于阻塞流，主要可通过改变阀门形式，选择高压力恢复系数Fl的阀门来满足要求，如套筒阀，迷宫式速控制阀等。Fl液体压力恢复系数，表示控制阀内部流体流经缩流处后，动能转换为静压的恢复能力。也表明了液体产生阻塞流的临界条件，故FL又称为临界流量系数。执行系统-调节阀闪蒸与空化（汽蚀）不可压缩流体（液体）在通过调节阀阀芯、阀座的缩流断面处，其压力降低到等于或低于该液体在阀入口温度下的饱和蒸汽压（Pv）时，部分液体就会汽化，形成气泡，若缩流断面后流体的压力恢复到高于上述饱和蒸汽压时，气泡破裂，释放出能量，此现象称为空化（汽蚀）。若缩流断面后流体的压力没有恢复到饱和蒸汽压以上，则部分液体会汽化成气体，形成汽液两相共存的现象，此现象称为闪蒸。执行系统-调节阀闪蒸与空化（汽蚀）不管是闪蒸还是空化，都会对阀门造成严重的破坏，影响其使用寿命，降低调节阀的工作性能，同时还会导致出现剧烈的振动和高强噪声，构成安全隐患。如阀后压力P2低于液体的饱和蒸汽压Pv，此时闪蒸是无法避免的，无法通过改变阀门结构等避免闪蒸产生。如阀后压力P2高于液体的饱和蒸汽压Pv时，汽蚀是可以通过改变阀门的结构来避免的，可以选用抗汽蚀的阀门。执行系统-调节阀泄漏等级泄漏：阀门在全关状态下流体流过阀门的流量。规定阀门泄漏等级的目的，是为了向客户和生产厂家提供一种测试调节阀关闭性能或控制阀门泄漏能力的方法。执行系统-调节阀公称通径公称通径指的是阀门进出口尺寸的大小。公称压力PN是一个用数字表示的与压力有关的代号，是提供参考用的一个方便的圆整数，PN是近似于折合常温的耐压MPa数，是国内阀门通常所使用的公称压力。当工作温度升高时，阀体的耐压会降低。执行系统-调节阀基本误差、回差、死区基本误差：将规定的输入信号平稳的按增大或减小方向输入执行机构气室（或定位器），测量各点所对应的行程值，计算实际信号与行程关系与理论关系之间的各点误差，其最大值即为基本误差。（实际行程-理论行程的数值/额定行程的百分数）。回差：在同一输入信号上所测得的正反行程的最大差值的绝对值。用调节阀额定行程的百分数表示。执行系统-调节阀按阀门的动作方式分类：直行程调节阀、角行程调节阀。按阀门的调节方式分类：调节型、切断型。按调节阀的作用方式分类：气关型（FO，气压增加阀关，失气阀开）、气开型（FC，气压增加阀开，失气阀关）。按阀门的执行机构形式分类：气动薄膜式、气动活塞式、电动式。执行系统-调节阀常用的控制阀结构分为：GLOBE（球形阀）：单座阀、套筒阀、角阀、三通阀等。BALL（球阀）：偏心阀（凸轮绕曲阀）、V型球阀、切断球阀、三通球阀等。蝶阀：低负载蝶阀、双偏心高性能蝶阀，三偏心高性能蝶阀等。闸阀：双平行闸板。特殊要求的阀门：防腐阀门、蒸汽夹套、禁油脱脂等。执行系统-调节阀气动薄膜调节阀

在化工生产过程中使用的最多的执行器是气动薄膜调节阀。执行系统-调节阀执行机构的正反作用示意图调节机构示意图执行系统-调节阀气动薄膜调节阀的执行机构由波纹膜片、上下膜盖、平衡弹簧等部件组成。它接收20100KP的标准气压信号，并转换成推力。其动作的形式有正作用和反作用两种。

执行机构的正反作用

当信号压力增加，推杆向下移动的叫正作用；信号压力增加，推杆向上移动的叫反作用。执行系统-调节阀调节阀阀芯有正装和反装调节阀的气开、气关形式。调节阀接受的控制信号是气压信号，当膜头输入信号增大，调节阀开度也增大时，称为气开阀，反之，膜头输入压力增大，调节阀开度减小，则称为气关阀。执行系统-调节阀调节阀气开、气关组合方式图执行系统-调节阀调节阀的气开、气关形式的选择。气动薄膜调节阀有气开和气关两种形式。选择气开或气关，主要是从工艺生产的安全要求出发，其选择可以依据四条原则：

（1）首先从生产安全出发。当控制信号消失，阀位的自然位置应能够保证生产人员和工艺设备的安全不致于发生事故。

（2）从保证产品质量出发，不发生或尽量少发生产品质量事故。（3）从降低原料、成品动力损耗考虑。（4）从介质的特点考虑。执行系统-调节阀过滤减压阀减压:按名牌要求调至该风压。调压范围一般为0.05~0.85MPa。过滤:过滤仪表风杂质。空气过滤减压阀的过滤精度一般为5~25微米，调节阀一般选用5微米。自动稳压的功能，并带压力表执行系统-调节阀阀门定位器执行系统-调节阀阀门定位器阀门定位器是控制阀的主要附件。它与气动调节阀配套使用，接受调节器的控制信号，然后以它的输出气动信号去控制气动调节阀，当调节阀动作后，阀杆的位移又通过反馈装置反馈到阀门定位器构成了一个闭环的负反馈回路。阀门定位器能够增大调节阀的输出功率，减少调节信号的传递滞后，加快阀杆的移动速度，能够提高阀门的线性度，克服阀杆的摩擦力并消除不平衡力的影响，从而保证调节阀的正确定位。执行系统-调节阀电磁阀：电磁阀用于控制阀气路的切断与联通，从而