14执行单元讲解

14执行单元Actuatingunit执行器接受来自调节器的控制信号，由执行机构将其转换成相应的角位移或直线位移去操纵调节机构〔调节阀〕改变控制量，从而使被控变量符合预期要求。其原理简单，操作比较单一，但大多安装在现场，要保持其平安运行并不容易。主要内容执行器工作原理—分类与比较、根本构成及工作原理气动执行器—根本构成及阀门定位器电动执行器调节阀工作原理结构及分类、流量特性和流量系数(*)2023/9/28114.1执行器工作原理

按使用的能源分为电动、液动和气动三种。气动执行器是以压缩空气为动力能源的一种自动执行器。电动执行器是以电动执行机构进行操作的。液动执行器在实际中应用较少。一、执行器分类与比较2023/9/282二、执行器根本构成及工作原理组成：执行机构〔actuatingunit〕和调节机构〔regulatingunit〕。执行机构—产生推力或位移的装置，按调节器输出的信号量产生相应的推力或位移对调节机构产生推动作用；调节机构—执行器的调节装置，常见的是调节阀，受执行机构的操纵，可改变调节阀阀芯与阀座间的流通面积以到达最终调节被控介质的目的。来自调节器是执行器动作的依据转换信号制式并且与反响信号比较，差值决定了执行机构的作用方向和大小工作原理：2023/9/283一、气动执行器根本构成14.2气动执行器Pneumaticactuator将输入电流信号转换成气压信号按一定的规律将气压信号转换成推力，使执行机构的推杆产生相应的位移由阀杆带动调节阀的阀芯动作以实现对被控介质的控制作用◎常用的气动执行机构主要有薄膜式和活塞式。2023/9/2841.薄膜式气动执行器原理：使用弹性膜片将输入气压转为推力结构：如图，执行机构和调节阀在不计膜片的弹性刚度及推杆和填料之间的摩擦力的情况下的力平衡方程为：当考虑膜片的弹性、弹簧刚度的变化及推杆和填料之间的摩擦力的情况下将使执行机构产生非线性偏差和正反行程变差，但分别小于±4%和±2.5%。执行机构的组成：——弹性膜片、压缩弹簧和推杆。2023/9/2852.活塞式气动执行器原理：以气缸内的活塞输出推力结构：如图，执行机构和调节阀输出：两位式〔根据输入活塞两侧操作压力的大小使活塞从高压侧被推向低压侧〕和比例式〔在两位式根底上加阀门定位器使推杆位移和信号压力成比例关系〕特点：无弹簧反作用力，使推力大；活塞两侧分别输入固定信号〔含通大气〕和可变信号或均可变；价格贵，只用于特殊需要场合。2023/9/2861.气动阀门定位器原理：按力矩平衡的方式进行工作的，如下图。二、阀门定位器(valvelocalizer)改变凸轮的形状可使输入信号与阀杆的对应关系变化，从而不用改变调节阀的阀芯形状即可改变调节阀的流量特性喷嘴12喷嘴定位波纹管1弹簧3主杠杆2薄膜气室7反馈杆8副杠杆6反馈弹簧10压力它是气动调节阀的主要附件，用于克服流过调节阀的流体作用力，保证阀门定位准确。它接受来自调节器的控制信号和来自执行器的位置反响信号，对两者进行比较，当两个信号不相对应时，定位器以较大的输出驱动执行机构，直到二者相对应。2023/9/2872.电气阀门定位器结构：电气转换器和阀门定位器相结合。特点：可将调节器的输出信号直接输入到定位器，不需要电气转换器原理：与气动阀门定位器的根本相同，只是输入信号及其作用形式不同，如图。来自调节器的输出电流信号输入到线圈中，线圈磁场和恒定磁场共同作用在线圈中间的可动铁芯〔杠杆〕上，使其产生左右位移。2023/9/28814.3电动执行器Dynamoelectricactuator电动执行器有角行程和直行程两种，将输入的直流电流信号线性地转换成位移量，相当于比例环节。其电气原理完全相同，只是输出机械的传动局部有区别。一、根本构成和工作原理：以角行程电动执行器为例。Ii表示输入电流，θ表示输出轴转角，那么二者存在关系θ=K×Ii，K为比例系数。2023/9/28914.3电动执行器Dynamoelectricactuator二、伺服放大器伺服放大器将输入信号Ii和反响信号If相比较，所得的差值经功率放大后驱动伺服电动机转动，再经减速器减速，带动输出轴改变转角θ，假设差值为正伺服电动机正转，输出轴转角增大，为负那么反转，转角减小。输出轴转角θ位置经位置发送器转换成相应的反响电流If，回送到伺服放大器输入端，当反响信号与输入信号相平衡时，差值为零，伺服电动机停止转动，输出轴就稳定在与输入信号相对应的位置上。切换到手动时，由正反操作按钮直接控制电机的电源，以实现执行机构输出轴的正转和反转，使系统在掉电时也能工作。2023/9/281014.4调节阀RegulatingvalveW:接管处的流体平均流速ζ:阻力系数，与阀门的结构形式和开度有关。A—调节阀接管的截面积。当A固定，改变调节阀的开度就可以改变流量。和普通阀门一样是一个局部阻力可变的节流元件，如图。一、调节阀工作原理2023/9/2811根据上阀盖的不同结构形式可分为：普通型、散热片型、长颈型和波纹管密封型。根据使用要求调节阀分为：直通双座调节阀、直通单座调节阀、角型调节阀、高压调节阀、隔膜阀、蝶阀、球阀、凸轮挠曲阀、套筒调节阀、三通调节阀和小流量调节阀等。二、调节阀结构及分类2023/9/2812流体对上下阀芯的推力方向相反、大小相等。流通能力大于同口径单座阀，上下阀不易同时关闭，泄露量大，不适于高粘度含颗粒场所阀体为直角，适于高粘度含颗粒的流体，流向分为底进侧出和侧进底出两种。适于高粘度含颗粒场所；耐腐蚀性强。介质用隔膜与外界隔离，流体不会泄露。2023/9/2813翻板阀，适用于低压差和大流量气体，也可用于含少量悬浮物或粘度不大的液体，但泄露量大适用于纤维、纸浆和含颗粒的介质转动球体可起到调节和切断作用，常用于位式控制偏心旋转阀，阀芯呈扇形面状，与挠曲臂和轴套一起铸成，固定在转动轴上。适用于粘度大及一般场合笼式阀，阀内有一圆柱形套筒或称笼子，内有阀芯，利用套筒作导向上下移动，可改变孔的流通面积，特别适用于噪音要求高和差压较大的场合2023/9/2814可见：三通调节阀有三个出入口与管道连接，它的流通方式分为合流式和分流式两种，结构与单座阀和双座阀相仿。通常可用来代替两个直通阀，适用于配比调节和旁路调节。三、调节阀的流量特性

调节阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量和阀门相对开度之间的关系。即：2023/9/2815理想流量特性：压差固定的情况下得出的流量特性。它取决于阀芯的形状，是调节阀的固有流量特性。常用的典型理想流量特性有四种：

当调节阀开度变化时，阀前后的压差也会变化，而压差变化又将引起流量的变化。调节阀的流量特性分为理想流量特性和工作流量特性。直线特性：相对流量与相对行程成直线关系，即流量与阀芯位移呈直线关系。对数特性〔等百分比流量特性〕：相对位移与相对流量间成对数关系，流量的特性曲线的斜率是随流量的增大而增大，点流量相对变化值是相等的，即流量变化的百分比是相等的。快开特性：在开度小时有较大的流量，随着开度增大，流量很快到达最大值，此后再增大开度，流量变化很小。没有一定的数学表达式。抛物线特性：相对流量与相对行程之间存在抛物线关系。2023/9/2816※各种阀门都有自己的流量特性，隔膜阀接近于快开特性，但工作段应在位移的60%以下，蝶阀接近于等百分比特性，均不能通过改变阀芯的曲面形状来改变其特性，只能靠改变定位器凸轮的外形来实现。2023/9/2817串联、并联管道都会使理想流量特性发生畸变，串联管道的影响尤为严重；串联、并联都会使可调比下降，并联管道尤为严重。串联管道使系统总流量减少，并联管道使系统总流量增加。串联管道调节阀开度小时放大倍数〔流量特性曲线的斜率〕增加，开度大时那么减少。并联管道调节阀的放大系数在任何开度下都比原来的要