第四章 执行器

第4章过程控制装置教学要求与学习目标：1了解差压式变送器和温度变送器的工作原理。2了解防爆安全栅的工作原理。3了解差控制器调节规律实现的方法。4掌握气动、电动执行器的结构、组成及工作原理。教学内容:§4.3执行器本章思考题：p175:1、4、5、6、7、8、11、14、19、20、22、23、24、25、26。本节作业：P176：16、18、30

§4.3执行器本节主要内容:

气动薄膜执行器的结构、类型及使用场合▲气动执行器控制阀的流量特性

控制阀的选择（

▲阀门气开、气关的选择原则）▲电动执行器▲电气转换器及电气—阀门定位器●执行器的分类

（按能源形式）气动执行器：（最常用）电动执行器：（应用较少）液动执行器：（不用）结构简单、动作可靠、平稳、输出推力大、维修方便、防火防爆、价格低廉能源取用方便、信号传递快、但结构复杂、防爆性能差。控制器执行器电—气转换器电信号气信号使用成本高，易泄露，清洁度差，使用在少数大驱动力、高精度的场合执行机构选择的主要考虑因素是：①可靠性；②经济性；③动作平稳、足够的输出力矩；④结构简单、维护方便。§4.3.1气动执行器一气动执行器由哪几部分组成？各部分的作用是什么？P176：19气动执行器①执行机构：②控制机构：（阀）是执行器的推力装置，它按控制信号压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作。所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量。所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置③辅助装置：阀门定位器：手轮机构：是利用反馈原理来改善执行器的性能，使执行器能按控制器的控制信号，实现准确的定位当停电、停气、控制器或执行器失灵时，利用它可直接操纵控制阀，维持生产的正常运行。二执行器的执行机构、控制阀分别有哪些结构形式？各有什么特

点？主要用在什么场合？薄膜式：

活塞式：长行程：气动执行器①执行机构②控制机构（调节阀）结构简单，价格便宜，维修方便，应用广泛。中小口径（薄膜20-100kPa）适用于大口径，高静压、高压差的控制阀或蝶阀的推动装置。（汽缸0.5MPa）

行程规格：25-100mm

带阀门定位器，适合控制质量高的系统适用于输出转角（0°～90°）和有力矩的场合，如用于蝶阀或风门的推力装置。行程规格：10、16、25、40、60、100mm

膜片面积规格：200、280、400、630、1000、1600cm2正作用执行机构：信号压力通入膜室上方，信号压力增大，阀杆向下。

反作用执行机构：信号压力通入膜室下方，信号压力增大，阀杆向上。二执行器的执行机构、控制机构分别有哪些结构形式？各有什么特

点？主要用在什么场合？薄膜式：

活塞式：长行程：①直通单座控制阀②直通双座控制阀③角形控制阀④三通控制阀⑤隔膜控制阀⑥蝶阀⑦球阀⑧凸轮挠曲阀⑨笼式阀气动执行器①执行机构②控制机构（调节阀）结构简单，价格便宜，维修方便，应用广泛。（20-100kPa）适用于大口径，高静压、高压差的控制阀或蝶阀的推动装置。（0.5MPa）

行程规格：25-100mm

带阀门定位器，适合控制质量高的系统适用于输出转角（0°～90°）和有力矩的场合，如用于蝶阀或风门的推力装置。行程规格：10、16、25、40、60、100mm

膜片面积规格：200、280、400、630、1000、1600cm2各种控制阀的结构、特点及使用场合类型①直通单座控制阀②直通双座控制阀

③角形控制阀④三通控制阀

结构特点使用场合不平衡力小、泄漏量大、最为常用小口径、低压差结构简单、泄漏量小、易于保证关闭、流体对阀芯上、下的推力不平衡流路简单、阻力较小现场管道要求直角联接、高压差、介质粘度大、含有少量悬浮物和颗粒状固体有三个出入口与工艺管道联接，可组成分流与合流两种型式配比控制或旁路控制“节流元件”正作用阀：阀杆

Q

反作用阀：阀杆Q各种控制阀的结构、特点及使用场合类型①直通单座控制阀②直通双座控制阀

③角形控制阀④三通控制阀

结构特点使用场合不平衡力小、泄漏量大、大口径，最为常用小口径、低压差结构简单、泄漏量小、易于保证关闭、流体对阀芯上、下的推力不平衡流路简单、阻力较小现场管道要求直角联接、高压差、介质粘度大、含有少量悬浮物和颗粒状固体有三个出入口与工艺管道联接，可组成分流与合流两种型式配比控制或旁路控制“节流元件”正作用阀：阀杆

Q

反作用阀：阀杆Q各种控制阀的结构、特点及使用场合类型①直通单座控制阀②直通双座控制阀

③角形控制阀④三通控制阀

结构特点使用场合不平衡力小、泄漏量大、最为常用小口径、低压差结构简单、泄漏量小、易于保证关闭、流体对阀芯上、下的推力不平衡流路简单、阻力较小现场管道要求直角联接、高压差、介质粘度大、含有少量悬浮物和颗粒状固体有三个出入口与工艺管道联接，可组成分流与合流两种型式配比控制或旁路控制“节流元件”正作用阀：阀杆

Q反作用阀：阀杆Q⑤隔膜控制阀⑥蝶阀(翻板阀）

⑦球阀⑧凸轮挠曲阀（偏心旋转阀）类型结构特点使用场合结构简单、流阻小、流通能力大、耐腐蚀性强强酸、强碱、强腐蚀性、高粘度、含悬浮颗粒状的介质结构简单、重量轻、价格便宜、流阻极小、泄漏量大大口径、大流量、低压差、含少量纤维或悬浮颗粒状介质阀芯与阀体都呈球形体流体的粘度高、污秽、双位控制密闭性好、重量轻、体积小、安装方便介质粘度高含悬浮物颗粒⑤隔膜控制阀⑥蝶阀(翻板阀）

⑦球阀⑧凸轮挠曲阀（偏心旋转阀）类型结构特点使用场合结构简单、流阻小、流通能力大、耐腐蚀性强强酸、强碱、强腐蚀性、高粘度、含悬浮颗粒状的介质结构简单、重量轻、价格便宜、流阻极小、泄漏量大大口径、大流量、低压差、含少量纤维或悬浮颗粒状介质阀芯与阀体都呈球形体流体的粘度高、污秽、双位控制密闭性好、重量轻、体积小、安装方便介质粘度高含悬浮物颗粒

⑨笼式阀

（套筒型控制阀）类型结构特点使用场合可调范围大、振动小、不平衡力小、结构简单、套筒互换性好、汽蚀小、噪音小压差大，要求噪音小的场合。对高温、高粘度及含固体颗粒的介质不适合三何谓控制阀的流量特性？又何谓理想流量特性和工作流量特性？P176-20◆控制阀的流量特性——是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）之间的关系。即◆理想流量特性——阀前后压差保持不变的流量特性◆工作流量特性——实际使用过程中，阀前后压差会随阀开度的变化而变化，此时的流量特性为工作流量特性四控制阀的理想流量特性有哪些？写出其数学表达式？各有什么特点？①直线流量特性控制阀的相对流量与相对开度成直线关系。即单位位移引起的流量变化是常数。根据直线流量特性可推得：补充图不同流量特性的阀芯形状1—快开；2—直线；3—抛物线；4—等百分比根据阀芯形状的不同，有快开、直线、等百分比（对数）、抛物线等几种：4-56直线流量特性的特点：②等百分比（对数）流量特性：是指单位相对开度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，即控制阀的放大系数随相对流量的增加而增加，即根据上述关系可推得：③抛物线流量特性：Q/Qmax与l/L成抛物线关系。

④快开特性：这种流量特性在开度较小时就有较大流量，随开度的增大，流量很快就达到最大，称快开特性。适合于迅速启闭的切断阀或双位控制系统。五控制阀的工作流量特性对理想流量特性的影响？①串联管道的工作流量特性

△P=△P1+△PV△P△PV（全开）S=S=1时，是理想特性

工作时S＜1，一般S选0.3～0.5

理想的直线流量特性畸变为快开特性理想的等百分比特性即畸变为直线特性阀权度②并联管道的工作流量特性

Q=Q控+Q旁x=Q控（全开）Qx——并联管道中的分流比x=1时，是理想特性随x减小，

Q旁增加，控制阀的可调范围减小当x很小时，控制阀不起作用。所以一般x≥0.8补充图1串、并联管道都会使阀的理想流量特性发生畸变，串联管道尤为严重。2串、并联管道都会使阀的可调范围降低，并联管道尤为严重。3串联管道使系统总流量减少，并联管道使系统总流量增大。4串、并联管道会使控制阀的放大系数减小，即输入信号变化引起的流量变化值减少。总结：六如何选择控制阀？11选用控制阀时，一般要根据被控介质的特性（温度、压力、腐蚀性、粘度等）、控制要求、安装地点，参考各类控制阀的特点合理选用。考虑因素：2选流量特性：一般先按控制系统的特点选择阀的希望流量特性，再考虑工艺配管情况来选择相应的理想流量特性，使控制阀安装在具体的管道系统中，畸变后的工作流量特性能满足控制系统对它的要求。等百分比流量特性最常用。1选结构：根据工艺条件选择结构。选择执行器的气开式与气关式▲气关式：有气压信号时阀关、无气压信号时阀开的气动执行器。▲气开式：有气压信号时阀开、无气压信号时阀关的气动执行器。①何谓气动薄膜执行机构的正、反作用？正作用：信号压力增大时，阀杆向下动作的叫正作用执行机构（ZMA型）。信号压力是通入波纹膜片上方的薄膜室。反作用：信号压力增大时，阀杆向上动作的叫反作用执行机构（ZMB型）。信号压力是通入波纹膜片下方的薄膜室。两者可改装。②何谓气动薄膜控制机构的正、反作用？（正装、反装）反正正作用阀：阀杆

Q

；反作用阀：阀杆Q③执行器的正、反作用方向如何确定？∴作用方向取决是气开阀还是气关阀“正”方向：当执行器的输入信号增加时，气开阀的开度增加。因而流过阀的流体流量也增加，故气开阀是“正”方向“反”方向：当执行器的输入信号增加时，气关阀的开度减小。因而流过阀的流体流量也减小，故气关阀是“反”方向正正正反正反反反①②③④正正反反气关式气关式气开式气开式执行器的气开与气关形式是由阀门执行机构的正、反作用和控制机构的正装、反装组合而定的。4控制阀口径的选择

根据控制阀流量系数C的值查表4-5的公式计算流量系数C——在给定的行程下，当阀两端压差为100KPa，流体密为1g/cm3时，流经控制阀的流体流量（m3/h）。最大流量系数Cmax——阀全开时的流量系数。对不可压缩流体，且阀前后压差p1-p2不太大时，流量系数按下式计算：▲气开、气关的选择原则

主要从工艺生产安全要求出发。考虑原则：信号压力中断时，应保证设备与操作人员的安全。例如：燃料气TC气开型易结晶介质TC气关型具体计算见Pg169：§4.3.2电动执行器一电动执行器有什么功能？电动执行器的功能是接收来自控制器的0～10mA或4～20mA的直流电流信号，并将其转换成相应的角位移或直行程位移，去操纵阀门、挡板等控制机构，以实现自动控制。

Ⅰ电子管型：已淘汰

电动单元组合仪表Ⅱ晶体管：将近淘汰（0～10mA）

（DDZ）Ⅲ集成电路：应用中（4～20mA）电信号位移二电动执行器的类型、组成？它也是由执行机构和调节机构两部分组成。其中调节机构和气动执行器是通用的，不同的只是电动执行机构，它用电动机产生推力启闭调节阀。电动执行机构用控制电机作动力装置。输出形式有角行程（DKJ）：电机转动经减速器后输出。直行程(DKZ)：电机转动经减速器减速并转换为直线位移输出。相对气动、液动执行器而言，电动执行器主要有