1、 第二節(jié)第二節(jié) 執(zhí)行器執(zhí)行器一、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)一、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)二、氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)二、氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)三、閥門定位器三、閥門定位器四、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)四、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)五、執(zhí)行器的選型五、執(zhí)行器的選型v執(zhí)行器的構(gòu)成：執(zhí)行器的構(gòu)成： 執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生推力或位移的裝置。執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生推力或位移的裝置。 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)直接改變能量或物料輸送量的裝置，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)直接改變能量或物料輸送量的裝置，通常稱為控制閥或調(diào)節(jié)閥。通常稱為控制閥或調(diào)節(jié)閥。v 執(zhí)行器的分類：執(zhí)行器的分類： 氣動、電動和液動氣動、電動和液動第二節(jié)第二節(jié) 執(zhí)行器執(zhí)行器一、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)一、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)有角行程和直行程兩種，是以兩相交流電機(jī)為動力的位置伺服機(jī)構(gòu)，它將輸

2、入的直流電流信號線性地轉(zhuǎn)換成位移量。（一）基本結(jié)構(gòu)和工作原理（一）基本結(jié)構(gòu)和工作原理伺服放大器位置發(fā)送器伺服電機(jī)操作器減速器閥位指示放大器執(zhí)行機(jī)構(gòu)420mAIiIf電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)方框圖電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)方框圖090O（二）伺服放大器（二）伺服放大器組成：信號隔離器、綜合放大電路、觸發(fā)電路、固態(tài)繼電器等。信號隔離器采用光電隔離電路，實(shí)現(xiàn)信號隔離和電流電壓轉(zhuǎn)換。綜合放大和觸發(fā)電路見圖。作用是將伺服放大器輸出的電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械轉(zhuǎn)矩，并且當(dāng)伺服放大器沒有輸出時，電機(jī)又能可靠地制動。（三）執(zhí)行機(jī)構(gòu)（三）執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成：伺服電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、位置發(fā)送器等。 伺服電機(jī)伺服電機(jī)減速器減速器把伺服電機(jī)高轉(zhuǎn)速、小轉(zhuǎn)矩的輸出功

3、率轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸的低轉(zhuǎn)速、大力矩的輸出功率，以推動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。采用正齒輪和行星齒輪機(jī)構(gòu)相結(jié)合的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)。i ( )z1 擺輪的齒數(shù) z2 內(nèi)齒輪的齒數(shù)行星齒輪機(jī)構(gòu)相結(jié)合的減速比：z2 z1 z1位置發(fā)送器位置發(fā)送器作用：將輸出軸090的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成420mADC直流電流，作為閥位信號和反饋信號。氣氣二、氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)二、氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受電/氣轉(zhuǎn)換器 (或電/氣閥門定位器) 輸出的氣壓信號，將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出力和推桿直位移量，以推動調(diào)節(jié)動作。有薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)和活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)：薄膜式：氣壓推動薄膜并帶動連桿運(yùn)動, 結(jié)構(gòu)簡單, 動作可靠，維修方便，價格較低，但輸出行程小； 活塞式：氣壓推動活塞

4、并帶動連桿運(yùn)動，輸出推力大，行程長，但價格較高，只用于特殊需要的場合。氣動薄膜式執(zhí)行結(jié)構(gòu)氣動薄膜式執(zhí)行結(jié)構(gòu)有正作用(信號壓力增加時推桿向下動作，ZMA)和反作用(信號壓力增加時推桿向上動作，ZMB)兩種型式。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)見右圖。 當(dāng)信號壓力通過上膜蓋1和波紋膜片2組成的氣室時，在膜片上產(chǎn)生推力,使推桿5下移并壓縮彈簧 6。當(dāng)彈簧力與膜片推力相平衡時，推桿穩(wěn)定在相應(yīng)的位置上。膜片的有效面積有：200、280、400、630、1000、1600cm2等。靜態(tài)特性靜態(tài)特性在平衡狀態(tài)時，氣動薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的力平衡方程式可表示如下：式中：P1CsAeL = L 推桿位移； Ae 膜片有效面積； P1 輸

5、入壓力； Cs 彈簧剛度。輸入輸出特性見右圖。存在非線性偏差和正反行程偏差。動態(tài)特性動態(tài)特性在動態(tài)情況下，輸入信號管線存在阻力，管線和薄膜氣室近似作為氣容，故執(zhí)行機(jī)構(gòu)可看成一個阻容環(huán)節(jié)，薄膜氣室壓力P1與控制器輸出壓力P0關(guān)系為：RCS+11 = =P1P0TS+11式中 R、C分別為氣阻、氣容，T為時間常數(shù)。可得控制器輸出壓力P0與推桿位移L之間的關(guān)系為：(TS+1)CsAe = =LP0TS+1K式中 T為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的放大系數(shù)。三、閥門定位器三、閥門定位器閥門定位器與氣動控制閥配套使用，它接受控制器的輸出信號，成比例地輸出壓力至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，推桿移動后的位移量反饋至定位器，構(gòu)成一閉環(huán)系統(tǒng)。定位器

6、控制器P0氣源位置反饋P1閥門定位器示意圖閥門定位器可增加執(zhí)行器輸出功率，減小信號傳遞滯后，加快閥桿位移速度，提高線性度，克服閥桿摩擦力，保證正確定位。電氣閥門定位器電氣閥門定位器具有電 / 氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器的雙重作用， 它接受電動控制器輸出的420電流信號，成比例地輸出20100kPa(或40200kPa)氣動信號至執(zhí)行機(jī)構(gòu)。組成組成轉(zhuǎn)換組件：永久磁鋼、線圈、杠桿、噴嘴、擋板及調(diào)零裝置等。氣路組件：氣動放大器、氣阻、壓力表、手 - 自動切換閥。反饋組件：反饋彈簧、反饋拉桿、反饋壓板等。接線盒組件：接線盒、端子板及電纜引線等。工作原理工作原理 見下圖應(yīng)用場合應(yīng)用場合推力大，可用于高差壓、大

7、口徑、高壓、高溫、低溫及介質(zhì)中含有固體懸浮物或粘性流體的場合。動作速度快，可用于控制器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)距離較遠(yuǎn)的場合?？捎糜谛璺殖炭刂频膱龊?，兩臺定位器由一個控制器操縱，每臺定位器的工作由分程點(diǎn)決定。可改善控制閥的流量特性，通過改變反饋凸輪的幾何形狀，使定位器的輸出特性發(fā)生變化，從而達(dá)到修正流量特性的目的。四、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)四、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)又稱控制閥(或調(diào)節(jié)閥)，是一個局部阻力可變的節(jié)流元件。閥芯移動改變了閥芯 與閥座間的流通面積，即改變 了閥的阻力系數(shù)，使被控介質(zhì) 流量相應(yīng)改變。（一）（一）控制閥結(jié)構(gòu)控制閥結(jié)構(gòu)由上閥蓋、下閥蓋、閥體、閥座、閥芯、閥桿、填料和壓板等構(gòu)成。為適應(yīng)多種使用要求，閥芯和閥體有不同的

8、結(jié)構(gòu)，使用的材料也各不相同。閥的結(jié)構(gòu)型式閥的結(jié)構(gòu)型式v 直通單座閥v 直通雙座閥v 角形閥v 三通閥v 蝶閥v 套筒閥v 偏心旋轉(zhuǎn)閥v 高壓閥閥芯型式閥芯型式有直行程閥芯和角行程閥芯兩類。直行程閥芯又分為：平板型、柱塞型、窗口型和多級閥芯。各種閥芯的型式見下圖。角行程閥芯有偏心旋轉(zhuǎn)型、蝶型和球型。見右。流體對閥芯作用形式：流體對閥芯作用形式：流開閥和流閉閥閥芯的安裝形式：閥芯的安裝形式： 正裝閥和反裝閥（二）（二）控制閥特性控制閥特性控制閥的流量方程：控制閥的流量方程：Q =式中 Q 體積流量，m3/hA 2(P1 P2)P1 、P2 閥前后壓力，100kPa 流體密度，g/cm3 A 閥接口

9、流通面積，cm2 閥阻力系數(shù)，與閥門結(jié)構(gòu)、開度等有關(guān)= 5.09A P在閥口徑一定和P、 不變的情況下，流量Q僅隨阻力系數(shù) 變化。流量系數(shù)流量系數(shù)上式可改寫為：)( KV PQ= KV= 5.09AKV稱為流量系數(shù)，其大小反映了通過閥門的流量，即流通能力的大小。KV與流體性質(zhì)、閥結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)，根據(jù)KV值可確定閥門口徑。采用國際單位制時，流量系數(shù)定義為：在閥全開，閥前后壓差為100kPa，流體密度為1g/cm3(5400C的水)時，每小時通過閥門的流量數(shù)(m3)。流量系數(shù)的計算流量系數(shù)的計算：將上式中P的單位取為kPa，可得不可壓縮流體KV值的計算公式為： 10QKV = P在計算流量系數(shù)時，應(yīng)

10、考慮不同流體的影響因素，例如液體的粘度、氣體的壓縮因數(shù)等。流體的流動狀態(tài)也影響KV的大小，當(dāng)閥前后壓差達(dá)到某一臨界值時的阻塞流狀態(tài)，KV計算要引入壓力恢復(fù)系數(shù)、臨界壓差比等。流量系數(shù)的見教材表3-1計算公式,也可參閱控制閥工程設(shè)計手冊?？刂崎y的可調(diào)比控制閥的可調(diào)比控制閥所能控制的最大與最小流量之比。以R 表示。理想可調(diào)比理想可調(diào)比控制閥前后壓差不變時的可調(diào)比： sQmaxR =Qmin=KVmaxKVmin實(shí)際可調(diào)比實(shí)際可調(diào)比 (考慮閥前后壓差變化時的可調(diào)比)串聯(lián)管道時的可調(diào)比Rr = R= RPminPmax P P1Q令 S =PminPmax并聯(lián)管道時的可調(diào)比令閥全開時的流量與總管最大流

11、量之比：x Q1maxQmax則：Rr =RR (R - 1)x11 x Q1Q P并聯(lián)管道并聯(lián)管道可調(diào)比特性可調(diào)比特性串聯(lián)管道串聯(lián)管道可調(diào)比特性可調(diào)比特性S x RrRr30 30 1.0 1.0 0 0 控制閥的流量特性控制閥的流量特性指介質(zhì)流過控制閥相對流量(與相對位移(Q1maxQmin) 之間的關(guān)系，即：lL) Q1maxQmin= f (lL) 理想流量特性理想流量特性(閥前后壓差不隨閥的開度而變)v直線特性： Q/Qmax= K ( l/L )+ C ( n=0)v對數(shù)特性： Q/Qmax= R (l/L-1) ( n=0)v拋物線特性：Q/Qmax= 1/R 1+(R 1) l

12、/L 2 v快開特性：隨著開度增大, 流量很快達(dá)最大。 nQQKLldQQd)()/()/(maxmax各種流量特性及其閥芯形狀如圖所示。1 快開；2 直線；3 拋物線；4 修正拋物線；5 等百分比。工作流量特性工作流量特性(閥前后壓差隨閥的開度而變)串聯(lián)管道時的工作流量特性Qmax表示管道阻力等于零時的閥全開流量。并聯(lián)管道時的工作流量特性v 使理想流量特性發(fā)生畸變, 串聯(lián)管道尤為嚴(yán)重, 放大大系數(shù)隨開度增大而減小, 并聯(lián)管道總比原來小。 v 使控制閥可調(diào)比降低，并聯(lián)管道尤為嚴(yán)重。 v 串聯(lián)管道使總流量減少，并聯(lián)管道則增加。結(jié)論結(jié)論（二）（二）空化作用及其避免空化作用及其避免閃蒸與空化閃蒸與空

13、化閃蒸是液體通過閥節(jié)流后，縮流處靜壓降至低于飽和蒸汽壓時，部分液體汽化成氣液兩相共存的現(xiàn)象。當(dāng)靜壓回升到飽和蒸汽壓以上時，閃蒸形成的氣泡破裂，重新轉(zhuǎn)化為液體，其過程稱為空化?？栈钠茐淖饔茫嚎栈钠茐淖饔茫簱p壞材質(zhì)、振動和噪音空化的避免空化的避免閥前后壓差不大于最大允許壓差 Pc： Pc Kc (P1 P2) P1 、P2分別為閥入口壓力和飽和蒸汽壓,Kc為氣蝕系數(shù)。四、執(zhí)行器的選擇四、執(zhí)行器的選擇包括結(jié)構(gòu)型式、流量特性、閥門口徑等的選擇。（一）（一）結(jié)構(gòu)型式的選擇結(jié)構(gòu)型式的選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 是根據(jù)能源、工藝條件、介質(zhì)性質(zhì)等來確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的規(guī)格品種。對于氣動執(zhí)行器，從工藝生產(chǎn)的

14、安全考慮, 選擇其作用方式是氣開式或是氣關(guān)式。按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正反作用和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的正反安裝方式，實(shí)現(xiàn)氣動執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)時有四種組合方式。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的選擇調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的選擇 是根據(jù)流體性質(zhì)、流動狀態(tài)、工藝條件和過程控制的要求，并兼顧經(jīng)濟(jì)性來確定合適的結(jié)構(gòu)形式。（二）（二）控制閥流量特性的選擇控制閥流量特性的選擇從控制品質(zhì)考慮從控制品質(zhì)考慮 在負(fù)荷變化的情況下，應(yīng)使控制系統(tǒng)總的放大系數(shù)不變。例如對于放大系數(shù)隨負(fù)荷增大而減小的對象，選用放大系數(shù)隨負(fù)荷增大而變大的等百分比特性閥門，使系統(tǒng)總放大系數(shù)不變。從工藝配管情況從工藝配管情況 選擇相應(yīng)的控制閥，見下表。配管情況閥的工作特性閥的理想特性S = 0.6 1S = 0.3 0.6直線直線拋物線拋物線等百分比等百分比直線拋物線 等百分比等百分比直線等百分比從負(fù)荷變化情況考慮從負(fù)荷變化情況考慮 在負(fù)荷變化小時可用直線特性閥