1、化工儀表及自動化第十一章 執(zhí)行器 內(nèi)容提要氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器的組成與分類控制閥的流量特性控制閥的選擇氣動執(zhí)行器的安裝和維護(hù)閥門定位器與電-氣轉(zhuǎn)換器氣動閥門定位器電-氣閥門定位器電-氣轉(zhuǎn)換器1內(nèi)容提要電動執(zhí)行器概述角行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)直行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)2概述3作用 接受控制器的輸出信號,直接控制能量或物料等調(diào)理介質(zhì)的保送量,到達(dá)控制溫度、壓力、流量、液位等工藝參數(shù)的目的。 按能源方式分類 氣動執(zhí)行器 電動執(zhí)行器 液動執(zhí)行器執(zhí)行器從構(gòu)造來說 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 調(diào)理機(jī)構(gòu)概述氣-電轉(zhuǎn)換器電-氣轉(zhuǎn)換器電-氣閥門定位器氣動執(zhí)行器電動執(zhí)行器氣動控制儀表電動控制儀表圖11-1 轉(zhuǎn)換單元的運(yùn)用簡圖4第一節(jié) 氣動執(zhí)行器5

2、結(jié)構(gòu)氣動執(zhí)行構(gòu)造控制閥一、氣動執(zhí)行器的組成與分類1.組成第一節(jié) 氣動執(zhí)行器常用輔助設(shè)備閥門定位器手輪機(jī)構(gòu)圖11-2 氣動薄膜控制閥外形圖6第一節(jié) 氣動執(zhí)行器72.執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分類 薄膜式構(gòu)造簡單、價錢廉價、維修方便，運(yùn)用廣泛。 活塞式推力較大，用于大口徑、高壓降控制閥或蝶閥的推進(jìn)安裝。 長行程行程長、轉(zhuǎn)矩大，適于輸出轉(zhuǎn)角6090和力矩。氣動薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正作用和反作用兩種方式。 根據(jù)有無彈簧可分為有彈簧的及無彈簧的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 結(jié)構(gòu)圖11-3 正作用式氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1上膜蓋； 2波紋膜片； 3下膜蓋 ；4支架；5推桿；6彈簧；7彈簧座；8調(diào)理件；9銜接閥桿螺母； 10行程標(biāo)尺第一節(jié) 氣動執(zhí)行

3、器圖11-4 反作用式氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1上膜蓋； 2波紋膜片；3下膜蓋；4密封膜片；5密封環(huán)；6填塊；7支架；8推桿；9彈簧；10彈簧座；11襯套；12調(diào)理件；13行程標(biāo)尺8第一節(jié) 氣動執(zhí)行器93.控制閥的分類根據(jù)不同的運(yùn)用要求，控制閥的構(gòu)造方式主要有以下幾種。1直通單座控制閥閥體內(nèi)只需一個閥芯與閥座。特點構(gòu)造簡單、價錢廉價、全關(guān)時走漏量少。 直通單座閥缺陷在壓差大的時候，流體對閥芯上下作用的推力不平衡，這種不平衡力會影響閥芯的挪動。 第一節(jié) 氣動執(zhí)行器102直通雙座控制閥 閥體內(nèi)有兩個閥芯和兩個閥座。 特點流體流過的時候，不平衡力小。 缺陷容易走漏直通雙座閥第一節(jié) 氣動執(zhí)行器3角形控制閥

4、角形閥的兩個接納呈直角形。 特點 流路簡單、阻力較小，適于現(xiàn)場管道要求直角銜接，介質(zhì)為高黏度、高壓差和含有少量懸浮物和固體顆粒狀的場所。流向普通是底進(jìn)側(cè)出。 11角形閥第一節(jié) 氣動執(zhí)行器4高壓控制閥 高壓控制閥的構(gòu)造方式大多為角形,閥芯頭部摻鉻或鑲以硬質(zhì)合金,以順應(yīng)高壓差下的沖刷和汽蝕。 為了減少高壓差對閥的汽蝕,有時采用幾級閥芯,把高差壓分開,各級都承當(dāng)一部分以減少損失。 12第一節(jié) 氣動執(zhí)行器5三通控制閥 共有三個出入口與工藝管道銜接。 按照流通方式分合流型和分流型兩種 13三通閥ABA分流型B合流型第一節(jié) 氣動執(zhí)行器146隔膜控制閥 采用耐腐蝕襯里的閥體和隔膜。 特點構(gòu)造簡單、流阻小、流

5、通才干比同口徑的其他種類的閥要大。不易走漏。耐腐蝕性強(qiáng)，適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的控制，也能用于高黏度及懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。留意執(zhí)行機(jī)構(gòu)須有足夠的推力 隔膜閥第一節(jié) 氣動執(zhí)行器7蝶閥 特點構(gòu)造簡單、分量輕、價錢廉價、流阻極小。缺陷走漏量大。 15蝶閥第一節(jié) 氣動執(zhí)行器168球閥 節(jié)流元件是帶圓孔的球形體A或是一種V形缺口球形體B。特點A轉(zhuǎn)動球體可起到控制和切斷的作用B轉(zhuǎn)動球心使V形缺口起節(jié)流和剪切的作用,其特性近似于等百分比型。 球閥AB第一節(jié) 氣動執(zhí)行器9凸輪撓曲閥 閥芯呈扇形球面狀，與撓曲臂及軸套一同鑄成，固定在轉(zhuǎn)動軸上。 特點密封性好。分量輕、體積小、安裝方便，適用于要求控制和密

6、封的場所。17凸輪撓曲閥第一節(jié) 氣動執(zhí)行器1810籠式閥 特點 可調(diào)比大、振動小、不平衡力小、構(gòu)造簡單、套筒互換性好，改換不同的套筒可得到不同的流量特性，閥內(nèi)部件所受的汽蝕小、噪聲小，是一種性能優(yōu)良的閥，特別適用于要求低噪聲及壓差較大的場所。 籠式閥缺陷不適用高溫、高黏度及含有固體顆粒的流體。 第一節(jié) 氣動執(zhí)行器二、控制閥的流量特性 控制閥的流量特性是指被控介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門的相對開度相對位移間的關(guān)系，即 19第一節(jié) 氣動執(zhí)行器201.控制閥的理想流量特性 在不思索控制閥前后壓差變化時得到的流量特性稱為理想流量特性。它取決于閥芯的外形 1直線流量特性 指控制閥的相對流量與相對開度成直

7、線關(guān)系。11-2圖11-6 控制閥的理想流量特性( R= 30) 1直線；2等百分比(對數(shù)) ；3快開 ； 4拋物線第一節(jié) 氣動執(zhí)行器21將11-2積分可得11-3邊境條件：l=0時，Q=Qmin; l=L時Q=Qmax把邊境條件代入式11-3，可分別得11-4R為控制閥的可調(diào)范圍或可調(diào)比。 Qmin不等于控制閥全關(guān)時的走漏量，普通是Qmax的24。留意！第一節(jié) 氣動執(zhí)行器將式11-4代入式11-3，可得11-5留意：當(dāng)可調(diào)比R不同時，特性曲線在縱坐標(biāo)上的起點是不同的。 22第一節(jié) 氣動執(zhí)行器23舉例當(dāng)R=30,l/L=0時，Q/Qmax=0.33假設(shè)R=,位移變化量為10%在10時，流量變化

8、的相對值為在50時，流量變化的相對值為在80時，流量變化的相對值為 在流量小時，流量變化的相對值大；在流量大時，流量變化的相對值小。第一節(jié) 氣動執(zhí)行器242等百分比對數(shù)流量特性 等百分比流量特性是指單位相對行程變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量成正比關(guān)系。11-6將11-6積分 將前述邊境條件代入 11-11第一節(jié) 氣動執(zhí)行器254拋物線流量特性3快開流量特性 這種流量特性在開度較小時就有較大流量，隨開度的增大，流量很快就到達(dá)最大。 快開特性的閥芯方式是平板形的，適用于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。 第一節(jié) 氣動執(zhí)行器26.任務(wù)流量特性 在實踐消費中，控制閥前后壓差總是變化的，這時的流

9、量特性稱為任務(wù)流量特性。1串聯(lián)管道的任務(wù)流量特性圖11-7 串聯(lián)管道的情形任務(wù)流量特性第一節(jié) 氣動執(zhí)行器27圖11-8管道串聯(lián)時控制閥的任務(wù)流量特性第一節(jié) 氣動執(zhí)行器282并聯(lián)管道的任務(wù)流量特性 控制閥普通都裝有旁路，以便手動操作和維護(hù)。當(dāng)消費量提高或控制閥選小了時，只好將旁路閥翻開一些，此時控制閥的理想流量特性就改動成為任務(wù)特性。如圖11-9所示，顯然這時管路的總流量Q是控制閥流量Q1與旁路流量Q2之和，即QQ1Q2。 圖11-9 并聯(lián)管道情況第一節(jié) 氣動執(zhí)行器29 以x代表并聯(lián)管道時控制閥全開時的流量與總管最大流量Qmax之比，可以得到在壓差p為一定時，而x為不同數(shù)值時的任務(wù)流量特性曲線。

10、 圖11-10并聯(lián)管道時控制閥的任務(wù)特性第一節(jié) 氣動執(zhí)行器30由上圖可見 當(dāng)x1，即旁路閥封鎖時，控制閥的任務(wù)流量特性與理想流量特性一樣。 隨著x值的減小，即旁路閥逐漸翻開，雖然閥本身的流量特性變化不大，但可調(diào)范圍大大降低了。 控制閥關(guān)死，即l/L0時，流量Qmin大大添加。第一節(jié) 氣動執(zhí)行器 在實踐運(yùn)用中總存在著串聯(lián)管道阻力的影響，控制閥上的壓差還會隨流量的添加而降低，使可調(diào)范圍下降得更多些，控制閥在任務(wù)過程中所能控制的流量變化范圍更小，甚至幾乎不起控制造用。 采用翻開旁路閥的控制方案是不好的，普通以為旁路流量最多只能是總流量的百分之十幾，即x值最小不低于0.8。 31第一節(jié) 氣動執(zhí)行器32

11、 串、并聯(lián)管道都會使閥的理想流量特性發(fā)生畸變，串聯(lián)管道的影響尤為嚴(yán)重。 串、并聯(lián)管道都會使控制閥的可調(diào)范圍降低，并聯(lián)管道尤為嚴(yán)重。 串聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量減少，并聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量添加。 串、并聯(lián)管道會使控制閥的放大系數(shù)減小，串聯(lián)管道時控制閥大開度時影響嚴(yán)重，并聯(lián)管道時控制閥小開度時影響嚴(yán)重。結(jié)論第一節(jié) 氣動執(zhí)行器三、控制閥的選擇1.控制閥的尺寸選擇流經(jīng)控制閥的流量為令代入式 (11-13) ,得(11-13)(11-14)C稱為控制閥的流量系數(shù),它與閥芯與閥座的構(gòu)造、閥前后的壓差、流體性質(zhì)等要素有關(guān)。 33第一節(jié) 氣動執(zhí)行器 額定流量系數(shù)指在控制閥全開,閥兩端壓差為0.1MPa,介質(zhì)密度為1g

12、/cm3時,流經(jīng)控制閥的介質(zhì)流量數(shù)(以m3/h表示)。 舉例 有一個C值為40的控制閥,表示當(dāng)此閥全開,閥前后壓差為0.1MPa時,每小時能經(jīng)過的水量為40m3。 由式 (11-14)可知,當(dāng)消費工藝中需求的流量Q和壓差p決議后,就可確定閥門的流量系數(shù)C,再從流量系數(shù)C就可選擇閥門的尺寸。 如今,用控制閥流量系數(shù) KV替代流量系數(shù)C。 34第一節(jié) 氣動執(zhí)行器35 主要根據(jù)工藝條件，如溫度、壓力及介質(zhì)的物理、化學(xué)特性如腐蝕性、黏度等來選擇。 構(gòu)造方式選擇特性選擇 先按控制系統(tǒng)的特點來選擇閥的希望流量特性，然后再思索工藝配管情況來選擇相應(yīng)的理想流量特性。 目前運(yùn)用比較多的是等百分比流量特性。 2.

13、控制閥構(gòu)造與特性的選擇第一節(jié) 氣動執(zhí)行器 主要從工藝消費上平安要求出發(fā)。信號壓力中斷時，應(yīng)保證設(shè)備和操作人員的平安。假設(shè)閥處于翻開位置時危害性小，那么應(yīng)選用氣關(guān)式，以使氣源系統(tǒng)發(fā)生缺點，氣源中斷時，閥門能自動翻開，保證平安。反之閥處于封鎖時危害性小，那么應(yīng)選用氣開閥。 選擇要求 壓力信號添加時，閥關(guān)小、壓力信號減小時閥開大的為氣關(guān)式。反之，為氣開式。 3.氣開式與氣關(guān)式的選擇36第一節(jié) 氣動執(zhí)行器序號執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制閥氣動執(zhí)行器（a）（b）（c）（d）正正反反正反正反氣關(guān)（反）氣開（正）氣開（正）氣關(guān)（反）37表11-1組合方式表圖11-11 組合方式圖第一節(jié) 氣動執(zhí)行器四、控制閥的安裝和維護(hù)38

14、1為便于維護(hù)檢修，氣動執(zhí)行器應(yīng)安裝在接近地面或樓板的地方。 2氣動執(zhí)行器應(yīng)安裝在環(huán)境溫度不高于+60和不低于-40的地方，并應(yīng)遠(yuǎn)離振動較大的設(shè)備。 3閥的公稱通徑與管道公稱通徑不同時，兩者之間應(yīng)加一段異徑管。第一節(jié) 氣動執(zhí)行器5經(jīng)過控制閥的流體方向在閥體上有箭頭標(biāo)明，不能裝反。 4氣動執(zhí)行器應(yīng)該是正立垂直安裝于程度管道上。特殊情況下需求程度或傾斜安裝時，除小口徑閥外，普通應(yīng)加支撐。即使正立垂直安裝，當(dāng)閥的自重較大和有振動場所時，也應(yīng)加支撐。 6控制閥前后普通要各裝一只切斷閥，以便修繕時拆下控制閥。思索到控制閥發(fā)生缺點或維修時，不影響工藝消費的繼續(xù)進(jìn)展，普通應(yīng)裝旁路閥。 39第一節(jié) 氣動執(zhí)行器4

15、07控制閥安裝前，應(yīng)對管路進(jìn)展清洗，排去污物和焊渣。安裝后還應(yīng)再次對管路和閥門進(jìn)展清洗，并檢查閥門與管道銜接處的密封性能。當(dāng)初次通入介質(zhì)時，應(yīng)使閥門處于全開位置以免雜質(zhì)卡住。 圖11-12控制閥在管道中的安裝1調(diào)理閥；2切斷閥；3旁路閥8在日常運(yùn)用中，要對控制閥經(jīng)常維護(hù)和定期檢修。 第二節(jié) 閥門定位器與電-氣轉(zhuǎn)換器一、氣動閥門定位器41 氣動閥門定位器與氣動控制閥配套運(yùn)用,組成閉環(huán)系統(tǒng),利用反響原理來改善控制閥的定位精度和提高靈敏度,并能以較大功率抑制閥桿的摩擦力、介質(zhì)的不平衡力等影響,從而使控制閥門位置能按控制儀表來的控制信號實現(xiàn)正確定位。組成及作用分類定位器有正作用和反作用兩種。第二節(jié) 閥

16、門定位器與電-氣轉(zhuǎn)換器42圖11-13氣動閥門定位器 1波紋管； 2主杠桿 ；3量程彈簧； 4反響凸輪支點 ； 5反響凸輪； 6副杠桿 ； 7副杠桿支點 ；8薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)； 9反響桿 ； 10滾輪 ；11反響彈簧 ; 12調(diào)零彈簧 ；13擋板；14噴嘴 ； 15主杠桿支點 ； 16放大器第二節(jié) 閥門定位器與電-氣轉(zhuǎn)換器二、電-氣閥門定位器 采用電-氣閥門定位器后，可用電動控制器輸出的010 mA 或420 mA DC電流信號去支配氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)；43第二節(jié) 閥門定位器與電-氣轉(zhuǎn)換器圖11-14 電-氣閥門定位器 1永久磁鋼；2導(dǎo)磁體；3主杠桿(銜鐵)；4平衡彈簧；5反響凸輪支點；6反響凸輪；7副

17、杠桿；8副杠桿支點；9薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)；10反響桿；11滾輪；12反響彈簧；13調(diào)零彈簧；14擋板；15噴嘴；16主杠桿支點；17放大器44第二節(jié) 閥門定位器與電-氣轉(zhuǎn)換器三、電-氣轉(zhuǎn)換器 可未來自電動控制器的輸出信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后用以驅(qū)動氣動執(zhí)行器,或者未來自各種電動變送器的輸出信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后送往氣動控制器。圖11-15 電-氣轉(zhuǎn)換器原理構(gòu)造圖1噴嘴擋板；2調(diào)零彈簧；3負(fù)反響波紋管；4十字彈簧；5正反響波紋管；6杠桿；7丈量線圈；8磁鋼；9鐵芯；10放大器45第三節(jié) 電動執(zhí)行器定義 電動執(zhí)行器是電動控制系統(tǒng)中的一個重要組成部分。它把來自控制儀表的010mA或420mA的直流一致電信號,轉(zhuǎn)換成與輸入信號相

18、對應(yīng)的轉(zhuǎn)角或位移,以推進(jìn)各種類型的控制閥,從而到達(dá)延續(xù)控制消費工藝過程中的流量,或簡單地開啟和封鎖閥門以控制流體的通斷,到達(dá)自動控制消費過程的目的。46第三節(jié) 電動執(zhí)行器一、概述 1.電動執(zhí)行器的特點 由于工頻電源取用方便,不需增添專門安裝,特別是執(zhí)行器運(yùn)用數(shù)量不太多的單位,更為適宜; 動作靈敏、精度較高、信號傳輸速度快、傳輸間隔可以很長,便于集中控制; 在電源中斷時,電動執(zhí)行器能堅持原位不動,不影響主設(shè)備的平安; 與電動控制儀表配合方便,安裝接線簡單; 體積較大、本錢較貴、構(gòu)造復(fù)雜、維修費事,并只能運(yùn)用于防爆要求不太高的場所 47第三節(jié) 電動執(zhí)行器 2.電動執(zhí)行器的組成兩大部分 電動執(zhí)行機(jī)構(gòu) 調(diào)理機(jī)構(gòu)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)其輸出方式不同 角行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu) 直行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu) 多轉(zhuǎn)式電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。48第三節(jié) 電動執(zhí)行器二、角行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu) DKJ型角行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)以交流220V為動力,接受控制器的直流電流輸出信號,并轉(zhuǎn)變?yōu)?90的轉(zhuǎn)角位