1、第六章執(zhí)行器.青島啤酒西安漢斯運(yùn)用的電動(dòng)調(diào)理閥 電動(dòng)調(diào)理閥運(yùn)用于化工行業(yè) .主要內(nèi)容概述 氣動(dòng)執(zhí)行器 電動(dòng)執(zhí)行器 電-氣轉(zhuǎn)換器及電-氣閥門定位器數(shù)字閥與智能控制閥 .概述執(zhí)行器在自控系統(tǒng)中的作用執(zhí)行器是指：閥門調(diào)理閥(延續(xù)的)、開關(guān)閥(過程控制范疇) 電機(jī)延續(xù)的、開關(guān)的(屬于流體機(jī)械的范疇，起執(zhí)行器的作用)執(zhí)行器在自控系統(tǒng)中的作用：接納控制器輸出的控制信號(hào)，使控制閥的開度產(chǎn)生相應(yīng)變化，從而到達(dá)調(diào)理操作變量流量的目的。 回想.執(zhí)行器分類氣動(dòng)執(zhí)行器電動(dòng)執(zhí)行器液動(dòng)執(zhí)行器推力最大，但較笨重，現(xiàn)很少運(yùn)用化工領(lǐng)域用緊縮空氣為能源，構(gòu)造簡單、動(dòng)作可靠、平穩(wěn)、輸出推進(jìn)力大、維修方便、防火防爆、價(jià)錢較低、廣泛運(yùn)

2、用于化工、煉油消費(fèi)。規(guī)范氣壓信號(hào)：0.02-0.1MPa作用是將輸入的直流電流信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換為位移量。信號(hào)傳送迅速，平安防爆性能較差，在行程受阻或閥桿被軋住時(shí)電機(jī)易受損。.第一節(jié) 氣動(dòng)執(zhí)行器組成：執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指根據(jù)控制器控制信號(hào)產(chǎn)生推力或位移的安裝?？刂茩C(jī)構(gòu)：控制調(diào)理機(jī)構(gòu)是根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出信號(hào)去改動(dòng)能量或物料保送量的安裝，通常指控制閥?，F(xiàn)場有時(shí)就將執(zhí)行器稱為控制閥。輔助安裝：1閥門定位器：利用反響原理來改善執(zhí)行器的性能，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位；2手輪機(jī)構(gòu)：控制器無輸出或執(zhí)行機(jī)構(gòu)失靈時(shí)，直接支配控制閥。.氣動(dòng)執(zhí)行器的構(gòu)造與分類 氣動(dòng)執(zhí)行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)理機(jī)構(gòu)是一致的整體。氣動(dòng)執(zhí)

3、行機(jī)構(gòu)主要分為薄膜式和活塞式。 活塞式薄膜式. 這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出位移與輸入氣壓信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)壓力與彈簧的反作用力平衡時(shí),推桿穩(wěn)定在某一位置,信號(hào)壓力越大,推桿的位移量也越大。(推桿的位移即為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直線輸出位移,也稱行程。) 薄膜式正作用方式: 信號(hào)壓力增大,推桿向下。反作用方式: 信號(hào)壓力增大,推桿向上。按連桿最大位移行程確定規(guī)格：10，16，25，40，60，100mm.傳統(tǒng)型 國產(chǎn)正作用式執(zhí)行機(jī)構(gòu)稱為ZMA型，反作用式執(zhí)行機(jī)構(gòu)稱為ZMB型。較大口徑的控制閥都是采用正作用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。信號(hào)壓力經(jīng)過波紋膜片的上方正作用式或下方反作用式進(jìn)入氣室。.側(cè)裝式氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)增力式執(zhí)行機(jī)構(gòu) 特點(diǎn)：

4、薄膜式膜頭裝在支架的側(cè)面.(2) 活塞式 活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)屬于強(qiáng)力氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其氣缸允許操作壓力高達(dá)0.5MPa，且無彈簧抵消推力，因此輸出推力很大，特別適用于高靜壓、高壓差、大口徑場所。它的輸出特性有兩位式和比例式。兩位式是根據(jù)活塞兩側(cè)的操作壓力的大小而動(dòng)作，活塞由高壓側(cè)推向低壓側(cè)，使推桿從一個(gè)極端位置挪動(dòng)到另一個(gè)極端位置，其行程達(dá)25100mm，適用于雙位控制系統(tǒng)；比例式是指推桿的行程與輸入壓力信號(hào)成比例關(guān)系，必需帶有閥門定位器，它適用于控制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)。 .調(diào)理機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的調(diào)理部分，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力和輸出位移作用下，調(diào)理機(jī)構(gòu)閥芯的運(yùn)動(dòng)，改動(dòng)了閥芯與閥座之間的流通截面積，即改動(dòng)了

5、調(diào)理閥的阻力系數(shù)，使被控介質(zhì)流體的流量發(fā)生相應(yīng)變化。2、控制機(jī)構(gòu)控制機(jī)構(gòu)即控制閥，實(shí)踐上是一個(gè)部分阻力可以改動(dòng)的節(jié)流元件1直通單座控制閥 2直通雙座控制閥3角形控制閥 4三通控制閥5隔膜控制閥 6蝶閥7球閥 8凸輪撓曲閥9籠閥控制閥種類構(gòu)造不同.直通單座調(diào)理閥：閥體內(nèi)只需一個(gè)閥芯和一個(gè)閥座。構(gòu)造簡單、走漏量小甚至可以完全切斷允許壓差小雙導(dǎo)向構(gòu)造的允許壓差較單導(dǎo)向構(gòu)造大。 直通單座調(diào)理閥它適用于要求走漏量小，任務(wù)壓差較小的干凈介質(zhì)的場所。在運(yùn)用中應(yīng)特別留意其允許壓差，防止閥門關(guān)不死。 .直通雙座調(diào)理閥：閥體內(nèi)有兩個(gè)閥芯和閥座 。由于流體對(duì)上、下兩閥芯上的作用力可以相互抵消，因此雙座閥具有允許壓差

6、大上、下兩閥芯不易同時(shí)封鎖，因此走漏量較大的特點(diǎn)。 直通雙座調(diào)理閥它適用于閥兩端壓差較大，走漏量要求不高的干凈介質(zhì)場所，不適用于高粘度和含纖維的場所。 .正作用：閥芯向下，閥桿向下，流通面積減少。反作用：閥芯向上，閥桿向下，流通面積增大。 正反作用.角形調(diào)理閥：閥體為直角形流路簡單、阻力小，適用于高壓差、高粘度、含有懸浮物和顆粒狀物質(zhì)的調(diào)理。角形閥普通運(yùn)用于底進(jìn)側(cè)出，此時(shí)調(diào)理閥穩(wěn)定性好，在高壓差場所下，為了延伸閥芯運(yùn)用壽命，也可采用側(cè)進(jìn)底出。但側(cè)進(jìn)底出在小開度時(shí)易發(fā)生振蕩。角形閥還適用于工藝管道直角形配管的場所。 角形調(diào)理閥.三通調(diào)理閥：閥體有三個(gè)接納口，適用于三個(gè)方向流體的管路控制系統(tǒng)，大多

7、用于熱交換器的溫度調(diào)理、配比調(diào)理和旁路調(diào)理。在運(yùn)用中應(yīng)留意流體溫差不宜過大，通常小于是150，否那么會(huì)使三通閥產(chǎn)生較大應(yīng)力而引起變形，呵斥銜接處走漏或損壞。三通閥有三通合流閥和三通分流閥兩種類型。三通合流閥為介質(zhì)由兩個(gè)輸入口流進(jìn)混合后由一出口流出；三通分流閥為介質(zhì)由一入口流進(jìn)，分為兩個(gè)出口流出。 三通調(diào)理閥.隔膜控制閥：耐腐蝕性強(qiáng)。構(gòu)造簡單，流路阻力小，流量系數(shù)大，無走漏量。隔膜控制閥.蝶閥：蝶閥是經(jīng)過擋板以轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)來控制流體的流量。構(gòu)造緊湊、體積小、本錢低，流通才干大特別適用于低壓差、大口徑、大流量的氣體形或帶有懸浮物流體的場所走漏較大蝶閥通常任務(wù)轉(zhuǎn)角應(yīng)小于70，此時(shí)流量特性與等百分比

8、特性類似多用于開關(guān)閥蝶閥.“O形球閥： 閥芯為一球體閥芯上開有一個(gè)直徑和管道直徑相等的通孔，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)球體旋轉(zhuǎn)，起調(diào)理和切斷作用。該閥構(gòu)造簡單，維修方便，密封可靠，流通才干大流量特性為快開特性，普通用于位式控制。 O形球閥.“V形球閥： 閥芯也為一球體但球體上開孔為V形口，隨著球體的旋轉(zhuǎn)，流通截面積不斷發(fā)生變化，但流通截面的外形一直堅(jiān)持為三角形。該閥構(gòu)造簡單，維修方便，封鎖性能好，流通才干大，可調(diào)比大流量特性近似為等百分比特性，適用于纖維、紙漿及含顆粒的介質(zhì)。 “V形球閥.偏心旋轉(zhuǎn)閥： 轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)閥芯偏心旋轉(zhuǎn)體積小，分量輕，運(yùn)用可靠，維修方便，通用性強(qiáng)，流體阻力小等優(yōu)點(diǎn)，適用于粘度較大的場所，在石

9、灰、泥漿等流體中，具有較好的運(yùn)用性能。偏心旋轉(zhuǎn)閥凸輪撓曲閥.套筒閥： 套筒閥的構(gòu)造比較特殊，閥體與普通的直通單座閥類似，但閥內(nèi)有一個(gè)圓柱形套筒，又稱籠子，利用套筒導(dǎo)向，閥芯可在套筒中上下挪動(dòng)。套筒上開有一定外形的窗口節(jié)流孔，套筒挪動(dòng)時(shí)，就改動(dòng)了節(jié)流孔的面積，從而實(shí)現(xiàn)流量調(diào)理。套筒閥分為單密封和雙密封兩種構(gòu)造，前者類似于直通單座閥，適用于單座閥的場所；后者類似于直通雙座閥，適用于雙座閥的場所。套筒閥具有穩(wěn)定性好、拆裝維修方便等優(yōu)點(diǎn)，因此得到廣泛運(yùn)用，但其價(jià)錢比較貴。套筒閥.閥小結(jié).二、控制閥的流量特性定義：流量特性是指流過閥門的調(diào)理介質(zhì)的相對(duì)流量與閥桿的相對(duì)行程閥門的相對(duì)開度之間的關(guān)系。 數(shù)學(xué)表

10、達(dá)式類型：理想特性、任務(wù)特性改動(dòng)控制閥與閥座間的流通截面積，可控制流量。調(diào)理閥前后壓差的變化，會(huì)引起流量變化。流量特性分為理想流量特性和實(shí)踐流量特性表示控制閥某一開度的流量與全開時(shí)流量之比，稱為相對(duì)流量。表示控制閥某一開度下閥桿行程與全開時(shí)閥桿全行程之比，稱為相對(duì)開度。.調(diào)理閥的固有特性，由閥芯的外形所決議。1-快開特性2-直線特性3-拋物線特性4-等百分比對(duì)數(shù)特性 控制閥的理想流量特性 (P 一定).調(diào)理閥的相對(duì)流量與相對(duì)位移成直線關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù) (1) 直線流量特性 可調(diào)比R反映調(diào)理閥的調(diào)理才干的大小 定義:調(diào)理閥所能調(diào)理的最大流量和最小流量之比 Qmin不是控

11、制閥全關(guān)時(shí)的走漏量，是Qmax的2%-4%.國產(chǎn)控制閥：R=30。.在10%時(shí)，流量的相對(duì)值為：在50%時(shí)，流量的相對(duì)值為：在80%時(shí)，流量的相對(duì)值為：放大系數(shù)K是一個(gè)常數(shù)，不論閥桿原來在什么位置，只需閥桿有一樣的變化，流量的數(shù)值也做一樣的變化。因此在開度較小時(shí)流量相對(duì)變化值大，靈敏度過高，控制造用過強(qiáng)，容易產(chǎn)生振蕩，對(duì)控制不利；在開度較大時(shí)流量相對(duì)變化值小，靈敏度又太小，控制緩慢，減弱了控制造用。不適宜用于負(fù)荷變化大的場所。.單位相對(duì)位移變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系(2) 等百分比流量特性對(duì)數(shù)流量特性對(duì)數(shù)閥的放大系數(shù)K隨著相對(duì)開度添加而添加。在小開度時(shí)控制閥的放大系數(shù)小

12、，控制平穩(wěn)緩和；在大開度時(shí)放大系數(shù)大，控制靈敏。.單位相對(duì)位移的變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量值的平方值的平方根成正比關(guān)系 (3) 拋物線流量特性 .在開度較小時(shí)就有較大的流量，隨著開度的增大，流量很快就到達(dá)最大；以后再添加開度，流量變化很小 有效位移普通為閥座直徑的1/4 適用于迅速啟閉的位式控制或程序控制系統(tǒng) (4) 快開流量特性 上述4種流量特性中：直線和等百分比最常用。快開閥：適用于迅速啟閉的雙位控制系統(tǒng)。.2. 任務(wù)流量特性定義：實(shí)踐上控制閥的前后壓差是變化的，此時(shí)得到的控制閥的相對(duì)流量與相對(duì)開度之間的關(guān)系稱為任務(wù)流量特性。串聯(lián)管道情況串聯(lián)管道控制閥壓差變化配管系數(shù)S：控制

13、閥全開時(shí)，控制閥上壓差p1 與系統(tǒng)總壓差p之比。.S=1時(shí)，系統(tǒng)的總壓差全部降在控制閥上，任務(wù)流量特性就表現(xiàn)為理想流量特性。(2)流量特性畸變0.3S0.6: 以為任務(wù)特性與理想特性一樣。0.3S0.6: S0.3 流量特性畸變很大: 節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)，可以進(jìn)展靜態(tài)非線性補(bǔ)償 在實(shí)踐運(yùn)用中，S選得過大或過小都有不妥之處。S選得過大，在流量一樣情況下，管路阻力損耗不變，但是閥上壓降很大，耗費(fèi)能量過多；S選得過小，那么對(duì)調(diào)理不利。 普通希望S值最小不低于0.3。配管系數(shù)S的選擇：.2并聯(lián)管道的任務(wù)流量特性作用：1方便手動(dòng)操作和維護(hù)2當(dāng)消費(fèi)量提高或控制閥選小時(shí)，可將旁路閥翻開一些.總結(jié)串、并聯(lián)管道串、并聯(lián)管

14、道都會(huì)使閥的理想流量特性發(fā)生畸形，串聯(lián)管道的影響尤為嚴(yán)重。串、并聯(lián)管道都會(huì)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(huì)使控制閥的放大系數(shù)減小，即輸入信號(hào)引起的流量變化值減小。串聯(lián)管道時(shí)控制假設(shè)處于大開度，那么s值降低對(duì)放大系統(tǒng)影響更為嚴(yán)重；并聯(lián)管道刊控制閥處于小開度，那么x值降低對(duì)放大系統(tǒng)影響更為嚴(yán)重。.三、 控制閥的選用 普通包括：控制閥構(gòu)造方式及特性的選擇；氣開式、氣關(guān)式的選擇；控制閥口徑選擇主要根據(jù)是：1 流體性質(zhì) 如流體種類、粘度、腐蝕性、能否含懸浮顆粒2 工藝條件 如溫度、壓力、流量、壓差、走漏量3 過程控制要求 控制系

15、統(tǒng)精度、可調(diào)比、噪音 根據(jù)以上各點(diǎn)進(jìn)展綜合思索，并參照各種調(diào)理機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其適用場所，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性，來選擇滿足工藝要求的調(diào)理機(jī)構(gòu)。.1控制閥構(gòu)造方式及特性的選擇；根據(jù)：工藝條件 調(diào)理介質(zhì)特性例如，當(dāng)控制閥前后壓差較小，要求走漏量也較小的場所應(yīng)選用直通單座閥；當(dāng)控制閥前后壓差較大，并且允許有較大走漏量的場所選用直通雙座閥；當(dāng)介質(zhì)為高粘度，含有懸浮顆粒物時(shí)，為防止粘結(jié)堵塞景象，便于清洗應(yīng)選用角型控制閥。5.6.2 流量特性的選擇通常是指如何合理選擇線性和對(duì)數(shù)流量特性。選擇步驟：(1) 根據(jù)過程特性，選擇閥的任務(wù)特性；(2) 根據(jù)配管情況，從所需的任務(wù)特性出發(fā)，推斷理想流量特性。選擇原那么：使整個(gè)

16、廣義對(duì)象具有線性特征?？刂崎y特性的選取要可以補(bǔ)償廣義對(duì)象特性的非線性性。. 主要從工藝消費(fèi)上平安要求出發(fā)。信號(hào)壓力中斷時(shí)，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(shí)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(diǎn)，氣源中斷時(shí)，閥門能自動(dòng)翻開，保證平安。反之閥處于封鎖時(shí)危害性小，那么應(yīng)選用氣開閥。 選擇要求氣開式調(diào)理閥:有信號(hào)壓力輸入時(shí)閥翻開 無信號(hào)壓力時(shí)閥全關(guān)氣關(guān)式調(diào)理閥:有信號(hào)壓力時(shí)閥封鎖 無信號(hào)壓力時(shí)閥全開2.氣開式與氣關(guān)式的選擇.序號(hào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制閥氣動(dòng)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）表11-1組合方式表圖11-11 組合方式圖.

17、因：供氣中斷時(shí)，應(yīng)使給水閥全開，使得鍋爐不致燒干引起爆炸。故：選氣關(guān)閥。鍋爐汽包水位控制帶控制點(diǎn)的流程圖例：鍋爐汽包水位的控制氣關(guān)閥.例2：加熱爐爐溫的控制因：供氣中斷時(shí)，應(yīng)使燃料閥全關(guān)，停頓供應(yīng)燃料油，不致使加熱爐溫度過高燒壞爐子。故：選氣開閥。加熱爐溫度控制帶控制點(diǎn)的流程圖氣開閥.3、控制閥口徑的選擇緣由：口徑選擇過小，會(huì)使流經(jīng)控制閥的介質(zhì)達(dá)不到所需求的最大流量假設(shè)企圖經(jīng)過開大旁路閥來彌補(bǔ)介質(zhì)流量的不同，會(huì)使閥的流量特性產(chǎn)生畸變；口徑選擇過大，不僅會(huì)浪費(fèi)設(shè)備投資，而且會(huì)使控制閥經(jīng)常處于小開度任務(wù),控制性能變差,容易使控制系統(tǒng)變得不穩(wěn)定根據(jù)：流通才干，用流量系數(shù)KV表示。由于：流量系數(shù)KV直

18、接反映了流體經(jīng)過控制閥的最大才干。流通才干定義：控制閥全開時(shí)，閥前后壓差為100kPa、流體密度為1g/cm2 時(shí)，每小時(shí)流經(jīng)控制閥的流量值m3/h 不可緊縮流體,計(jì)算公式:把上述參數(shù)代入流量方程，即可算出實(shí)踐工況的流經(jīng)閥門的流量 現(xiàn)實(shí)上，這里提出流量系數(shù)的概念，意圖不在流量的計(jì)算上，真正目的是根據(jù)工藝要求如何來選擇一臺(tái)適宜的調(diào)理閥。 .48根據(jù)工藝要求，即流量Q、前后差壓P、介質(zhì)密度，可以用下式來計(jì)算調(diào)理閥的流量系數(shù)，并以此來作為閥門口徑選擇的根據(jù)之一：留意：上式中各參數(shù)的單位 上式只適用于普通的流體如水或者類似流體 流體的種類和性質(zhì)將影響KV的大小，因此對(duì)不同的流體必需思索其對(duì)流量系數(shù)的影響 流體的流動(dòng)形狀也將影響Kv的大小流量系數(shù)的計(jì)算 .5.6.5 安裝運(yùn)用安裝運(yùn)用應(yīng)思索以下幾個(gè)問題P101:(1) 垂直安裝在程度管道上。(2) 環(huán)境溫度要求：-40溫度U2，輸出電壓USC= U1-U2反之，當(dāng)鐵芯下移時(shí)，有U2U1，此時(shí)輸出電壓USC= U2-U1，其相位與上述相反。信號(hào)USC經(jīng)過整流、濾波電路可以得到010mA DC或420m