工业自动化仪表及过程控制(执行器和防爆栅)

自动化仪表及过程控制(7)AutomationInstrumentationsandProcessControlTANGNAN第4章执行器和防爆栅ActuatorandExplosion-proofFence•执行器是自动控制系统中的一个重要的组成部分.它的作用是接收控制器送来的控制信号,产生相应动作来控制被控变量。•执行器按其使用能源形式可分为气动、电动、液动三大类。•气动执行器用压缩空气做为能源，简单、可靠、推力大、防火防爆、价格低廉，•电动执行器的能源取用方便，信号传递迅速。TANGNAN气动执行器TANGNAN气动执行器PneumaticactuatorTANGNAN带阀门定位器的气动调节阀TANGNAN电动执行器ElectricalactuatorTANGNAN调节阀的执行机构气动薄膜阀气动活塞阀TANGNAN正作用薄膜执行机构DirectactingdiaphragmactuatorTANGNAN执行机构的作用型式plpl正作用反作用TANGNAN调节阀的调节机构TANGNAN调节阀的调节机构TANGNAN工业调节阀调节机构的型式结构型式特点直通单座压降低，泄漏量小直通双座压降大，泄漏量大角阀高压降、高粘度、含杂质介质高压阀高压场合蝶阀大流量、低压差、大泄漏量、含杂质隔膜阀腐蚀性介质三通阀分流、合流TANGNAN蝶阀TANGNAN角阀、三通阀TANGNAN常见的直行程阀•阀体•阀芯•阀座•推杆TANGNAN常见的直行程阀•阀体•阀芯•阀座•推杆TANGNAN调节机构作用型式例：直通单座阀Q正作用反作用TANGNAN调节机构作用型式例：直通单座阀正作用反作用QTANGNAN气动调节阀气开气关型式AO:air-to-openAC:air-to-closeTANGNAN气开气关组合方式表序号执行机构调节机构执行器1+/正+/正+/气关2+/正-/反-/气开3-/反+/正-/气开4-/反-反/+/气关TANGNAN控制系统气动执行器AO/AC选择原则：安全－－在事故条件下（如气动阀门气源中断），应尽量使其动作不会引起严重事故。TANGNAN例1：加热炉燃油系统供油阀为防止高温事故，应选气开式TANGNAN例2：工业锅炉汽包水位给水阀在事故条件下需保证有冷水进入汽包，应选气关（闭）式TANGNAN调节阀的流量特性阀芯相对位移和相对流量变化的关系)(maxLlfQQQmax：阀门最大流量L：阀芯最大行程Q：实际流量l：实际行程TANGNAN理想流量特性（固有流量特性）取决于阀芯的形状。不同的阀芯形状在同样行程变化时引起不同的流量变化例：直线阀理想流量特性常数）()()(maxKLldQQdTANGNAN理想流量特性TANGNAN工作流量特性取决于阀芯的形状和配管的状况实际管路系统中其它设备对流量特性的影响串联管道并联管道TANGNAN串联管道工作流量特性TggTgTppQpppQppp,,0,,000p0ΔpgΔpTTANGNAN全开阀阻比0minPPsT由于Δpg的存在，使理想特性变为工作特性TANGNAN管道串联时调节阀的工作特性TANGNAN工程中调节阀口径的确定基本步骤•确定工艺最大流量Qmax•确定最大流量时的阀压降ΔPTmin并计算S值•计算流量系数C•进行必要的修正•查找合适的Cg（保证Cg≥C）•代入Cg验算•由Cg查找相应公称通经Dg和阀座直径Dg产品TANGNAN流通能力（流量系数）CpCQ10•C的物理意义：在阀门全开状态下，Δp=100KPa,ρ=1000kg/m3时的流量(m3/h)。•C直接反映了流体流过阀门的能力，•同样条件下C大的阀门，Q大。TANGNAN调节阀的可调比R（可调范围）minmaxQQR•R指所能控制的最大流量和最小流量之比，它反映了阀门的调节能力。•目前工程上常用的调节阀的理想可调比有30和50两种。TANGNAN直通双座直线阀选型例141510100010010maxpQC已知Qmax=100m3/h，Δp=50KPa，Qmin=20m3/h，s=0.5，介质为水，试确定阀门口径Dg。解：1.2.查表得合适的Cg=160TANGNAN直通双座直线阀选型例11310005010160maxQ3.验算：阀门开度100%时有4.按Cg=160查表得合适的选型口径Dg=100mm且有Q=100,l/L=79%,Q=20,l/L=10%……TANGNAN电气转换器ElectrictoPneumaticConverterTANGNAN电气转换器原理TANGNAN阀门定位器ValuePositionerTANGNAN气动阀控制信号形式TANGNAN电动调节阀TANGNAN电动阀执行机构•直行程调节阀•角行程调节阀•多圈行程调节阀•电磁阀TANGNAN电动阀工作原理框图TANGNAN变频电动阀原理框图TANGNAN防爆与安全TANGNAN防爆栅（安保器、安全栅）TANGNAN安全栅使用连接TANGNAN齐纳型安全栅原理齐纳二极管又称稳压二极管，是一种特殊的面接触型硅晶体二极管。由于它有稳定电压的作用，经常应用在稳压设备和一些电子线路中。TANGNAN隔离型安全栅原理TANGNAN中华人民共和国爆炸危险场所电气安全规程：（节选）2.1爆炸性物质分为三类：Ⅰ类：矿井甲烷；Ⅱ类：爆炸性气体、蒸气；Ⅲ类：爆炸性粉尘、纤维。TANGNAN中华人民共和国爆炸危险场所电气安全规程：（节选）3.2气体爆炸危险场所的区域等级爆炸性气体、可燃蒸气与空气混合形成爆炸性气体混合物的场所，按其危险程度的大小分为三个区域等级。０级区域（简称０区，下同）：在正常情况下，爆炸性气体混合物，连续地、短时间频繁地出现或长时间存在的场所。１级区域（１区）：在正常情况下，爆炸性气体混合物有可能出现的场所。２级区域（２区）：在正常情况下，爆炸性气体混合物不能出现，仅在不正常情况下偶尔短时间出现的场所。TANGNAN气体爆炸危险场所用电气设备防爆类型选型表TANGNAN本安系统本质安全：IntrinsicallySafe:在规定条件下，正常和特定故障下产生的电火花均不会产生点燃规定爆炸混合物的能量。防爆系统＝防爆仪表＋防爆栅本安系统＝本安仪表＋防爆栅TANGNAN爆炸性气体环境用电气设备(GB3836.1-2000)第1部分：通用要求（节选）4．1爆炸性气体环境用电气设备分为：Ⅰ类：煤矿用电气设备；Ⅱ类：除煤矿外的其他爆炸性气体环境用电气设备。4．2Ⅱ类电气设备可以按爆炸性气体的特性进一步分类。4．2．1Ⅱ类隔爆型“d”和本质安全型“i”电气设备又分为ⅡA、ⅡB和ⅡC类TANGNAN爆炸性气体环境用电气设备注:1.这种分类对于隔爆型电气设备按最大试验安全间隙（MESG）、对于本质安全型电气设备按最小引燃电流（MIC）划分；2.标志ⅡB的设备可适用于ⅡA设备的使用条件，标志ⅡC的设备可适用于ⅡA及ⅡB设备的使用条件。4．2．2所有防爆型式的Ⅱ类电气设备分为T1~T6组，并按5.1.2标出与最高表面温度有关的标志。TANGNAN防爆仪表分级级别最大安全间隙（MESG)mm最小点燃电流比（MICR)IIAIIBIIC≥0.90.9and0.5≥0.50.8≤0.8and≥0.450.45TANGNAN防爆仪表分组温度组别允许最高表面温度℃T1T2T3T4T5T645030020013510085TANGNAN防爆仪表的防爆标志1.防爆仪表的防爆标志为：Ex2.防爆仪表的防爆等级标志顺序为：防爆形式，类别，级别，组别例：iaIICT5：本安C级T5组dIIBT3：隔爆B级T3组TANGNAN隔离式防爆栅应用检测端/执行端防爆栅例：执行端隔离示意图TANGNAN现场电气防爆措施TANGNAN现场电气防爆措施TANGNAN第4章执行器和防爆栅练习：控制阀的工作流量特性与下列哪几项有关？（A）阀门的流量系数；（B）阀芯的形状；（C）阀门的口径；（D）阀门两端的配管情况。TANGNAN第4章执行器和防爆栅练习：控制阀的工作流量特性与下列哪几项有关？（A）阀门的流量系数；（B）阀芯的形状；（C）阀门的口径；（D）阀门两端的配管情况。答：B,DTANGNAN第4章执行器和防爆栅练习：调节阀串联管路中，管路中其它阻力件的阻力增加会导致全开阀阻比s发生什么变化？（A）增加；（B）减少；（C）＝1；（D）不变。TANGNAN第4章执行器和防爆栅练习：调节阀串联管路中，管路中其它阻力件的阻力增加会导致全开阀阻比s发生什么变化？（A）增加；（B）减少；（C）＝1；（D）不变。答：b0minPPsTTANGNAN第4章执行器和防爆栅练习：图为贮罐液位控制系统，为安全起见，贮罐内液体严禁溢出。当选择流出量Q为操纵变量时，其控制阀和控制器分别应如何选择作用方向？（A）气关式、正作用（B）气开式、正作用（C）气关式、反作用（D）气开式、反作用TANGNAN第4章执行器和防爆栅练习：图为贮罐液位控制系统，为安全起见，贮罐内液体严禁溢出。当选择流出量Q为操纵变量时，其控制阀和控制器分别应如何选择作用方向？（A）气关式、正作用（B）气开式、正作用（C）气关式、反作用（D）气开式、反作用答：（C）TANGNAN第4章执行器和防爆栅题解：在系统中，贮罐是被控对象，流出量是操纵变量，贮槽液位高度是被控变量。①当操纵变量流出量增加时，被控变量液位高度下降，因此对象是反作用（-）。②从工艺安全条件出发，为避免当控制信号中断时，控制阀全关而导致液体溢出，执行器应选气关式，即反作用（-）。③为保证系统负反馈，使各环节符号乘积为“负”，控制器须选用反作用（-）。才能当液位上升时，控制器的输出减小，开大输出阀门，使液位降下来。TANGNAN第4章执行器和防爆栅小结：•熟炼掌握气动调节阀的基本结构、原理及其应用。•熟悉调节器流量特性的概念。•掌握气动执行器气开/气关的形式及其选择原则。•了解电动执行器及电气转换器的基本原理。•简单了解工业控制系统防爆的基本概念。TANGNAN第4章执行器和防爆栅作业：P194:4-3,4-4