6执行器

第六章执行器§6.1气动执行器§6.2电动执行器§6.3电-气转换器及电-气阀门定位器§6.4数字阀与智能控制阀气动薄膜直通单座阀气动薄膜直通双座阀气动蝶阀气动球阀气动切断阀电动直通单座阀电动隔膜阀电动三通阀气动薄膜角形阀电磁阀手动截止阀执行器在自控系统中的作用执行器在自控系统中的作用执行器是指：阀门－控制阀(连续的)、开关阀(过程控制范畴)电机－连续的、开关的(属于流体机械的范畴，起执行器的作用)执行器是控制系统必不可少的环节。执行器工作，使用条件恶劣，它也是控制系统最薄弱的环节原因：执行器与介质（操作变量）直接接触(强)腐蚀性、(高)粘度、(易)结晶、高温、深冷、高压、高差压执行器在自控系统中的作用：接收控制器（计算机）输出的控制信号，使控制阀的开度产生相应变化，从而达到控制操作变量流量的目的。执行器通常执行器通常专指阀门专指阀门执行器的构成执行器的构成气动薄膜控制阀的外形和内部结构1－薄膜2－平衡弹簧3－阀杆4－阀芯5－阀体6－阀座PO气动执行机构控制机构123456执行器由执行器由执行机构执行机构和和控制机构控制机构两个部分构成两个部分构成辅助装置：阀门定位器和手动操作机构执行机构执行机构控制机构控制机构PPOOIIOOFF→→llMM→→θθ流通截面积流通截面积操纵变量的流量操纵变量的流量执行机构执行机构——根据控制信号产生推力(薄膜、活塞、马达…)。它是执行器的推动装置，它按控制信号的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号的大小转换为阀杆位移的装置控制机构控制机构——根据推力产生位移或转角，改变开度。它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手操机构手操机构——手轮机构的作用是当控制系统因停电、停气、控制器无输出或执行机构失灵时，利用它可以直接操纵控制阀，以维持生产的正常进行。气动执行器气动执行器分类分类－－－－按使用的能源形式：按使用的能源形式：电动执行器电动执行器液动执行器液动执行器气动阀气动阀电动阀电动阀在过程控制领域应用很少按阀门的输出：按阀门的输出：连续式连续式(0(0～～100100％％))开关式开关式(ON/OFF)(ON/OFF)控制阀控制阀气动控制阀采用气动执行机构优点：结构简单、动作可靠稳定、输出力大、安装维修方便、价格便宜和防火防爆缺点：响应时间大，信号不适于远传采用电/气转换器或电/气阀门定位器，使传送信号为电信号，现场操作为气动信号气动控制阀气动控制阀电信号气信号电动控制阀电动控制阀电动控制阀采用电动执行机构优点：动作较快、能源获取方便，特别适于远距离的信号传送缺点：输出力较小、价格贵，且一般只适用于防爆要求不高的场合反作用：当输入信号增大时，流过执行器的流量减小气动控制阀通常称为气关阀正作用：当输入信号增大时，执行器的开度增大，即流过执行器的流量增大气动控制阀通常称为气开阀执行器的作用方式执行器的作用方式从安全生产的角度来确定正反作用H如果，介质是由强腐蚀性的，再生产过程中不允许溢出，控制阀的作用形式？如果后面的环节不允许没有物料，控制阀的作用形式？„执行机构…执行器的推动装置。„薄膜执行机构：气压推动薄膜并带动连杆运动。„活塞执行机构：气压推动活塞并带动连杆运动。„控制机构…直接作用于对象，并使对象的运动发生改变的装置。气气§6.1气动执行器气动执行机构主要分为两大类：薄膜式与活塞式薄膜式与活塞式执行机构又可分为：有弹簧和无弹簧两种一、气动执行机构一、气动执行机构„输入信号…空气压力：0.02~0.1MPa„输出：…按连杆最大位移——行程确定规格：„10，16，25，40，60，100mm„气动弹簧执行机构…在薄膜或活塞上增加弹簧，使其行程与气压成正比——常用于连续变化量的控制。…无薄膜气动执行机构，常用于开关方式控制。气源PO气动薄膜式执行机构基本结构和工作原理气动薄膜式执行机构基本结构和工作原理气源PO气动执行机构的动态特性为一阶滞后环节。其时间常数的大小与薄膜气室大小及引压导管长短粗细有关，一般为数秒到数十秒之间。气动活塞式执行机构基本结构和工作原理气动活塞式执行机构基本结构和工作原理基本部件：活塞和气缸活塞在气缸内随活塞两侧压差而移动两侧可以分别输入一个固定信号和一个变动信号，或两侧都输入变动信号。它的输出特性有比例式及两位式两种。两位式是根据输入执行活塞两侧的操作压力的大小，活塞从高压侧推向低压侧，使推杆从一个位置移到另一极端位置比例式是在两位式基础上加有阀门定位器后，使推杆位移与信号压力成比例关系。P1P2控制机构是执行器的控制部分，在执行机构的输出力和输出位移作用下，控制机构阀芯的运动，改变了阀芯与阀座之间的流通截面积，即改变了控制阀的阻力系数，使被控介质流体的流量发生相应变化。二、控制机构二、控制机构控制机构的作用与分类„作用：直接作用于对象，并使对象的运动（如流量）发生变化。„由于被控对象千差万别，控制机构的形式也各不相同，如控制阀、调压变压器、变速器、振动给料机等等。„化工系统中最常用的控制机构为各种形式的控制阀。插板阀、浆液阀单座、双座控制阀隔膜控制阀蝶阀球阀旋转阀套筒阀1—执行机构2—阀杆3—阀芯4—阀座5—阀体6—转轴7—阀板主要构成：阀体、阀座、阀心、和阀杆或转轴控制机构的结构和特点控制机构的结构和特点单导向结构单导向结构直通单座控制阀：直通单座控制阀：1.阀体内只有一个阀芯和一个阀座。2.结构简单、泄漏量小（甚至可以完全切断）。3.允许压差小（双导向结构的允许压差较单导向结构大）。常用控制阀结构示意图及特点常用控制阀结构示意图及特点————直通单座控制阀直通单座控制阀双导向结构双导向结构它适用于要求泄漏量小，工作压差较小的干净介质的场合。在应用中应特别注意其允许压差，防止阀门关不死。直通双座控制阀：直通双座控制阀：1.阀体内有两个阀芯和阀座。2.因为流体对上、下两阀芯上的作用力可以相互抵消，因此双座阀具有允许压差大。3.上、下两阀芯不易同时关闭，因此泄漏量较大的特点。常用控制阀结构示意图及特点常用控制阀结构示意图及特点————直通双座控制阀直通双座控制阀均为双导向结构均为双导向结构它适用于阀两端压差较大，泄漏量要求不高的干净介质场合，不适用于高粘度和含纤维的场合。角形控制阀：角形控制阀：1.阀体为直角形2.流路简单、阻力小，适用于高压差、高粘度、含有悬浮物和颗粒状物质的控制。3.角形阀一般使用于底进侧出，此时控制阀稳定性好。4.在高压差场合下，为了延长阀芯使用寿命，也可采用侧进底出。但侧进底出在小开度时易发生振荡。5.角形阀还适用于工艺管道直角形配管的场合。常用控制阀结构示意图及特点常用控制阀结构示意图及特点————角形控制阀角形控制阀分流三通控制阀分流三通控制阀三通控制阀：三通控制阀：1.阀体有三个接管口，适用于三个方向流体的管路控制系统，大多用于热交换器的温度控制、配比控制和旁路控制。2.在使用中应注意流体温差不宜过大，通常小于是150℃，否则会使三通阀产生较大应力而引起变形，造成连接处泄漏或损坏。3.三通阀有三通合流阀和三通分流阀两种类型。三通合流阀为介质由两个输入口流进混合后由一出口流出；三通分流阀为介质由一入口流进，分为两个出口流出。常用控制阀结构示意图及特点常用控制阀结构示意图及特点————三通控制阀三通控制阀合流三通控制阀合流三通控制阀蝶阀：蝶阀：1.蝶阀是通过挡板以转轴为中心旋转来控制流体的流量。2.结构紧凑、体积小、成本低，流通能力大3.特别适用于低压差、大口径、大流量的气体形或带有悬浮物流体的场合4.泄漏较大5.蝶阀通常工作转角应小于70℃，此时流量特性与等百分比特性相似6.多用于开关阀常用控制阀结构示意图及特点常用控制阀结构示意图及特点————蝶阀蝶阀蝶阀蝶阀笼式阀（套筒阀）：笼式阀（套筒阀）：1.套筒阀的结构比较特殊，阀体与一般的直通单座阀相似，但阀内有一个圆柱形套筒，又称笼子，利用套筒导向，阀芯可在套筒中上下移动。2.套筒上开有一定形状的窗口（节流孔），套筒移动时，就改变了节流孔的面积，从而实现流量控制。3.套筒阀分为单密封和双密封两种结构，前者类似于直通单座阀，适用于单座阀的场合；后者类似于直通双座阀，适用于双座阀的场合。4.套筒阀具有稳定性好、拆装维修方便等优点，因而得到广泛应用，但其价格比较贵。常用控制阀结构示意图及特点常用控制阀结构示意图及特点————笼式阀（套筒阀）笼式阀（套筒阀）套筒阀套筒阀凸扰曲轮阀（凸扰曲轮阀（偏心旋转阀）：偏心旋转阀）：1.转轴带动阀芯偏心旋转2.体积小，重量轻，使用可靠，维修方便，通用性强，流体阻力小等优点，适用于粘度较大的场合，在石灰、泥浆等流体中，具有较好的使用性能。常用控制阀结构示意图及特点常用控制阀结构示意图及特点————凸扰曲轮阀（偏心旋转阀）凸扰曲轮阀（偏心旋转阀）偏心旋转阀偏心旋转阀““OO””形球阀：形球阀：1.阀芯为一球体。2.阀芯上开有一个直径和管道直径相等的通孔，转轴带动球体旋转，起控制和切断作用。3.该阀结构简单，维修方便，密封可靠，流通能力大。4.流量特性为快开特性，一般用于位式控制。常用控制阀结构示意图及特点常用控制阀结构示意图及特点————““OO””形球阀形球阀““OO””形球阀形球阀““VV””形球阀：形球阀：1.阀芯也为一球体。2.但球体上开孔为V形口，随着球体的旋转，流通截面积不断发生变化，但流通截面的形状始终保持为三角形。3.该阀结构简单，维修方便，关闭性能好，流通能力大，可调比大。4.流量特性近似为等百分比特性，适用于纤维、纸浆及含颗粒的介质。常用控制阀结构示意图及特点常用控制阀结构示意图及特点————““VV””形球阀形球阀““VV””形球阀形球阀孔板流量计的公式？？Q=αεA122()PP−ρ1210PPKQρ−=控制阀的流量方程依据的原理：伯努利方程（能量守恒）3123//QmhPPkPagcmρ−−−−−−、三、控制阀的流量特性三、控制阀的流量特性流量系数是反映控制阀口径大小的一个重要参数。流量系数KV的定义:在控制阀前后压差为100KPa，流体密度为1g/cm3（即5～40℃的水）的条件下，控制阀全开时，每小时通过阀门的流体量（m3）1.1.控制阀的流量系数控制阀的流量系数1210PPKQρ−=把上述参数代入流量方程，即可算出实际工况的流经阀门的流量事实上，这里提出流量系数的概念，用意不在流量的计算上，真正目的是根据工艺要求如何来选择一台合适的控制阀。根据工艺要求，即流量Q、前后差压△P、介质密度ρ，可以用下式来计算控制阀的流量系数，并以此来作为阀门口径选择的依据之一：PQKΔ=ρ10注意：上式中各参数的单位；上式只适用于一般的流体（如水或者类似流体）；流体的种类和性质将影响KV的大小，因此对不同的流体必须考虑其对流量系数的影响；流体的流动状态也将影响K的大小。流量系数的计算流量系数的计算可调比R反映控制阀的控制能力的大小定义:控制阀所能控制的最大流量和最小流量之比minmaxQQR=控制阀前后压差的变化，会引起可调比变化，将可调比分为理想可调比和实际可调比。2.2.控制阀的可调比控制阀的可调比minmaxQQR=理想可调比由结构设计决定，通常R=30或50maxminPKPKρρΔ=ΔminmaxKK=(1)(1)理想可调比理想可调比R(R(ΔΔPP一定一定))①串联管道时的可调比minmaxmaxmin()rPKRPKρρΔ=Δ流量最大时阀门上的压降最小设SPPSΔΔ=minRS=(2)(2)实际可调比实际可调比RrRr((ΔΔPP变化变化))minminmaxSPPRRPPΔΔ=≈ΔΔ②并联管道时的可调比1max2max1min21min2rQQQRQQQQ+==++1maxmaxQxQ=χχχ)1()1(maxmaxmax−−=⋅−+=RRRQRQQRrR＞＞12max11QQRr=−=χ设2max1maxQQQ=−max(1)xQ=−1min1max/QQR=控制阀流量特性：介质流过控制阀的相对流量与相对位移（即阀的相对开度）之间的关系。)(