第5章执行器

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对执行器的初步认识1.概述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、和阀杆或转轴调节机构的结构和特点“O”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，起调节和切断作用。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。常用调节阀结构示意图及特点——“O”形球阀“O”形球阀“V”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。常用调节阀结构示意图及特点——“V”形球阀“V”形球阀孔板流量计的公式Q5.2流量系数和流量特性A122()PP1210PPKQ调节阀的流量方程依据的原理：伯努利方程（能量守恒）3123//QmhPPkPagcm、流量系数是反映调节阀口径大小的一个重要参数流量系数KV的定义:在调节阀前后压差为100KPa，流体密度为1g/cm3（即5～40℃的水）的条件下，调节阀全开时，每小时通过阀门的流体量（m3）5.2.1调节阀的流量系数1210PPKQ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调节阀。根据工艺要求，即流量Q、前后差压△P、介质密度ρ，可以用下式来计算调节阀的流量系数，并以此来作为阀门口径选择的依据之一：PQK10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可调比R反映调节阀的调节能力的大小定义:调节阀所能调节的最大流量和最小流量之比minmaxQQR调节阀前后压差的变化，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。5.2.2调节阀的可调比minmaxQQR理想可调比由结构设计决定，通常R=30或50maxminPKPKminmaxKK(1)理想可调比R(ΔP一定)①串联管道时的可调比minmaxmaxmin()rPKRPK流量最大时阀门上的压降最小设SPPSminRS(2)实际可调比Rr(ΔP变化)minminmaxSPPRRPP②并联管道时的可调比1max2max1min21min2rQQQRQQQQ1maxmaxQxQ)1()1(maxmaxmaxRRRQRQQRrR＞＞12max11QQRr设2max1maxQQQmax(1)xQ1min1max/QQR供参考调节阀流量特性：介质流过调节阀的相对流量与相对位移（即阀的相对开度）之间的关系)(maxLlfQQ调节阀前后压差的变化，会引起流量变化。流量特性分为理想流量特性和实际流量特性5.2.3.调节阀的流量特性最大流量最大位移实际位移实际流量调节阀的固有特性，由阀芯的形状所决定。1-快开特性2-直线特性3-抛物线特性4-等百分比（对数）特性①理想流量特性(ΔP一定)kLldQQd)()(maxLlRRQQ)1(11max特点：a.放大系数是常数调节阀的相对流量与相对位移成直线关系，即单位位移变化所引起的流量变化是常数LlRR)11(1b.Q↑流量相对变化值↓(1)直线流量特性maxmax)()(QQkLldQQd特点：a.Q↑放大系数↑单位相对位移变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系b.流量相对变化值是常数(2)等百分比流量特性（对数流量特性）(1)maxlLQRQ单位相对位移的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量值的平方值的平方根成正比关系21maxmax)()()(QQkLldQQd2max])1(1[1LlRRQQ(3)抛物线流量特性为了弥补直线特性在小开度时调节性能差的缺点，在抛物线特性基础上派生出一种修正抛物线特性，它在相对位移30%及相对流量变20%这段区间内为抛物线关系，而在此以上的范围是线性关系。在开度较小时就有较大的流量，随着开度的增大，流量很快就达到最大；此后再增加开度，流量变化很小有效位移一般为阀座直径的1/4适用于迅速启闭的位式控制或程序控制系统(4)快开流量特性上述4种流量特性中：直线和等百分比最常用。(1)串联管道时*流量特性发生畸变直线特性→快开特性等百分比特性→直线特性*可调比减小②工作流量特性(ΔP变化)(2)并联管道时的工作流量特性通常一般X值不能低于0.8，即旁路流量只能为总流量的百分数之十几。可调比将大大下降供参考执行器的选用是否得当，将直接影响控制系统的控制质量、安全性和可靠性执行器的选择，主要是从以下三方面考虑：1.调节阀的结构形式；2.调节阀的流量特性；3.调节阀的口径。5.3执行器的选择计算执行机构的选择5.3.1执行器结构形式的选择比较项目气动薄膜执行机构电动执行机构可靠性高（简单、可靠）较低驱动能源需另设气源简单方便价格低高输出力大小刚度小大防爆好差工作环境大（－40～＋80℃）小（－10～＋55℃）可以根据实际使用要求，综合考虑确定选择执行机构时，还必须考虑执行机构的输出力（力矩）应大于它所受到的负荷力（力矩）负荷力（力矩）包括流体对阀芯产生的作用力（不平衡力）或作用力矩（不平衡力矩）阀杆的摩擦力、重量以及压缩弹簧的预紧力对于气动薄膜执行机构:工作压差小于最大允许压差但当所用调节阀的口径较大或压差较高时，执行机构要求有更大的输出力，此时可考虑用活塞式执行机构，也可选用薄膜执行机构再配上阀门定位器。(1)执行机构的选择气开式调节阀:有信号压力输入时阀打开无信号压力时阀全关气关式调节阀:有信号压力时阀关闭无信号压力时阀全开气开气关的选择考虑原则是：信号压力中断时，应保证设备和操作人员的发全，如阀门处于打开位置时危害性小，则应选用气关式；反之，则用气开式。确定整个调节阀的作用方式主要依据是：（1）流体性质如流体种类、粘度、腐蚀性、是否含悬浮颗粒（2）工艺条件如温度、压力、流量、压差、泄漏量（3）过程控制要求控制系统精度、可调比、噪音根据以上各点进行综合考虑，并参照各种调节机构的特点及其适用场合，同时兼顾经济性，来选择满足工艺要求的调节机构。(2)调节机构的选择实际上是指如何选择直线特性和等百分比特性经验准则:适当地选择调节阀的特性，以阀的放大系数的变化来补偿控制对象放大系数的变化，使控制系统总的放大系数保持不变或近似不变（1）考虑系统的控制品质5.3.2.执行器流量特性的选择调节阀在串联管道时的工作流量特性与S值的大小有关，即与工艺配管情况有关。因此，在选择其特性时，还必须考虑工艺配管情况。（2）考虑工艺管道情况1.根据系统的特点选择所需要的工作流量特性2.考虑工艺配管情况确定相应的理想流量特性P182表5-5具体做法:直线特性调节阀在小开度时流量相对变化值大，控制过于灵敏，易引起振荡，且阀芯、阀座也易受到破坏，因此在S值小、负荷变化大的场合，不宜采用。等百分比特性调节阀的放大系数随调节阀行程增加而增大，流量相对变化值是恒定不变的，因此它对负荷变化有较强的适应性。（3）考虑负荷变化情况结论：常用的调节阀流量特性为“线性”和“等百分比”在设计过程中，当流量特性难以确定时，优先选用“等百分比”特性，它的适应性更强。首先必须要合理确定调节阀流量和压差的数据。通常把代入计算公式中的流量和压差分别称为计算流量和计算压差。而在根据计算所得到的流量系数选择调节阀口径之后，还应对所选调节阀开度和可调节比进行验算，以保证所选调节阀的口径能满足控制要求。PQK10——依据流量系数5.3.3.调节阀的口径选择就是根据工艺参数计算出K，然后根据K选取一个Kv值差不多的调节阀。最大计算流量是指通过调节阀的最大流量，其值应根据工艺设备的生产能力、对象负荷的变化、操作条件变化以及系统的控制质量等因素综合考虑，合理确定。避免两种倾向：过多考虑余量只考虑眼前生产选择调节阀口径的步骤（1）确定计算流量计算压差是指最大流量时调节阀上的压差，即调节阀全开时的压差（2）确定计算压差确定计算压差时必须兼顾调节性能和动力消耗两方面，即应合理选定S值。2)在最大流量的条件下，分别计算系统内调节阀之外的各项局部阻力所引起的压力损失，再求出它们的总和△PF。3)选取S值S值一般希望不小于0.3，常选5.0~3.0S4)求取调节阀计算压差△PVVVFPSPP计算压差确定步骤如下：1)选择调节阀前后最近的压力基本稳定的两个设备作为系统的计算范围。SPSPFV1根据已求得的Kmax，在所选用的产品型式的标准系列中，选取大于Kmax并与其最接近的那一挡Kv值（P.169,表6-3)根据已决定的计算流量和计算压差，求得最大流量时的流量系数Kmax（3）计算流量系数Kmax（4）选取流量系数KVPQK10最大计算流量时的开度不大于90%最小计算流量时的开度不小于10%%100]03.011003.1[22iVQPKSSk%100]1110lg48.11[22iVQPKSSk直线特性调节阀等百分比特性的调节阀（5）验算调节阀开度（6）验算调节阀实际可调比minmaxQQRrSRRr须满足根据值决定调节阀的公称直径Dg和阀座直径dg（7）确定调节阀口径（P.169表6-3)6电气转换器/阀门定位器电气转换器电气阀门定位器压缩空气过滤器阀门定位器将控制信号（I0或PO），成比例地转换成气压信号输出至执行机构，使阀杆产生位移可见，阀门定位器与气动执行机构构成一个负反馈系统（各参数的名称?如被控变量等)阀杆位移量通过机械机构反馈到阀门定位器，当位移反馈信号与输入的控制信号相平衡时，阀杆停止动作，调节阀的开度与控制信号相对应。阀门定位器可以采用更高的气源压力，从而可增大执行机构的输出力在什么情况下需要使用阀门定位器？答：大口径阀门，或者要求由较大输出力的阀门等（小口径阀门一般较少使用）阀门定位器与执行机构安装在一起，因而可减少调节信号的传输滞后。此外，阀门定位器还可以接受不同范围的输入信号，因此采用阀门定位器还可实现分程控制。按结构形式，阀门定位器可以分为:电/气阀门定位器气动阀门定位器智能式阀门定位器。电／气阀门定位器电／气阀门定位器作用：1.将4～20mA或0～10mA转换为气信号，用以控制气动调节阀2.它还能够起到阀门定位的作用当输入IO→对主杠杆2产生向左的力F1→主杠杆绕支点反时针偏转→挡板13靠近喷嘴15→Pa↑→使阀杆向下移动→并带动反馈杆9绕支点4偏转→凸轮5也跟着逆时针偏转→从而使反馈弹簧11拉伸→最终使阀门定位器达到平衡状态。此时，一定的信号压力就对应于一定的阀杆位移，即对应于一定的阀门开度。Pa特性KiIoFiliMiK1PaK2LKfFflfMf＋－KiIoFiliMiK1PaK2LKfFflfMf＋－120121iiffKKLKlIKKKl121ffKKKliiffKlKl阀杆位移和输入信号之间的关系取决于转换系数Ki、力臂长度li以及反馈部分的反馈系数Kf，而与执行机构的时间常数和放大系数，即执行机构的膜片有效面积和弹簧刚度无关，因此阀门定位器能消除执行机构膜片有效面积和弹簧刚度变化的影响，提高执行机构的线性度，实现准确定位。气动阀门定位器原理与前者完全相同气动力矩平衡式阀门定位器要将正作用改装成反作用，只要把波纹管的位置从主杠杆的右侧调到左侧即可。智能式阀门定位器原理和前面两种阀门定位器很相似智能式阀门定位器以CPU为核心，具有许多模拟式阀门定位器无法比