《过程执行仪表》PPT课件.ppt

1 课程小结 过程执行仪表 了解执行器的基本组成 掌握气动执行器的气开 气关概念 理解控制阀的流量系数 可调比和流量特性的概念 了解电气转化器 阀门定位器的作用 2 第5章过程执行仪表 5 1概述过程执行仪表 简称执行器 执行器是自动控制系统的终端执行部件 其作用是接受控制器送来的控制信号 并根据信号的大小直接改变操纵量 从而达到对被控变量进行控制的目的 在连续生产过程中 使用最多的执行器就是各种调节阀 3 执行器由执行机构和调节机构组成 执行机构 是执行器的推动装置 根据控制信号的大小 产生相应的推力或扭矩 从而使调节机构产生相应的开度变化 调节机构 是执行器的调节部件 直接与被控介质接触 当其开度发生变化时 被控介质流量将被改变 从而实现自动控制 4 执行器的分类 执行器按其所使用的能源 可分为 气动执行器 电动执行器 液动执行器 在实际应用中 使用最多的是气动执行器 其次是电动执行器 最少的是液动执行器 气动执行器是以压缩空气为能源的执行器 使用最多的是气动薄膜执行器 如图所示 5 这类执行器具有结构简单 动作可靠 安装方便及本质防爆等特点 而且价格较为便宜 气动薄膜执行器由气动薄膜执行机构和调节机构两部分构成 6 电动执行器是以电为能源的执行器 与气动执行器比较 具有能源取用方便 信号传输速度快 传递距离远 灵敏度及精度高等特点 结构复杂 不易于维护 防爆性能不如气动执行器 液动执行器是以加压液体为能源的执行器 使用较少 7 5 2执行机构 一 气动执行机构 气动执行机构分类 薄膜式执行机构活塞式执行机构长行程执行机构滚筒膜片式执行机构 8 1 薄膜执行机构 执行机构按动作方式可分为正作用和反作用 输入信号增大 阀杆下移 为正作用阀 输入信号增大 阀杆上移 为反作用阀 9 输入信号增大 阀杆下移 为正作用阀 输入信号增大 阀杆上移 为反作用阀 10 气动薄膜调节阀输入与输出关系表示为 薄膜执行机构工作原理 工作原理 行程与输入气压信号成正比 11 2 活塞式执行机构 活塞式执行机构的最大操作压力可达500kPa 因此具有较大的推力 主要做大口径 高静压 高压差阀和蝶阀等的推动装置 活塞式执行机构的结构如图所示 12 活塞式执行机构正作用反作用 13 二 电动执行机构 电动执行机构按其输出形式可分为角行程和直行程执行机构两大类 角行程将控制信号转换为输出轴的转角输出 直行程将控制信号转换为输出轴的直线位移输出 14 角行程电动执行机构原理 电动执行机构由伺服放大器和执行机构两部分组成 执行机构又包括两相伺服电动机 减速器和位置发送器 15 5 3调节机构 调节机构 也称作阀组件 简称为阀 是一个局部阻力可以改变的节流部件 调节机构是按照节流原理来工作的 阀 16 阀的流量特性方程可表示为 调节流量原理 当阀结构确定 接管截面积也一定 并假设阀前后压差 p1 p2 不变时 流过阀的流量Q仅随阻力系数变化 阀芯与阀座之间的流通截面积发生变化 改变了阀的阻力系数 当阀开度增大时 阻力系数减小 流量Q增大 当阀开度减小时 阻力系数增大 流量Q减小 17 1 直通双座阀 阀体内有两个阀芯和两个阀座 18 阀芯可以正装或者反装 如图所示 正装 阀芯下移 流通面积减小 反装 阀芯下移 流通面积增大 19 气开 是指随着执行器输入信号的增大 阀的流通截面积也增大 气关 是指随着执行器输入信号的增大 阀的流通截面积减小 利用执行机构的正 反作用和调节机构阀芯的正 反装来实现执行器的气开或气关 有四种组合方式 如图所示 气开 气关概念 20 四种组合 气关式 气关式 气开式 气开式 反装阀 反装阀 正装阀 正装阀 P入 P入 P入 P入 Q Q Q Q 21 2 直通单座阀 只有一个阀芯和一个阀座 其他结构与直通双座阀相似 22 3 其他结构形式的调节机构 23 二 流量系数 流量系数的定义 在给定行程下 阀前后压差为100kPa 流体的密度为1000kg m3的条件下 每小时流经阀的流体流量数 通常用Kv来表示 在工程中 常以阀全开时的最大流量系数Kmax来表示Kv值 称为额定流量系数 例 阀标注的Kv为20 则表示阀全开且阀前后压差为100kPa时 每小时能通过的纯水量为 20m3 24 在实际应用时 A的单位通常取cm2 p1 p2的单位取kPa Q的单位为m3 h 其它不变 流量方程与流量系数的关系 25 可调比 指阀所能控制的最大流量与最小流量之比 通常 可调比用R表示 即 三 可调比 26 1 理想可调比 阀前后压差不变时 理性可调比等于最大流量系数与最小流量系数之比 统一设计时 R 30 27 2 实际可调比 阀在实际使用时常与管道串联或者与旁路系统并联 压差变化 此时的可调比称为实际可调比 用Rr表示 串联管道系统可调比并联管道系统可调比 28 对于串联管道系统可调比 p1min 阀在最大开度时的阀前后压差 p1max 阀在最小开度时的阀前后压差 29 S为阀全开时 阀前后压差与系统总压差之比 所以 结论 随着S的减小 实际可调比将减小 阀的控制能力将下降 阀在最小开度时的阀前后压差 p1max 约等于总压差 p 令 30 对于并联管道系统可调比 Q1max Q1min 阀能控制的最大 最小流量 Q2 旁路流量 总管最大流量Qmax 31 x为控制阀全开时 流经阀的最大流量与总管流量之比 结论 随着x的减小 实际可调比将大大减小 阀的控制能力将下降 令 32 四 流量特性 阀的流量特性 是指介质流过阀的相对流量与阀芯相对位移之间的关系 即 33 1 理想流量特性理想流量特性 阀前后压差不变时的流量特性 称为理想流量特性 理想流量特性主要有直线 等百分比 对数 抛物线和快开四种 K 阀的放大系数 n 常数 流量特性不同 n取值不同 34 1 直线流量特性 n 0 直流流量特性指阀的相对流量与阀芯相对位移成直线关系 即 对上式积分 代入边界条件 l 0时 Q Qmin l L时 Q Qmax R Qmax Qmin 则可得 35 上式表明Q Qmax与l L呈直线关系 故称为直线流量特性 特性曲线如下图中 所示 36 直线阀特点 线性阀的放大系数不变 线性阀在小开度时 灵敏度高 调节作用强 易产生振荡 在大开度时 灵敏度低 调节作用弱 调节缓慢 37 对数流量特性 n 1 等百分比流量特性 是指阀的单位相对位移变化引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比 即 对上式积分 代入边界条件 l 0时 Q Qmin l L时 Q Qmax R Qmax Qmin 则可得 38 上式表明Q Qmax与l L之间为对数关系 故也称为对数流量特性 特性曲线如图中2所示 39 对数阀的特点 等百分比阀在小开度时 阀的放大系数小 调节平稳 在大开度时 放大系数大 调节灵敏 相同位移变化所引起的流量变化百分比总是相等的 因此 这种阀的调节精度在全行程范围内是不变的 40 2 工作流量特性工作流量特性 阀前后压差变化时的流量特性 称为工作流量特性 在实际工作中 阀是安装在工艺管道系统中的 阀前后压差通常是变化的 有时安装要求有旁路阀 这就会影响到调节阀所能控制的总流量 在这种情况下 阀相对位移与相对流量之间的关系称为工作流量特性 41 1 串联管道的工作流量特性 定义 s为阀全开时阀前后压差与系统总压差之比 S p1min p 42 s值不同时流量特性如图所示 串联管道将使阀的流量特性发生畸变 s值越小 情况越严重 实际s值不能太小 要求s值不低于0 3 s值减小 43 2 并联管道工作流量特性 定义 x为管道并联时阀全开流量与总管最大流量之比 即x Q1max Qmax 44 x值不同时的工作流量特性如图所示 随着旁路阀开启 阀本身流量特性变化不大 一般要求x值不能低于0 8 45 结论 串联和并联管道的存在会对阀的理想流量特性产生影响 串联管道影响更大 串联和并联管道的存在会使阀的可调比下降 并联管道影响更严重 串联和并联管道的存在对系统的总流量有影响 串联管道使系统总流量减小 并联管道使系