第六章执行器

1、 第六章第六章 执行器执行器 执行器是自动控制系统的终端执行部件。执行器是自动控制系统的终端执行部件。 执行器的作用执行器的作用:接受控制器送来的控制信号接受控制器送来的控制信号,并将其转换成并将其转换成 相应的角位移或直行程位移相应的角位移或直行程位移,以改变操纵介质的流量以改变操纵介质的流量,从而从而 实现对被控变量的控制。实现对被控变量的控制。 常被称之为实现自动化的常被称之为实现自动化的“手脚手脚”。 第六章第六章 执行器执行器 按能按能 源形源形 式分式分 气动执行器气动执行器:压缩空气作为能源压缩空气作为能源, 0.020.1MPa 的标准气压信号。结构简单的标准气压信号。结构简单

2、.动作可靠动作可靠.平稳平稳.输输 出出 推力较大推力较大.维修方便维修方便.防火防爆防火防爆,价格低。价格低。 液动执行器液动执行器:利用高压液体作为能源利用高压液体作为能源,很少使用。很少使用。 电动执行器电动执行器:电源作为能源电源作为能源, 420mADC连续信号连续信号 和断续的开关信号。信号传递迅速和断续的开关信号。信号传递迅速,结构复杂结构复杂. 防爆性差。防爆性差。 执行器分类执行器分类 第六章第六章 执行器执行器 执行器组成执行器组成:执行机构执行机构和和控制机构控制机构(阀阀) 。 执行机构执行机构是执行器的推动装置是执行器的推动装置,它按控制信号压力的大小它按控制信号压力

3、的大小 产生相应的推力或扭矩产生相应的推力或扭矩, 推动控制机构动作。推动控制机构动作。 它是将压力信号的大小转换为阀杆位移的装置。它是将压力信号的大小转换为阀杆位移的装置。 控制机构控制机构是执行器的控制部分是执行器的控制部分,它直接与被控介质接触它直接与被控介质接触, 控制流体的流量。控制流体的流量。 它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。 执行执行 机构机构 控制控制 机构机构 I0 控制信号控制信号P0 力力F 力矩力矩M 位移位移L 角度角度 阀门开度阀门开度 流流 量量 执行器的构成框图执行器的构成框图 第一节第一节 气动执行器气动执行

4、器 控控 制制 控控 制制 气动薄膜单座调节阀气动薄膜单座调节阀 组成组成:执行机构和控制机构执行机构和控制机构; 还有辅助装置还有辅助装置,如如阀门定位器阀门定位器 和和手轮机构。手轮机构。 工作过程工作过程:P作用在膜片作用在膜片2上上,推动阀推动阀 杆杆4产生位移产生位移,改变阀芯改变阀芯7与阀座与阀座5之之 间的流通面积间的流通面积, 达到控制通过阀门达到控制通过阀门 的流体流量。的流体流量。 第一节第一节 气动执行器气动执行器 阀门定位器阀门定位器:用负反馈来改善执行用负反馈来改善执行 器的性能器的性能,使执行器能按控制器的使执行器能按控制器的 控制信号控制信号,实现准确地定位。实现

5、准确地定位。 手轮机构手轮机构:当控制系统因停电、当控制系统因停电、 停气、控制器无输出或执行机停气、控制器无输出或执行机 构失灵时构失灵时,利用它可直接操纵控利用它可直接操纵控 制阀制阀,以维持生产的正常进行。以维持生产的正常进行。 分类分类:薄膜式、薄膜式、活塞式和长行程执行机构。活塞式和长行程执行机构。 第一节第一节 气动执行器气动执行器 一、气动执行器的结构与分类一、气动执行器的结构与分类 1.执行机构执行机构 薄膜式薄膜式:结构简单、价格便宜、维修方便、应用广泛。结构简单、价格便宜、维修方便、应用广泛。 一般用作控制阀的推动装置。一般用作控制阀的推动装置。 活塞式活塞式:推力大推力大

6、.适用于大口径适用于大口径.高压降控制阀或蝶阀的高压降控制阀或蝶阀的 推动装置。推动装置。 长行程执行机构长行程执行机构:行程长行程长.转矩大转矩大,适用于输出转角适用于输出转角(090o) 和力矩和力矩,用于蝶阀或风门的推动装置。用于蝶阀或风门的推动装置。 第一节第一节 气动执行器气动执行器 一、气动执行器的结构与分类一、气动执行器的结构与分类 1.执行机构执行机构 气动气动薄膜式薄膜式执行机构有执行机构有正作用正作用和和反作用反作用。 正作用执行机构正作用执行机构(ZMA型型) P 反作用执行机构反作用执行机构(ZMB型型) 反作用反作用:当压力增大当压力增大 时时,阀杆向上动作阀杆向上动

7、作, 压力是通入波纹膜压力是通入波纹膜 片下方的薄膜气室。片下方的薄膜气室。 正作用正作用:当压力增大当压力增大 时时,阀杆向下动作阀杆向下动作, 压力是通入波纹膜压力是通入波纹膜 片上方的薄膜气室。片上方的薄膜气室。 有弹簧的有弹簧的:输出位移输出位移l与输入信号压力与输入信号压力P成比例。当压力成比例。当压力 (0.020.1MPa)通入薄膜气室时通入薄膜气室时,在薄膜上产生推力在薄膜上产生推力,使阀杆使阀杆 移动移动,弹簧受压弹簧受压,直到弹簧产生的反作用力与薄膜上的推力直到弹簧产生的反作用力与薄膜上的推力 相平衡时为止。相平衡时为止。 一、气动执行器的结构与分类一、气动执行器的结构与分

8、类 1.执行机构执行机构 薄膜薄膜执行机构可分执行机构可分有弹簧的有弹簧的和和无弹簧的无弹簧的。 e s A lP C Ae-膜片有效面积膜片有效面积; Cs-弹簧刚度。弹簧刚度。 P越大越大,推力越大推力越大,l也就越大。也就越大。 阀杆的阀杆的行程规格行程规格：10、16、25、40、60、100mm等。等。 无弹簧的无弹簧的:常用于双位式控制。常用于双位式控制。 薄膜式执行机构薄膜式执行机构 薄膜式执行机构薄膜式执行机构 薄膜式执行机构薄膜式执行机构 单弹簧老式气动薄膜执行机构单弹簧老式气动薄膜执行机构(直行程直行程) 多弹簧精小型气动薄膜执行机构多弹簧精小型气动薄膜执行机构(直行程直行

9、程) 传统的气动齿轮齿条传统的气动齿轮齿条活塞式活塞式执行机构执行机构(角行程角行程) 新型气动齿轮齿条新型气动齿轮齿条活塞式活塞式执行机构执行机构(角行程角行程) 是一个局部阻力可改变的节流元是一个局部阻力可改变的节流元 件。阀杆上部与执行机构相连件。阀杆上部与执行机构相连, 下部与阀芯相连。下部与阀芯相连。 一、气动执行器的结构与分类一、气动执行器的结构与分类 2.控制机构控制机构(控制阀控制阀) 阀芯在阀体内移动阀芯在阀体内移动,改变了阀芯与改变了阀芯与 阀座之间的流通面积阀座之间的流通面积,即改变了阀即改变了阀 的阻力系数的阻力系数,被控介质的流量就改被控介质的流量就改 变了变了,达到

10、控制工艺参数的目的。达到控制工艺参数的目的。 控制阀的主要组成控制阀的主要组成:由上下阀盖、由上下阀盖、 阀体、阀芯、阀座、填料及压阀体、阀芯、阀座、填料及压 板等零件组成。板等零件组成。 (1). 直通单座阀直通单座阀 一、气动执行器的结构与分类一、气动执行器的结构与分类 2.控制机构控制机构(控制阀控制阀) 只有一个阀芯和阀座只有一个阀芯和阀座,如图。如图。 特点特点:结构简单、价格便宜、关闭结构简单、价格便宜、关闭 时泄漏量小时泄漏量小,保证关闭可完全切断保证关闭可完全切断; 但压力差大时但压力差大时,流体对阀芯上下作流体对阀芯上下作 用的推力不平衡用的推力不平衡,影响阀芯的移动。影响阀

11、芯的移动。 应用应用:用于低压差、小口径的场合。用于低压差、小口径的场合。 (1). 直通单座阀直通单座阀 阀体内有两个阀芯和阀座阀体内有两个阀芯和阀座,如图。如图。 一、气动执行器的结构与分类一、气动执行器的结构与分类 2.控制机构控制机构(控制阀控制阀) (2).直通双座阀直通双座阀 流体作用在上流体作用在上.下阀芯上的推力下阀芯上的推力,大小相等方向相反可抵消大小相等方向相反可抵消, 则不平衡力很小则不平衡力很小, 但不能保证两个阀芯同时关紧但不能保证两个阀芯同时关紧,则关闭时则关闭时 的泄漏量较大。的泄漏量较大。 应用应用:不适用于高粘度和含悬浮颗粒或纤维的场合。不适用于高粘度和含悬浮

12、颗粒或纤维的场合。 正作用正作用(正装正装):阀杆下移时阀杆下移时,阀芯阀芯 与阀座间的流通面积减少。与阀座间的流通面积减少。 反作用反作用(反装反装):阀杆下移时阀杆下移时,阀芯阀芯 与阀座间的流通面积增大。与阀座间的流通面积增大。 (2).直通双座阀直通双座阀 角形阀的两个接管为直角形角形阀的两个接管为直角形,如图。如图。 一、气动执行器的结构与分类一、气动执行器的结构与分类 2.控制机构控制机构(控制阀控制阀) (3).角形阀角形阀 特点特点:这种阀流路简单这种阀流路简单,阻力小。阻力小。 应用应用:适用于高粘度、高压差、适用于高粘度、高压差、 含悬浮颗粒的场合。含悬浮颗粒的场合。 有侧

13、进底出和底进侧出两种有侧进底出和底进侧出两种, 一般多采用底进侧出。一般多采用底进侧出。 (3).角形阀角形阀 阀体有三个出入口与管道相连。阀体有三个出入口与管道相连。 一、气动执行器的结构与分类一、气动执行器的结构与分类 2.控制机构控制机构(控制阀控制阀) (4).三通阀三通阀 有分流式和合流式两种有分流式和合流式两种,即可把一路流体分成两路即可把一路流体分成两路, 或把两路合为一路。可代替两个直通阀。或把两路合为一路。可代替两个直通阀。 适用于配比控制和旁路控制。适用于配比控制和旁路控制。 (4).三通阀三通阀 采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜。采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜。 一、气动执行器的结

14、构与分类一、气动执行器的结构与分类 2.控制机构控制机构(控制阀控制阀) (5).隔膜阀隔膜阀 特点特点:结构简单结构简单.流路阻力小流路阻力小,流通能力大流通能力大,耐腐蚀。耐腐蚀。 适用于强腐蚀性适用于强腐蚀性.高粘度或带悬浮颗粒与纤维的介质流量高粘度或带悬浮颗粒与纤维的介质流量 控制。一般工作压力小于控制。一般工作压力小于1MPa, 温度低于温度低于150。 (5).隔膜阀隔膜阀 又称翻板阀又称翻板阀,如图。如图。 一、气动执行器的结构与分类一、气动执行器的结构与分类 2.控制机构控制机构(控制阀控制阀) (6).蝶阀蝶阀 特点特点:结构简单结构简单,重量轻、价格便宜、流阻极小的优点重量

15、轻、价格便宜、流阻极小的优点, 但泄漏量大。但泄漏量大。 适用于大口径、大流量、适用于大口径、大流量、 低压差的场合低压差的场合,也用于含少也用于含少 量纤维或悬浮颗粒状介质量纤维或悬浮颗粒状介质 的控制的控制,多用于燃烧系统的多用于燃烧系统的 风量控制。风量控制。 (6).蝶阀蝶阀 阀芯与阀体都呈球形阀芯与阀体都呈球形,转动阀芯使之与阀体相对位置不同转动阀芯使之与阀体相对位置不同, 流通面积就不同流通面积就不同,以达到流量控制的目的。以达到流量控制的目的。 一、气动执行器的结构与分类一、气动执行器的结构与分类 2.控制机构控制机构(控制阀控制阀) (7).球阀球阀 O形球阀形球阀:转动球体可

16、起转动球体可起 控制和切断的作用。控制和切断的作用。 用于双位控制。用于双位控制。 V形球阀形球阀:转动球心使转动球心使V形缺口起节流和剪切的作用。形缺口起节流和剪切的作用。 用于高粘度和污秽介质的控制。用于高粘度和污秽介质的控制。 阀芯有阀芯有“V”形和形和“O”形两种开口形式。形两种开口形式。 (7).球阀球阀 又称偏心旋转阀。阀芯呈扇形球面状又称偏心旋转阀。阀芯呈扇形球面状,与挠曲臂及轴套与挠曲臂及轴套 铸成一体铸成一体,固定在转动轴上固定在转动轴上,如图。如图。 一、气动执行器的结构与分类一、气动执行器的结构与分类 2.控制机构控制机构(控制阀控制阀) (8).凸轮挠曲阀凸轮挠曲阀 挠

17、曲臂在压力作用下能产生挠曲变形挠曲臂在压力作用下能产生挠曲变形,使阀芯球面与阀座使阀芯球面与阀座 圈紧密接触圈紧密接触,密封性好。密封性好。 特点特点:重量轻、体积小、安装方便。重量轻、体积小、安装方便。 适用于高粘度和带有悬浮物适用于高粘度和带有悬浮物 的介质流量控制。的介质流量控制。 (8).凸轮挠曲阀凸轮挠曲阀 又称套筒型控制阀。阀体与一般的直通单座阀相似又称套筒型控制阀。阀体与一般的直通单座阀相似,如图。如图。 一、气动执行器的结构与分类一、气动执行器的结构与分类 2.控制机构控制机构(控制阀控制阀) (9).笼式阀笼式阀 阀内一个圆柱形套筒阀内一个圆柱形套筒(笼子笼子),套筒壁上有一

18、个或几个不同套筒壁上有一个或几个不同 形状的孔形状的孔,阀芯在套筒内上下移动可改变节流面积阀芯在套筒内上下移动可改变节流面积,实现实现 流量控制。流量控制。 适用于低噪音及压差较大的适用于低噪音及压差较大的 场合场合,不适用高温、高粘度不适用高温、高粘度 及含有固体颗粒的流体。及含有固体颗粒的流体。 (9).笼式阀笼式阀 Q:控制阀某一开度时流量控制阀某一开度时流量; Qmax:控制阀全开时控制阀全开时流量。流量。 l:控制阀某一开度行程控制阀某一开度行程; L:控制阀全开时行程。控制阀全开时行程。 max () Ql f QL 二、控制阀的流量特性二、控制阀的流量特性 流量特性流量特性:被控

19、介质流过阀门的被控介质流过阀门的相对流量相对流量与阀门的与阀门的相对开度相对开度 (相对位移相对位移)间的关系间的关系: 改变控制阀阀芯与阀座间的流通截面积改变控制阀阀芯与阀座间的流通截面积,可控制流量。可控制流量。 但改变节流面积的同时还发生阀前后压差的变化但改变节流面积的同时还发生阀前后压差的变化,也引起也引起 流量的变化流量的变化,则有则有理想流量特性理想流量特性与与工作流量特性工作流量特性。 分类分类:直线、等百分比直线、等百分比(对数对数)、抛物线及快开。、抛物线及快开。 max () () Q d Q K l d L max Ql KC QL 二、控制阀的流量特性二、控制阀的流量特

20、性 1.控制阀的理想流量特性控制阀的理想流量特性 理想流量特性理想流量特性:控制阀前后压差不变化时控制阀前后压差不变化时,只改变阀芯与只改变阀芯与 阀座间的流通截面积阀座间的流通截面积,得到的流量特性。取决阀芯的形状。得到的流量特性。取决阀芯的形状。 (1).直线流量特性直线流量特性:控制阀的相对流量与相控制阀的相对流量与相 对开度成直线关系。数学表达式为：对开度成直线关系。数学表达式为： K为常数为常数,即控制阀即控制阀 的放大系数。的放大系数。 积分得：积分得： C为积分常数。为积分常数。 min max 11 ;11 Q CKC QRR 边界条件边界条件:l=0时时,Q=Qmin;l=L

21、时时,Q=Qmax。代入上式得：。代入上式得： R=Qmax/Qmin,称控制阀的称控制阀的可调范围或可调比可调范围或可调比。 将将(2)式代入式代入(1)得：得： max 1 1(1) Ql R QRL (1).直线流量特性直线流量特性 1.控制阀的理想流量特性控制阀的理想流量特性 max Ql KC QL Qmin:控制阀能控制的最小流量控制阀能控制的最小流量,但不等于控制阀全关时的但不等于控制阀全关时的 泄漏量泄漏量,一般为一般为Qmax的的2%4%。 R=30(直通单座直通单座.双座双座.角形阀角形阀,阀体分离阀阀体分离阀);R=10(隔膜阀隔膜阀)。 -(2) -(1) 注意注意:R

22、值不同值不同,特性曲线在纵坐标上的特性曲线在纵坐标上的起点是不同的起点是不同的。 位移变化所引起的流量变化相同位移变化所引起的流量变化相同, 但流量相对变化是不同的。但流量相对变化是不同的。 2010 100%100% 10 6050 100%20% 50 9080 100%12.5% 80 (1).直线流量特性直线流量特性 流量小时流量小时,流量相对变化大流量相对变化大;流量大时流量大时,流量相对变化小。流量相对变化小。 以行程以行程10%.50%及及80%三点为例三点为例, 若位移变化为若位移变化为10%,则：则： 在在10%时时,流量变化的相对值为流量变化的相对值为: 在在50%时时,流

23、量变化的相对值为流量变化的相对值为: 在在80%时时,流量变化的相对值为流量变化的相对值为: 线性阀的特点线性阀的特点:在小开度时在小开度时,灵敏度高灵敏度高,控制作用强控制作用强,易产生易产生 振荡振荡;在大开度时在大开度时,灵敏度低灵敏度低,控制作用弱控制作用弱,调节缓慢调节缓慢。 max ln Ql KC QL max max (/) ( / ) d Q QQ K d l LQ min max 1 lnlnln,ln Q CR KR QR (1) max l L Q R Q 1.控制阀的理想流量特性控制阀的理想流量特性 (2).等百分比等百分比( (对数对数) )流量特性流量特性 单位相

24、对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对单位相对行程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。数学表达式为：流量成正比关系。数学表达式为： 积分得：积分得： 代入边界条件代入边界条件, l=0时时,Q=Qmin;l=L时时,Q=Qmax,可得：可得： -(1) 上式代入上式代入(1)中得：中得： 对数阀的特点对数阀的特点:小开度时小开度时,K小小,控制平稳控制平稳;在大开度时在大开度时,K大大, 控制灵敏。即相同位移变化所引起的流量变化百分比总是控制灵敏。即相同位移变化所引起的流量变化百分比总是 相等的。这种阀的调节精度在全行程范围内是不变的。相等的。这种阀的调节精度在全行程范围

25、内是不变的。 Q/Qman与与 l/L之间成抛物线关系之间成抛物线关系,在直角坐标上为一抛物在直角坐标上为一抛物 线线,它介于直线与对数曲线之间。数学表达式为：它介于直线与对数曲线之间。数学表达式为： 2 max 1 1 (1) Ql R QRL 1.控制阀的理想流量特性控制阀的理想流量特性 (3).抛物线抛物线流量特性流量特性 1/2 max max (/) () ( / ) d Q QQ K d l LQ 积分得：积分得： 在开度较小时就有较大流量在开度较小时就有较大流量,随开度的增大随开度的增大,流量很快就流量很快就 达到最大达到最大,故称为快开特性。故称为快开特性。 1.控制阀的理想流

26、量特性控制阀的理想流量特性 (4).快开特快开特性性 阀芯是平板形的阀芯是平板形的,适用于迅速启闭的切断阀或双位控制适用于迅速启闭的切断阀或双位控制 系统。系统。 2.控制阀的工作流量特性控制阀的工作流量特性 工作流量特性工作流量特性:控制阀前后压差变化时控制阀前后压差变化时的流量特性的流量特性。 (1).串联管道的工作流量特性串联管道的工作流量特性 p2-管路系统管路系统(除控制阀外的全部设备和管道的除控制阀外的全部设备和管道的 各局部阻力之和各局部阻力之和)的压差的压差; p1-控制阀的压差控制阀的压差; p-系统总压差。系统总压差。p= p1+ p2 S:控制阀全开时阀上压差控制阀全开时

27、阀上压差p1与与系统总压差系统总压差p之比。之比。 Qmax:管道阻力为零管道阻力为零(p2=0)时控制阀的全开流量时控制阀的全开流量,此时阀上此时阀上 压差为压差为系统总压差系统总压差(p1=p) 。 以以Qmax为参比值的工作流量特性为参比值的工作流量特性,如图。如图。 2.控制阀的工作流量特性控制阀的工作流量特性 (1).串联管道的工作流量特性串联管道的工作流量特性 s=1时时,即即p2=0,p1=p,工作流量特性与理想流量特性一致。工作流量特性与理想流量特性一致。 2.控制阀的工作流量特性控制阀的工作流量特性 (1).串联管道的工作流量特性串联管道的工作流量特性 如控制阀选的过大如控制

28、阀选的过大,控制阀将工作在小开度。使流过控制控制阀将工作在小开度。使流过控制 阀流量降低阀流量降低,这时这时s下降下降,使流量特性畸变使流量特性畸变,控制质量恶化。控制质量恶化。 随着随着s 直线特性直线特性 快开特性快开特性 直线特性直线特性 等百分比特性等百分比特性 一般希望一般希望s 0.30.5。 Q1-控制阀的流量控制阀的流量;Q2-旁路流量旁路流量; Q-管路的总流量管路的总流量; Q=Q1+ Q2。 。 2.控制阀的工作流量特性控制阀的工作流量特性 (2).并联管道的工作流量特性并联管道的工作流量特性 控制阀一般都装有旁路控制阀一般都装有旁路,以便手动操作和维护。当生产量以便手动

29、操作和维护。当生产量 提高或控制阀选小时提高或控制阀选小时,将旁路阀打开将旁路阀打开,此时控制阀的理想流此时控制阀的理想流 量特性就变为工作流量特性。量特性就变为工作流量特性。 x:并联管道时控制阀全开时的流量并联管道时控制阀全开时的流量 Q1max与总管最大流量与总管最大流量Qmax之比。之比。 压差压差p一定时一定时, x为不同数值时为不同数值时 的工作流量特性的工作流量特性,如图。如图。 (2).并联管道的工作流量特性并联管道的工作流量特性 x=1时时,即即Q2=0(旁路阀关闭旁路阀关闭),控制阀的工作流量特性与控制阀的工作流量特性与 理想流量特性相同。理想流量特性相同。 x ,即旁路阀

30、打开增大即旁路阀打开增大,控制阀的工作流量特性变化不大控制阀的工作流量特性变化不大, 但可调范围大大降低。但可调范围大大降低。 一般不用有旁路的控制一般不用有旁路的控制 方案。一般方案。一般x 0.8。 控制阀关死控制阀关死(l/L=0)时时, Qmin比比Q1min大得多。大得多。 控制阀的流量控制范控制阀的流量控制范 围变小围变小,控制作用减弱控制作用减弱, 甚至不起控制作用。甚至不起控制作用。 串、并联管道都会使阀的理想流量特性串、并联管道都会使阀的理想流量特性发生畸变发生畸变,串联串联 管道的影响尤为管道的影响尤为严重严重。 串、并联管道都会使控制阀的串、并联管道都会使控制阀的可调范围

31、降低可调范围降低,并联并联管道管道 尤为尤为严重严重。 串联串联管道使系统管道使系统总流量减少总流量减少,并联并联使系统总流量增加。使系统总流量增加。 串、并联管道都会使控制阀的串、并联管道都会使控制阀的放大系数减少放大系数减少,即输入即输入 信号变化引起的流量变化减少。信号变化引起的流量变化减少。 串联串联时控制阀若时控制阀若大开度大开度,则则s降低降低对对放大系数放大系数影响更影响更严重严重; 并联并联时控制阀若时控制阀若小开度小开度,则则x降低降低对对放大系数放大系数影响更影响更严重严重。 2.控制阀的工作流量特性控制阀的工作流量特性 串、并联管道的结论：串、并联管道的结论： 根据被控介

32、质的特点根据被控介质的特点(温度温度.压力压力.腐蚀性腐蚀性.粘度等粘度等).控制要求控制要求. 安装地点等因素安装地点等因素,参考各种类型控制阀的特点合理选用。参考各种类型控制阀的特点合理选用。 1.控制阀结构与特性的选择控制阀结构与特性的选择 控制阀结构控制阀结构:主要根据工艺条件主要根据工艺条件,如温度如温度.压力及介质压力及介质 的物理的物理.化学特性来选择。如强腐蚀介质可采用隔膜阀、化学特性来选择。如强腐蚀介质可采用隔膜阀、 高温介质采用带翅形散热片。高温介质采用带翅形散热片。 确定控制阀的流量特性确定控制阀的流量特性(即阀芯的形状即阀芯的形状):先按控制系统的先按控制系统的 特点选

33、阀的希望流量特性特点选阀的希望流量特性;再考虑工艺配管情况来选择相再考虑工艺配管情况来选择相 应的理想流量特性。使控制阀安装在具体的管道系统中应的理想流量特性。使控制阀安装在具体的管道系统中, 畸变后的工作流量特性能满足控制系统对它的要求。畸变后的工作流量特性能满足控制系统对它的要求。 一般选等百分比流量特性一般选等百分比流量特性。 三、控制阀的选择三、控制阀的选择 气动执行器有气动执行器有:气开式和气关式。气开式和气关式。 气开式气开式:有压力信号时阀开有压力信号时阀开;无压力信号时阀关。无压力信号时阀关。b.c 气关式气关式:有压力信号时阀关有压力信号时阀关;无压力信号时阀开。无压力信号时

34、阀开。a.d 三、控制阀的选择三、控制阀的选择 2.气开式与气关式的选择气开式与气关式的选择 气开和气关是由气动执行机构的正气开和气关是由气动执行机构的正.反作用与调节阀反作用与调节阀 的正的正.反安装来决定的。如图。反安装来决定的。如图。 三、控制阀的选择三、控制阀的选择 2.气开式与气关式的选择气开式与气关式的选择 气开、气关式的选择气开、气关式的选择:根据工艺生产上安全要求。根据工艺生产上安全要求。 信号压力中断时应保证设备和操作人员的安全。信号压力中断时应保证设备和操作人员的安全。 如阀处于打开位置时危害性小如阀处于打开位置时危害性小,则选气关式则选气关式; 如阀处于关闭位置时危害性小

35、如阀处于关闭位置时危害性小,则选气开式。则选气开式。 控制阀口径选择的是否合适直接影响控制效果。控制阀口径选择的是否合适直接影响控制效果。 三、控制阀的选择三、控制阀的选择 3.控制阀口径的选择控制阀口径的选择 选得选得过小过小,使流过控制阀的流量达不到所需的最大值。使流过控制阀的流量达不到所需的最大值。 干扰大时干扰大时,系统因流量的不足而失控系统因流量的不足而失控,使控制效果变差。使控制效果变差。 选得选得过大过大,浪费设备投资浪费设备投资;还使控制阀常工作于小开度还使控制阀常工作于小开度, 控制性能也变差控制性能也变差,使控制系统变得不稳定。使控制系统变得不稳定。 控制阀口径选择是由控制

36、阀口径选择是由控制阀流量系数控制阀流量系数KV决定的。决定的。 控制阀流量系数控制阀流量系数KV:在给定的行程下在给定的行程下,当阀两端压差为当阀两端压差为 100kPa,流体的密度为流体的密度为1g/cm3时时,阀全开时阀全开时,流经控制阀的流经控制阀的 流体流量流体流量(以以m3/h表示表示) 。 控制阀流量系数控制阀流量系数KV表示表示控制阀控制阀容量的大小容量的大小,是表示是表示控制控制 阀阀流通能力的参数。也称为流通能力的参数。也称为控制阀控制阀流通能力流通能力。 对不可压缩的流体对不可压缩的流体,且阀前后压差且阀前后压差(pl-p2)不太大时不太大时, 流量流量 系数系数KV的计算

37、公式为：的计算公式为： V 12 10 KQ pp 三、控制阀的选择三、控制阀的选择 3.控制阀口径的选择控制阀口径的选择 -流体密度流体密度,g/cm3; p1-p2-阀前后压差阀前后压差,kPa; Q-流经阀的流量流经阀的流量,m3/h。 当当 p1-p2=100 kPa时时,流经阀的水流量流经阀的水流量Q,即为即为KV值。值。 控制阀口径选择是根据控制阀口径选择是根据特定的工艺条件特定的工艺条件确定确定KV值。再按值。再按 控制阀的生产厂家的目录控制阀的生产厂家的目录,选相应的控制阀口径。选相应的控制阀口径。 工艺条件工艺条件:给定介质流量给定介质流量.阀前后压差阀前后压差.介质的物性参

38、数等。介质的物性参数等。 控制阀的选择控制阀的选择,即即KV值的计算可参考相关技术图表。值的计算可参考相关技术图表。 是保证它能发挥应有效用的重要一环。是保证它能发挥应有效用的重要一环。 四、气动执行器的安装和维护四、气动执行器的安装和维护 (1).为了便于维护检修为了便于维护检修, 应安装在靠近地面或楼板的地方。应安装在靠近地面或楼板的地方。 (2). 安装在环境温度为安装在环境温度为(-40 +60)的地方的地方,应远离振动应远离振动 较大的设备。较大的设备。 (3).阀的公称通径与管道公称通径不同时阀的公称通径与管道公称通径不同时,两者之间加一段两者之间加一段 异径管。异径管。 (4).

39、气动执行器应该是正立垂直安装于水平管道上。气动执行器应该是正立垂直安装于水平管道上。 特殊情况下需要水平或倾斜安装时特殊情况下需要水平或倾斜安装时,除小口径阀外除小口径阀外,一般应一般应 加支撑。加支撑。 (5).通过控制阀的流体方向在阀体上有箭头标明通过控制阀的流体方向在阀体上有箭头标明,不能装反不能装反, 正如孔板不能反装一样。正如孔板不能反装一样。 (6).控制阀前后一般要各装一只切断阀控制阀前后一般要各装一只切断阀,以便修理时拆下以便修理时拆下 控制阀。考虑到控制阀发生故障或维修时控制阀。考虑到控制阀发生故障或维修时,不影响工艺不影响工艺 生产继续进行生产继续进行,一般应装旁路阀。一般

40、应装旁路阀。 四、气动执行器的安装和维护四、气动执行器的安装和维护 (7).控制阀安装前控制阀安装前,应对管路进行清洗应对管路进行清洗,排去污物和焊渣。排去污物和焊渣。 (8).在日常使用中在日常使用中,要对控制阀经常维护和定期检修。重点要对控制阀经常维护和定期检修。重点 检查部位有阀体内壁检查部位有阀体内壁.阀座阀座.阀芯阀芯.膜片膜片.密封圈密封圈.密封填料等。密封填料等。 旁路阀旁路阀 控制阀控制阀 切断阀切断阀 切断阀切断阀 角行程电动执行机构角行程电动执行机构:电动机为动力电动机为动力,将电流信号转换为将电流信号转换为 角位移角位移(090 ),适用于操纵蝶阀适用于操纵蝶阀.挡板的旋

41、转式控制阀。挡板的旋转式控制阀。 第二节第二节 电动执行器电动执行器 1.电动执行器有电动执行器有角行程、直行程、多转式等类型。角行程、直行程、多转式等类型。 直行程电动执行机构直行程电动执行机构:接收输入的电流信号后接收输入的电流信号后,使电动机使电动机 转动转动,经减速器减速并转换为直线位移经减速器减速并转换为直线位移,适用于操纵单座适用于操纵单座. 双座等控制阀和直线式控制机构。双座等控制阀和直线式控制机构。 多转式电动执行机构多转式电动执行机构:主要用来开启和关闭闸阀、截止主要用来开启和关闭闸阀、截止 阀等多转式阀门阀等多转式阀门,一般多用于就地操作和遥控。一般多用于就地操作和遥控。

42、组成组成:伺服放大器伺服放大器.伺服电动机伺服电动机.减速器减速器.位置发送器和操纵器。位置发送器和操纵器。 图图6-21 角行程执行机构组成示意图角行程执行机构组成示意图 第二节第二节 电动执行器电动执行器 2.角行程电动角行程电动执行执行机构机构 放大过程：放大过程： 当输入信号当输入信号x=0,反馈信号反馈信号y=0,放大器无输出放大器无输出,电机不转。电机不转。 当当x0,偏差偏差(x-y)0,放大器有放大器有 输出输出,电机转电机转,减速后使减速器减速后使减速器 的输出轴转动的输出轴转动, 直到直到x-y=0为止。为止。 x y 实现输入电流信号实现输入电流信号 与输出转角的转换。与

43、输出转角的转换。 电流信号电流信号010mADC(420mA) 角位移角位移(090 ) 位置发送器是将执行机构输出的位移转变为位置发送器是将执行机构输出的位移转变为010mA (420mA)DC反馈信号的装置。反馈信号的装置。 它的主要部分为差动变压器。它的主要部分为差动变压器。 图图6-22 差动变压器原理图差动变压器原理图 第二节第二节 电动执行器电动执行器 2.角行程电动执行机构角行程电动执行机构 减速器的输出轴减速器的输出轴 SC12 UUU 经过整流经过整流.滤波电路可得到滤波电路可得到 010mA (420mA) DC信号。信号。 SC U 电动执行机构可与控制器配合电动执行机构

44、可与控制器配合 实现自动控制实现自动控制,还可通过操纵器还可通过操纵器 实现自动和手动的切换。实现自动和手动的切换。 角行程电动角行程电动执行执行机构机构 它可把电动和气动两类仪表联系起来它可把电动和气动两类仪表联系起来,组成混合系统以组成混合系统以 发挥各自的优点。发挥各自的优点。 第三节第三节 电电-气转换器及电气转换器及电-气阀门定位器气阀门定位器 电电-气转换器作用气转换器作用:将标准电信号将标准电信号010(420)mADC转换成转换成 标准气压信号标准气压信号(0.020.1MPa)。 把电动变送器来的电信号变为气信号把电动变送器来的电信号变为气信号,送到气动控制器或送到气动控制器

45、或 气动显示仪表。气动显示仪表。 一、电一、电-气转换器气转换器 第三节第三节 电电- -气转换器及电气转换器及电- -气阀门定位器气阀门定位器 图图6-23 电电-气转换器原理结构图气转换器原理结构图 1-喷嘴挡板；喷嘴挡板；2-调零弹簧；调零弹簧； 3-负反馈波纹管；负反馈波纹管； 4-十字弹簧；十字弹簧；5-正反馈波纹管；正反馈波纹管； 6-杠杆；杠杆；7-测量线圈；测量线圈；8-磁钢；磁钢； 9-铁芯；铁芯；10-放大器放大器 一、电一、电-气转换器气转换器 工作原理工作原理:按力矩平衡原理工作。按力矩平衡原理工作。 挡板靠近喷嘴挡板靠近喷嘴,使使 其背压升高其背压升高,经放经放 大器

46、放大。大器放大。 当输入的直流电流当输入的直流电流io通通 入置于恒定磁场里的测入置于恒定磁场里的测 量线圈时量线圈时,在线圈与磁钢在线圈与磁钢 之间一个向上的电磁力。之间一个向上的电磁力。 f1 输出气输出气 压压 po po po f3 f2 建立起与测量力矩建立起与测量力矩 相平衡的反馈力矩。相平衡的反馈力矩。 由于反馈作用由于反馈作用,使输使输 出气压信号出气压信号po与线与线 圈电流圈电流io成比例。成比例。 把电流信号把电流信号010(420)mA转换成气压信号转换成气压信号(0.020.1MPa)。 电电-气转换器气转换器 电电-气转换器气转换器 电电-气转换器气转换器 电电-气

47、转换器气转换器 二、电二、电- -气阀门定位器气阀门定位器 第三节第三节 电电- -气转换器及电气转换器及电- -气阀门定位器气阀门定位器 作用作用: 1.具有电具有电-气转换器的作用气转换器的作用,将电动控制器输出的将电动控制器输出的010mA (420)DC信号变为信号变为0.020.1MPa气信号去驱动气动控制阀。气信号去驱动气动控制阀。 2.具有气动具有气动阀门定位器阀门定位器的作用的作用,使使阀门位置按阀门位置按控制器送来的控制器送来的 信号准确定位信号准确定位(即输入信号与即输入信号与阀门位置呈一一对应关系阀门位置呈一一对应关系)。 二、电二、电- -气阀门定位器气阀门定位器 第三

48、节第三节 电电- -气转换器及电气转换器及电- -气阀门定位器气阀门定位器 工作原理工作原理:按力矩平衡原理工作。按力矩平衡原理工作。 图图6-24 电电-气阀门定位器气阀门定位器 f1的力矩与的力矩与f的力矩相等的力矩相等 时时,系统达到平衡状态。系统达到平衡状态。 此时此时,一定的信号电流一定的信号电流 就对应一定的阀门位置。就对应一定的阀门位置。 f f1 1-力矩马达力矩马达;2-主杠杆主杠杆;3-平衡弹簧平衡弹簧;4-反馈凸轮支点反馈凸轮支点;5-反馈凸轮反馈凸轮; 6-副杠杆副杠杆;7-副杠杆支点副杠杆支点;8-薄膜执行机构薄膜执行机构;9-反馈杆反馈杆;10-滚轮滚轮; 1l-反

49、馈弹簧反馈弹簧;12-调零弹簧调零弹簧;13-挡板挡板;14-喷嘴喷嘴;15-主杠杆支点主杠杆支点 作用方式为正作用作用方式为正作用,若要若要 改变作用方式改变作用方式,只要将凸只要将凸 轮翻转安装即可。轮翻转安装即可。 二、电二、电- -气阀门定位器气阀门定位器 第三节第三节 电电- -气转换器及电气转换器及电- -气阀门定位器气阀门定位器 正作用定位器正作用定位器:信号电流增加信号电流增加,输出压力亦增加。输出压力亦增加。 反作用定位器反作用定位器:信号电流增加信号电流增加,输出压力则减少。输出压力则减少。 一台正作用执行机构只要装上反作用定位器一台正作用执行机构只要装上反作用定位器,就能

50、实现就能实现 反作用执行机构的动作反作用执行机构的动作;相反相反,一台反作用执行机构只要一台反作用执行机构只要 装上反作用定位器装上反作用定位器,就能实现正作用执行机构的动作。就能实现正作用执行机构的动作。 电电- -气阀门定位器气阀门定位器 来源网站|查看原图 电电- -气阀门定位器气阀门定位器 电电- -气阀门定位器气阀门定位器 电电- -气阀门定位器气阀门定位器 电电- -气阀门定位器气阀门定位器 第四节第四节 数字阀与数字阀与智能控制智能控制阀阀 一、数字阀一、数字阀 组成组成:由流孔由流孔(阀芯和阀座阀芯和阀座)、阀体和执行机构。执行机构、阀体和执行机构。执行机构 可用电磁线圈可用电

51、磁线圈,也可用装有弹簧的活塞执行机构。也可用装有弹簧的活塞执行机构。 数字阀是一种位式的数字执行器数字阀是一种位式的数字执行器,由一系列并联安装而由一系列并联安装而 按二进制排列的阀门组成的阀组。每个阀门的流量系数按二进制排列的阀门组成的阀组。每个阀门的流量系数 按二进制序列设计按二进制序列设计,即按即按2的幂次设计。的幂次设计。 第四节第四节 数字阀与数字阀与智能控制智能控制阀阀 一、数字阀一、数字阀 以一个以一个8位数字阀为例说明。位数字阀为例说明。 数字阀体内有一系列开闭式的流孔数字阀体内有一系列开闭式的流孔,按二进制顺序排列按二进制顺序排列, 即即20,21,22,23,24,25,2

52、6,27 。 流孔关闭时流孔关闭时,流量为流量为0; 打开时打开时,流量为流量为1。调节范围。调节范围1255。 第四节第四节 数字阀与数字阀与智能控制智能控制阀阀 一、数字阀一、数字阀 以一个以一个8位数字阀为例说明。位数字阀为例说明。 设数字阀的最小流量系数为设数字阀的最小流量系数为0.25。 第一个阀的流量为第一个阀的流量为0.2520=0.25; 第二个阀的流量为第二个阀的流量为0.2521= 0.5; 依此类推流量分别为依此类推流量分别为:0.2522= 1;0.2523=2;0.2524=4; 0.2525= 8;0.2526=16;0.2527=32。 只开最小一个阀时只开最小一

53、个阀时,流量可达流量可达0.25(m3/h),8个阀全部打开时个阀全部打开时 流量可达流量可达63.75 (m3/h), 调节范围可达调节范围可达255:1。 如果每个阀开启时的流量满足数度要求如果每个阀开启时的流量满足数度要求,则控制流量的精则控制流量的精 度可达度可达0.25 m3/h。 第四节第四节 数字阀与数字阀与智能控制智能控制阀阀 一、数字阀一、数字阀 6. 结构复杂结构复杂.部件多部件多.价格贵。价格贵。此外此外,数字阀对流体温度也数字阀对流体温度也 有限制有限制,影响了其使用范围。影响了其使用范围。 数字阀的特点：数字阀的特点： 1. 分辨率高分辨率高:数字阀位数越多数字阀位数

54、越多, 可控制的流量分辨率越高。可控制的流量分辨率越高。 2. 精度高精度高:每个流孔都装有预先校正流量特性的喷嘴和每个流孔都装有预先校正流量特性的喷嘴和 文丘里管文丘里管,精度高精度高,尤其适合小流量控制。尤其适合小流量控制。 3. 反应速度快反应速度快,关闭特性好。关闭特性好。 4. 可直接与计算机或其他数字式控制装置连接。可直接与计算机或其他数字式控制装置连接。 5. 没有滞后、特线性好、噪声小。没有滞后、特线性好、噪声小。 数字阀数字阀 数字阀数字阀 第四节第四节 数字阀与数字阀与智能控制智能控制阀阀 具有智能化的控制、显示、诊断、保护和通信功能具有智能化的控制、显示、诊断、保护和通信

55、功能, 是是 以控制阀为主体以控制阀为主体,将许多部件组装在一起的一体化结构。将许多部件组装在一起的一体化结构。 二、智能控制二、智能控制阀阀 1.控制智能控制智能 除了一般的执行器控制功能外除了一般的执行器控制功能外,还可按照一定的控制规律还可按照一定的控制规律 动作。还有温度动作。还有温度.压力等传感器压力等传感器,可对温度可对温度.压力等进行控制。压力等进行控制。 2.通信智能通信智能 主计算机可直接对执行器发出动作命令。允许远程检测主计算机可直接对执行器发出动作命令。允许远程检测. 整定整定.修改参数或算法等。修改参数或算法等。 3.诊断智能诊断智能 有自诊断功能有自诊断功能,根据使用

56、的各种传感器通过微机分析判断根据使用的各种传感器通过微机分析判断 故障情况故障情况,及时采取措施并报警。及时采取措施并报警。 调节阀的流量特性调节阀的流量特性 调节阀的流量特性是指介质流过调节阀的调节阀的流量特性是指介质流过调节阀的 相对流量与调节阀的相对开度之间的关系相对流量与调节阀的相对开度之间的关系 ;即即 调节阀某一开度流量与全开流量之比调节阀某一开度流量与全开流量之比 。 一般说来，改变调节阀的阀芯与阀座之间一般说来，改变调节阀的阀芯与阀座之间 的节流面积，便可控制流量。但实际上由于的节流面积，便可控制流量。但实际上由于 各种因素的影响，在节流面积变化的同时，各种因素的影响，在节流面

57、积变化的同时， 还会引起阀前后压差的变化，从而使流量也还会引起阀前后压差的变化，从而使流量也 发生变化。为了便于分析，先假定阀前后压发生变化。为了便于分析，先假定阀前后压 差固定，然后再引伸到实际情况。因此，流差固定，然后再引伸到实际情况。因此，流 量特性有理想流量特性和工作流量特性两种量特性有理想流量特性和工作流量特性两种 概念概念 。 阀门定位器一般用于下列场合：阀门定位器一般用于下列场合： (1)对控制质量要求高的控制系统对控制质量要求高的控制系统,用以提高调节阀的定用以提高调节阀的定 位精度及工作的可靠性；位精度及工作的可靠性； (2)用于阀的两端压差用于阀的两端压差9.81xl04P

58、a时或口径时或口径DI 00mm 的场合的场合,因为这时不平衡力大因为这时不平衡力大,阀杆不能正确定位；阀杆不能正确定位； (3)用于调节高压、高温、低温、有毒或易燃易爆介质用于调节高压、高温、低温、有毒或易燃易爆介质, 因为这时密封填料与阀杆之间的摩擦力大；因为这时密封填料与阀杆之间的摩擦力大； (4)用于流体介质中含有固体悬浮物或粘性甚大的场合用于流体介质中含有固体悬浮物或粘性甚大的场合, 以克服介质对阀杆移动产生的较大阻力；以克服介质对阀杆移动产生的较大阻力； (5)用于调节器与执行器相距较远用于调节器与执行器相距较远(60m以上以上)的场合的场合,以以 克服滞后克服滞后,提高动作速度；

59、提高动作速度； (6)将气开式执行器改变成气闭式将气开式执行器改变成气闭式, ,或反之；或反之； (7)用于一个调节器控制两个以上的调节阀以实现分程用于一个调节器控制两个以上的调节阀以实现分程 控制控制, ,这样每个执行器只在调节器输出的一段范围这样每个执行器只在调节器输出的一段范围 内走完全行程；内走完全行程； (8)定位器还可用来改变调节阀的流量特性定位器还可用来改变调节阀的流量特性, ,这是通过这是通过 定位器的反馈凸轮来实现的定位器的反馈凸轮来实现的, ,例如线性阀可通过定例如线性阀可通过定 位器凸轮改变为等百分比特性。位器凸轮改变为等百分比特性。 应该说明应该说明, ,并不是所有的阀

60、门都必须配上阀门定并不是所有的阀门都必须配上阀门定 位器位器, ,因为它会增加设备的投资因为它会增加设备的投资, ,增加气源的要求增加气源的要求, , 有时反而使系统不稳定。所以在没有必要的场合有时反而使系统不稳定。所以在没有必要的场合, , 不应该采用阀门定位器。不应该采用阀门定位器。 综合复习题综合复习题 一：名词解释一：名词解释 1、热电现象热电现象 2、节流现象、节流现象 3、负反馈、负反馈 4、调节作用、调节作用 二：判断改错题，对的记二：判断改错题，对的记T，错的记，错的记F并改并改 正错误正错误 1、弹簧管式压力计的弹性元件的截面可做、弹簧管式压力计的弹性元件的截面可做 成圆形或