第5章 执行器

1、第第5章章 执行器执行器第一节第一节 气动执行器气动执行器第二节第二节 电动执行器电动执行器第三节第三节 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第第5章章 执行器执行器 执行器接受来自调节器的调节信号，并将该调节执行器接受来自调节器的调节信号，并将该调节信号转换成相应的角位移量或者直线位移量，去操纵信号转换成相应的角位移量或者直线位移量，去操纵调节机构（调节阀），从而改变被控介质的流量，使调节机构（调节阀），从而改变被控介质的流量，使被调节参数符合工艺要求。被调节参数符合工艺要求。 执行器根据其使用的能源形式可分为执行器根据其使用的能源形式可分为气动气动、电动电动、液动液动和

2、和自力式自力式四大类。四大类。第第5章章 执行器执行器比较项目气动执行器电动执行器液动执行器结构体积推力配管配线动作滞后频率响应维护检修使用场合温度影响成本简单中中较复杂大狭简单防火防爆较小低复杂小小简单小宽复杂隔爆型才防火防爆较大高简单大大复杂小狭简单要注意火花较大高三种执行器的三种执行器的特点特点比较比较第第5章章 执行器执行器电动执行器电动执行器气动执行器气动执行器第第5章章 执行器执行器气动执行器是由气动执行器是由执行机构执行机构和和控制机构控制机构(阀阀)两部分组成。两部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它按控制信号压力的大执行机构是执行器的推动装置，它按控制信号压力的大小产生相应

3、的推力，推动控制机构动作，所以它是小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是。控制机构是执行。控制机构是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，器的控制部分，它直接与被控介质接触，。所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。 辅助装置：阀门定位器辅助装置：阀门定位器 和和手轮机构手轮机构阀门定位器阀门定位器是利用反馈原理改善执行器的性能，使执是利用反馈原理改善执行器的性能，使执行器能按控制器的控制信号实现准确的定位。行器能按控制器的控制信号实现准确的定位。 手轮机构手轮机构的作用是当控制系统因停电、停气、控制器的作用是当控制系统因停电、停气、

4、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阀，以维持生产的正常进行第第5章章 执行器执行器 右图是一种常用右图是一种常用的气动执行器的示意的气动执行器的示意图。执行器上部与气图。执行器上部与气压源相接，当气压增压源相接，当气压增大时，会产生一个气大时，会产生一个气压增量作用在橡胶膜压增量作用在橡胶膜片上，橡胶膜片发生片上，橡胶膜片发生形变，并产生一个推形变，并产生一个推力推动阀杆产生位移力推动阀杆产生位移，从而改变连接在阀，从而改变连接在阀杆上的阀芯与阀座之杆上的阀芯与阀座之间的流通面积，这样间的流通面积，这样就达

5、到了调节流量的就达到了调节流量的目的。目的。第第5章章 执行器执行器正装反装第第5章章 执行器执行器一、气动执行器的结构与分类一、气动执行器的结构与分类1、执行机构气、执行机构气动执行机构主要分为动执行机构主要分为薄膜式薄膜式和和活塞式活塞式两种，其中薄膜式两种，其中薄膜式执行机构最为常用，它可以用做一般调节阀的推动装置执行机构最为常用，它可以用做一般调节阀的推动装置，组成气动薄膜式执行器，习惯上称为气动薄膜调节阀，组成气动薄膜式执行器，习惯上称为气动薄膜调节阀，它的结构简单、价格便宜、维修方便，应用广泛。，它的结构简单、价格便宜、维修方便，应用广泛。 气动活塞式执行机构的推力较大，主要用于大

6、口径气动活塞式执行机构的推力较大，主要用于大口径、高压降调节阀或蝶阀的推动装置。、高压降调节阀或蝶阀的推动装置。 除薄膜式和活塞式之外，还有长行程的执行机构。除薄膜式和活塞式之外，还有长行程的执行机构。它们的行程长、转矩大，适合于输出它们的行程长、转矩大，适合于输出00900的转角和的转角和力矩，如用于蝶阀和风门的推动装置。力矩，如用于蝶阀和风门的推动装置。第第5章章 执行器执行器 气动薄膜式调节阀的执行机构按作用形式来分可气动薄膜式调节阀的执行机构按作用形式来分可分为分为正作用正作用和和反作用反作用两种形式。当来自调节器的两种形式。当来自调节器的信号信号压力增大时，阀杆向下动作的叫正作用执行

7、机构压力增大时，阀杆向下动作的叫正作用执行机构；当；当来自调节器的来自调节器的信号压力增大时，阀杆向上动作的叫反信号压力增大时，阀杆向上动作的叫反作用执行机构作用执行机构。 通常正作用的执行机构被应用在调节阀的口径较通常正作用的执行机构被应用在调节阀的口径较大的情况下。正作用执行机构的的信号压力是通入波大的情况下。正作用执行机构的的信号压力是通入波纹膜片上方的薄膜气室；纹膜片上方的薄膜气室； 反作用执行机构的信号压力是通入波纹膜片反作用执行机构的信号压力是通入波纹膜片下方下方的的薄膜气室。薄膜气室。 国内生产的正作用式执行机构被称为国内生产的正作用式执行机构被称为ZMA型，反型，反作用式执行机

8、构被称为作用式执行机构被称为ZMB型。型。第第5章章 执行器执行器 薄膜式执行机构的工作原理为：输出位移与输入薄膜式执行机构的工作原理为：输出位移与输入气压信号成比例关系。气压信号成比例关系。 当信号压力（通常为当信号压力（通常为0.020.1MPa）通入薄膜气）通入薄膜气室时，在薄膜上产生一个推力，使阀杆移动并压缩弹室时，在薄膜上产生一个推力，使阀杆移动并压缩弹簧，直至弹簧的反作用力与推力相平衡，推杆稳定在簧，直至弹簧的反作用力与推力相平衡，推杆稳定在一个新的位置。信号压力越大，阀杆的位移量也越大一个新的位置。信号压力越大，阀杆的位移量也越大。阀杆的位移即为执行机构的直线输出的位移，也称。阀

9、杆的位移即为执行机构的直线输出的位移，也称行程。行程规格有：行程。行程规格有：10mm、16mm、25mm、40mm、60mm、l00mm等。等。 另外还可以按有、无弹簧划分执行机构的类型，另外还可以按有、无弹簧划分执行机构的类型，可分为有弹簧和无弹簧的执行机构。有弹簧的薄膜式可分为有弹簧和无弹簧的执行机构。有弹簧的薄膜式执行机构最为常用，无弹簧的薄膜式执行机构常用于执行机构最为常用，无弹簧的薄膜式执行机构常用于双位式调节。双位式调节。第第5章章 执行器执行器2、 控制机构控制机构控制机构（控制阀）实际上是一个局部阻力可以改控制机构（控制阀）实际上是一个局部阻力可以改变的节流元件，我们通常把它

10、叫做变的节流元件，我们通常把它叫做调节阀调节阀。调节阀的阀杆上部与橡胶薄膜相连，下部与阀芯相调节阀的阀杆上部与橡胶薄膜相连，下部与阀芯相连，当阀芯在阀体内移动的时候，改变了阀芯与阀连，当阀芯在阀体内移动的时候，改变了阀芯与阀座之间的流通面积，即改变了阀的阻力系数，被控座之间的流通面积，即改变了阀的阻力系数，被控介质的流量也相应地跟着改变，从而达到调节工艺介质的流量也相应地跟着改变，从而达到调节工艺参数的目的。参数的目的。第第5章章 执行器执行器 执行机构和调节机构按照不同的组合方式可以实执行机构和调节机构按照不同的组合方式可以实现气开式和气关式两种调节。由于执行机构有正、反现气开式和气关式两种

11、调节。由于执行机构有正、反两种作用方式，调节机构也有正、反两种作用方式，两种作用方式，调节机构也有正、反两种作用方式，推杆下移时阀门关小为正推杆下移时阀门关小为正（也叫阀芯正装），（也叫阀芯正装），推杆下推杆下移时阀门开大为负移时阀门开大为负（也叫阀芯反装），因此可以有四（也叫阀芯反装），因此可以有四种组合方式组成气开或气关型式的调节型式，种组合方式组成气开或气关型式的调节型式，气开式气开式是输入气压越高时开度越大，而在气源断开时则全关是输入气压越高时开度越大，而在气源断开时则全关，故称，故称FC型；型；气关式气关式是输入气压越高时开度越小，而是输入气压越高时开度越小，而在气源断开时则全开，故

12、称在气源断开时则全开，故称FO型。型。第第5章章 执行器执行器四种组合四种组合 反作用反作用正作用正作用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入入P入入P入入P入入QQQQQ第第5章章 执行器执行器二、气动薄膜调节阀的类型二、气动薄膜调节阀的类型 根据不同的使用场合和使用要求，我们需要选择根据不同的使用场合和使用要求，我们需要选择不同的调节阀的结构型式，主要的气动薄膜调节阀的不同的调节阀的结构型式，主要的气动薄膜调节阀的类型有以下几种：类型有以下几种：第第5章章 执行器执行器（l）直通单座调节阀）直通单座调节阀 直通单座阀的阀体内只直通单座阀的阀体内只有一个阀芯与阀座，如右图有一个

13、阀芯与阀座，如右图所示。流体从左侧流入，从所示。流体从左侧流入，从右侧流出。其特点是结构简右侧流出。其特点是结构简单、泄露量小，易于保证关单、泄露量小，易于保证关闭，甚至完全切断。缺点是闭，甚至完全切断。缺点是在压差比较大的时候，流体在压差比较大的时候，流体对阀芯上下作用的推力不平对阀芯上下作用的推力不平衡，这种不平衡力会影响阀衡，这种不平衡力会影响阀芯的移动。因此这种阀一般芯的移动。因此这种阀一般应用在小口径、低压差的场应用在小口径、低压差的场合。合。 但目前已有大口径的但目前已有大口径的单座阀。单座阀。第第5章章 执行器执行器第第5章章 执行器执行器（2）直通双座调节阀）直通双座调节阀 阀

14、体内有两个阀芯和阀座，如阀体内有两个阀芯和阀座，如右图所示。右图所示。 流体从左侧流入，经过上下阀流体从左侧流入，经过上下阀芯后流体再汇合到一起，再从调节芯后流体再汇合到一起，再从调节阀的右侧流出。直通双座调节阀是阀的右侧流出。直通双座调节阀是最常用的一种类型，其特点是由于最常用的一种类型，其特点是由于流体流过的时候，作用在上、下两流体流过的时候，作用在上、下两个阀芯上的推力方向相反而大小近个阀芯上的推力方向相反而大小近于相等，可以相互抵消，所以不平于相等，可以相互抵消，所以不平衡力小。但是，由于加工的限制，衡力小。但是，由于加工的限制，上下两个阀芯阀座不易保证同时密上下两个阀芯阀座不易保证同

15、时密闭，因此泄露量较大。闭，因此泄露量较大。 第第5章章 执行器执行器（3）角形调节阀）角形调节阀 角形阀角形阀的两个接管呈直角形，流的两个接管呈直角形，流体从底部进入，然后流经体从底部进入，然后流经阀芯后从阀侧流出，如右阀芯后从阀侧流出，如右图所示。这种阀的流路简图所示。这种阀的流路简单、阻力较小，适用于安单、阻力较小，适用于安装现场管道要求用直角连装现场管道要求用直角连接、介质为高粘度、高压接、介质为高粘度、高压差和含有少量悬浮物和固差和含有少量悬浮物和固体颗粒状的场合。体颗粒状的场合。第第5章章 执行器执行器（4）三通调节阀）三通调节阀 三通阀有三个流体出入口。其流通方式三通阀有三个流体

16、出入口。其流通方式有两种：（有两种：（a）合流（两种介质混合成一路）型；（）合流（两种介质混合成一路）型；（b）分）分流（一种介质分成两路）型，分别如下图（流（一种介质分成两路）型，分别如下图（a）、（）、（b）所）所示。可用一个三通阀来实现两个直通阀的功能，适用于配示。可用一个三通阀来实现两个直通阀的功能，适用于配比调节与旁路调节。比调节与旁路调节。 在实际应用中，三通阀常用于换热器旁路调节。在实际应用中，三通阀常用于换热器旁路调节。 第第5章章 执行器执行器第第5章章 执行器执行器 （5）隔膜调节阀）隔膜调节阀 它采用它采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜，耐腐蚀衬里的阀体和隔膜，如右图所示。隔膜阀

17、的特点如右图所示。隔膜阀的特点是结构简单、流阻小，流通是结构简单、流阻小，流通能力比同口径的其他种类的能力比同口径的其他种类的阀要大。由于介质用隔膜与阀要大。由于介质用隔膜与外界隔离，故无填料，介质外界隔离，故无填料，介质也不会泄露。这种阀耐腐蚀也不会泄露。这种阀耐腐蚀性强，适用于强酸、强碱、性强，适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的调节，也能强腐蚀性介质的调节，也能用于高粘度及悬浮颗粒状的用于高粘度及悬浮颗粒状的介质的调节。介质的调节。 第第5章章 执行器执行器（6）蝶阀）蝶阀 也称翻板阀，也称翻板阀，如右图所示。如右图所示。 蝶阀的特点是结构简蝶阀的特点是结构简单、重量轻、价格便宜、单、重量轻

18、、价格便宜、流阻极小。但泄露量大，流阻极小。但泄露量大，适用于口径较大、大流量适用于口径较大、大流量、低压差的场合，也可以、低压差的场合，也可以用于含少量悬浮颗粒介质用于含少量悬浮颗粒介质的调节。的调节。 第第5章章 执行器执行器第第5章章 执行器执行器第第5章章 执行器执行器 （7）球阀）球阀 球阀是阀芯与阀体都呈球形的调节阀，转动球阀是阀芯与阀体都呈球形的调节阀，转动阀芯使之与阀体处于不同的相对位置时，就具有不同的阀芯使之与阀体处于不同的相对位置时，就具有不同的流通面积，以达到流量调节的目的，如下图所示。流通面积，以达到流量调节的目的，如下图所示。 球阀阀芯有球阀阀芯有“V型和型和“O”型

19、两种开口型式，分别如型两种开口型式，分别如图（图（a）、（）、（b）所示。）所示。 第第5章章 执行器执行器第第5章章 执行器执行器（8）凸轮挠曲阀）凸轮挠曲阀 通常也叫偏心旋转阀。它的扇形球面通常也叫偏心旋转阀。它的扇形球面状阀芯与挠曲臂及轴套一起铸成，固定在转动轴上，如状阀芯与挠曲臂及轴套一起铸成，固定在转动轴上，如下图所示。凸轮挠曲阀的侥曲臂在压力作用下能产生挠下图所示。凸轮挠曲阀的侥曲臂在压力作用下能产生挠曲变形，使阀芯球面与阀座密封圈紧密接触，密封性好曲变形，使阀芯球面与阀座密封圈紧密接触，密封性好。同时，它的重量轻、体积小、安装方便，适用于高粘。同时，它的重量轻、体积小、安装方便，

20、适用于高粘度或带有悬浮物的介质流量调节。度或带有悬浮物的介质流量调节。 第第5章章 执行器执行器第第5章章 执行器执行器又名套筒型调节阀，它的阀体与一般的直通单座阀相又名套筒型调节阀，它的阀体与一般的直通单座阀相似，如下图所示。笼式阀内有一个圆柱形套筒（笼子似，如下图所示。笼式阀内有一个圆柱形套筒（笼子）。套筒壁上有一个或几个不同形状的孔（窗口），）。套筒壁上有一个或几个不同形状的孔（窗口），利用套筒导向，阀芯在套筒内上下移动，由于这种移利用套筒导向，阀芯在套筒内上下移动，由于这种移动改变了笼子的节流孔面积，就形成了各种特性并实动改变了笼子的节流孔面积，就形成了各种特性并实现流量调节。笼式阀的

21、可调比大、振动小、不平衡力现流量调节。笼式阀的可调比大、振动小、不平衡力小、结构简单、套筒互换性好，更换不同的套筒（窗小、结构简单、套筒互换性好，更换不同的套筒（窗口形状不同）即可得到不同的流量特性，阀内部件所口形状不同）即可得到不同的流量特性，阀内部件所受的气蚀小、噪音小，是一种性能优良的阀，特别适受的气蚀小、噪音小，是一种性能优良的阀，特别适用于要求低噪音及压差较大的场合，但不适于高温、用于要求低噪音及压差较大的场合，但不适于高温、高粘度及含有固体颗粒的流体。高粘度及含有固体颗粒的流体。（9）笼式阀）笼式阀第第5章章 执行器执行器名称控制阀种类单座、双座角型阀三通阀高压阀低温阀隔膜阀不带定

22、位器带定位器不带定位器带定位器不带定位器带定位器不带定位器带定位器不带定位器带定位器非线性偏差 %41444161101反行程变差 %2.512.512.515161灵敏限 %1.50.31.50.31.50.320.330.3流通能力误差 %10（C5为15）101010（C5为15）20流量特性误差 %10（C5为15）101010（C5为15）允许泄漏量 %单座、角型0.01双座0.10.10.01单座、0.01双座0.1无泄漏第第5章章 执行器执行器 除以上所介绍的阀以外，还有一些特殊的调节阀。除以上所介绍的阀以外，还有一些特殊的调节阀。例如小流量阀适用于小流量的精密调节，超高压阀适用

23、例如小流量阀适用于小流量的精密调节，超高压阀适用于高静压、高压差的场合。于高静压、高压差的场合。第第5章章 执行器执行器二、控制阀的流量特性（工作流量特性）二、控制阀的流量特性（工作流量特性） 调节阀的调节阀的流量特性流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）间的关系：与阀门的相对开度（相对位移）间的关系： 式中相对流量式中相对流量 QQmax是调节阀某一开度时流量是调节阀某一开度时流量 Q与全开与全开时时 Qmax之比。相对开度之比。相对开度 llmax（或（或l/L）是调节阀某一开度）是调节阀某一开度行程行程l与全开行程与全开行程lma

24、x（或（或L）之比。）之比。第第5章章 执行器执行器 1调节阀的理想流量特性调节阀的理想流量特性 在不考虑调节阀前后压在不考虑调节阀前后压差变化时得到的流量特性称差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。它取决于为理想流量特性。它取决于阀芯的形状（如右图），主阀芯的形状（如右图），主要有直线、等百分比（对数要有直线、等百分比（对数）、抛物线及快开等几种。）、抛物线及快开等几种。第第5章章 执行器执行器（1）直线型）直线型 阀芯的流量特性为线性，是指调节阀的相对流量与相阀芯的流量特性为线性，是指调节阀的相对流量与相对开度呈线性关系，即单位位移变化所引起的流量变化是对开度呈线性关系，即单位位移变化所

25、引起的流量变化是常数。可表示为常数。可表示为式中式中K为常数，即调节阀的为常数，即调节阀的放大系数放大系数。将上式积分可得。将上式积分可得 第第5章章 执行器执行器 上式中上式中 C为为积分常数积分常数。边界条件为：。边界条件为：l=0时，时， QQmin（ Qmin为调节阀能调节的最小流量）；为调节阀能调节的最小流量）； l=lmax时，时， QQmax。边界条件代入前式，可分别得：。边界条件代入前式，可分别得： 式中式中 R为调节阀所能调节的最大流量为调节阀所能调节的最大流量 Qmax与最小流量与最小流量Qmin的比值，称为调节阀的的比值，称为调节阀的可调范围可调范围或或可调比可调比。 Q

26、min并不等于调节阀全关时的泄露量，一般它是并不等于调节阀全关时的泄露量，一般它是Qmax的的2%4%。国产调节阀理想可调范围。国产调节阀理想可调范围R为为30（这（这是对于直通单座、直通双座和角形阀而言的。隔膜阀是对于直通单座、直通双座和角形阀而言的。隔膜阀的可调范围为的可调范围为10）。）。第第5章章 执行器执行器将式（将式（5-1-7）代入式（）代入式（5-1-6），可得：），可得： 上式表明上式表明QQmax与与lL之间呈线性关系，在直角之间呈线性关系，在直角坐标上是一条直线（如右坐标上是一条直线（如右图中直线图中直线2所示）。所示）。 第第5章章 执行器执行器 这种流量特性的阀芯在作

27、单位行程变化时，引起这种流量特性的阀芯在作单位行程变化时，引起的流量变化相同。的流量变化相同。 例如，阀位分别处于例如，阀位分别处于10%、50%、80%的位置时的位置时，使行程再变化，使行程再变化10%，所引起的流量变化均为，所引起的流量变化均为10%。但是，相对变化量则分别为但是，相对变化量则分别为100%、20%、12.5%。 可见，在小流量（小开度）时相对变化大，大流可见，在小流量（小开度）时相对变化大，大流量（大开度）时，相对变化小。即小开度时控制作用量（大开度）时，相对变化小。即小开度时控制作用强，大开度时控制作用弱。因此，强，大开度时控制作用弱。因此，直线型阀门不适合直线型阀门不

28、适合负荷变化大的对象的控制负荷变化大的对象的控制。第第5章章 执行器执行器（2）等百分比型（对数流量特性）等百分比型（对数流量特性）调节阀的放大系数随相对流量的增加而增大。用数学调节阀的放大系数随相对流量的增加而增大。用数学式表示为式表示为 （5-1-6）将式（将式（5-1-6）积分得）积分得将前述边界条件代入，可得将前述边界条件代入，可得 最后得最后得 第第5章章 执行器执行器 相对开度与相对流量成对数关系相对开度与相对流量成对数关系。曲线斜率（图。曲线斜率（图5-1-4中曲线中曲线4所示）即放大系数随行程的增大而增大。所示）即放大系数随行程的增大而增大。在同样的行程变化值下，流量小时，流量

29、变化小，调在同样的行程变化值下，流量小时，流量变化小，调节平稳缓和；流量大时，流量变化大，调节灵敏有效节平稳缓和；流量大时，流量变化大，调节灵敏有效。第第5章章 执行器执行器（3）抛物线型）抛物线型 QQmax与与 lL之间成抛物线关系，在直角坐标上之间成抛物线关系，在直角坐标上为一条抛物线，它介于直线及对数曲线之间。数学表达为一条抛物线，它介于直线及对数曲线之间。数学表达式为：式为： 这种流量特性在开度较小时就有较大流量，随开度增这种流量特性在开度较小时就有较大流量，随开度增大，流量很快就达到最大，故称为大，流量很快就达到最大，故称为快开特性快开特性。快开特性的。快开特性的阀芯形式是平板形的

30、，阀芯形式是平板形的，适用于迅速启闭的切断阀或双位调适用于迅速启闭的切断阀或双位调节系统节系统。 第第5章章 执行器执行器（4）快开型）快开型 这种流量特性在开度较小时就有较大流量，随这种流量特性在开度较小时就有较大流量，随开度增大，流量很快就达到最大，故称为快开特性开度增大，流量很快就达到最大，故称为快开特性。快开特性的阀芯形式是平板形的，适用于迅速启。快开特性的阀芯形式是平板形的，适用于迅速启闭的切断阀或双位调节系统。闭的切断阀或双位调节系统。 第第5章章 执行器执行器2调节阀的工作流量特性调节阀的工作流量特性 在实际生产中，在实际生产中，调节阀前后压差总是变化的调节阀前后压差总是变化的，

31、这时，这时的流量特性称为的流量特性称为工作流量特性工作流量特性。第第5章章 执行器执行器（1）串联管道的工作流量特性）串联管道的工作流量特性 以下图所示串联系统为例来讨论，系统总压差以下图所示串联系统为例来讨论，系统总压差P等于等于管路系统（除调节阀外的全部设备和管道的各局部阻力之和管路系统（除调节阀外的全部设备和管道的各局部阻力之和）的压差）的压差P2与调节阀的压差与调节阀的压差P1之和（图之和（图5-1-5）。以）。以S表示表示调节阀全开时阀上压差与系统总压差调节阀全开时阀上压差与系统总压差（即系统中最大流量时（即系统中最大流量时动力损失总和）动力损失总和）之比之比。以。以Qmax表示管道

32、阻力等于零时调节阀表示管道阻力等于零时调节阀的全开流量的全开流量，此时阀上压差为系统总压差。，此时阀上压差为系统总压差。 第第5章章 执行器执行器 于是可得串联管道以于是可得串联管道以Qmax作参比值的工作流量特性，作参比值的工作流量特性，如图所示如图所示 第第5章章 执行器执行器 图中图中S=1时，管道阻力损失为零，系统总压差全降时，管道阻力损失为零，系统总压差全降在阀上，工作特性与理想特性一致。随着在阀上，工作特性与理想特性一致。随着S值的减小，值的减小，直线特性渐渐趋近于快开特性，等百分比特性渐渐接直线特性渐渐趋近于快开特性，等百分比特性渐渐接近于直线特性。所以，在实际使用中，一般希望近

33、于直线特性。所以，在实际使用中，一般希望S值不值不低于低于0.30.5。 在现场使用中，如调节阀选得过大或生产在低在现场使用中，如调节阀选得过大或生产在低负荷状态，调节阀将工作在小开度。有时，为了使负荷状态，调节阀将工作在小开度。有时，为了使调节阀有一定的开度而把工艺阀门关小些以增加管调节阀有一定的开度而把工艺阀门关小些以增加管道阻力，使流过调节阀的流量降低，这样，道阻力，使流过调节阀的流量降低，这样，S值下降值下降，使流量特性畸变，调节质量恶化。，使流量特性畸变，调节质量恶化。第第5章章 执行器执行器（2）并联管道的工作流量特性）并联管道的工作流量特性 调节阀一般都装有旁路调节阀一般都装有旁

34、路，以便手动操作和维护。，以便手动操作和维护。当生产量提高或调节阀选当生产量提高或调节阀选小了时，只好将旁路阀打小了时，只好将旁路阀打开一些，此时调节阀的理开一些，此时调节阀的理想流量特性就改变成为工想流量特性就改变成为工作特性。作特性。 右图表示并联管道时右图表示并联管道时的情况。显然这时管路的的情况。显然这时管路的总流量总流量 Q是调节阀流量是调节阀流量Q1与旁路流量与旁路流量Q2之和，即之和，即Q=Q1+Q2。第第5章章 执行器执行器 若以若以x代表并联管道时调节阀全开时的流量代表并联管道时调节阀全开时的流量Q1max与与总管最大流量总管最大流量Qmax之比之比，可以得到在压差，可以得到

35、在压差P为一定，为一定，而而x为不同数值时的工作流量特性，如下图所示。为不同数值时的工作流量特性，如下图所示。 第第5章章 执行器执行器 图中纵坐标流量以总管最大流量图中纵坐标流量以总管最大流量Qmax为参比值。为参比值。由图可见，当由图可见，当x=1，即旁路阀逐渐打开，虽然阀本身的，即旁路阀逐渐打开，虽然阀本身的流量特性变化不大，但可调范围大大降低了。调节阀流量特性变化不大，但可调范围大大降低了。调节阀关闭，即关闭，即lL0时，流量时，流量Qmin比调节阀本身的比调节阀本身的Q1min大大得多。同时，在实际使用中总存在着串联管道阻力的得多。同时，在实际使用中总存在着串联管道阻力的影响，调节阀

36、上的压差还会随流量增加而降低，使可影响，调节阀上的压差还会随流量增加而降低，使可调范围下降得更多些，调节阀在工作过程中所能调节调范围下降得更多些，调节阀在工作过程中所能调节的流量变化范围更小，甚至几乎不起调节作用。所以的流量变化范围更小，甚至几乎不起调节作用。所以，采用打开旁路阀的调节方案是不好的，采用打开旁路阀的调节方案是不好的，一般认为旁一般认为旁路流量最多只能是总流量的百分之十几，即路流量最多只能是总流量的百分之十几，即x值最小不值最小不低于低于08。第第5章章 执行器执行器 综合上述串、并联管道的情况，可得如下综合上述串、并联管道的情况，可得如下结论：结论： 1、串、并联管道都会使阀的

37、理想流量特性发生畸、串、并联管道都会使阀的理想流量特性发生畸变，串联管道的影响尤为严重。变，串联管道的影响尤为严重。 2、串、并联管道都会使调节阀的可调范围降低，、串、并联管道都会使调节阀的可调范围降低，并联管道尤为严重。并联管道尤为严重。 3、串联管道使系统总流量减少，并联管道使系统、串联管道使系统总流量减少，并联管道使系统总流量增加。总流量增加。 4、串、并联管道会使调节阀的放大系数减小，即、串、并联管道会使调节阀的放大系数减小，即输入信号变化引起的流量变化值减少。串联管道调节输入信号变化引起的流量变化值减少。串联管道调节阀处于大开度时，阀处于大开度时，s值降低对放大系数的影响更为严重值降

38、低对放大系数的影响更为严重；并联管道调节阀处于小开度时，；并联管道调节阀处于小开度时，x值降低对放大系数值降低对放大系数的影响更为严重。的影响更为严重。第第5章章 执行器执行器三、控制阀的选择三、控制阀的选择 选用调节阀时，一般要根据被调介质的特点（温度选用调节阀时，一般要根据被调介质的特点（温度、压力、腐蚀性、粘度等）、调节要求、安装地点等因、压力、腐蚀性、粘度等）、调节要求、安装地点等因素，参考各种类型调节阀的特点合理地选用。在具体选素，参考各种类型调节阀的特点合理地选用。在具体选用时，一般考虑下列几个主要方面的问题。用时，一般考虑下列几个主要方面的问题。 第第5章章 执行器执行器 1调节

39、阀的结构选择调节阀的结构选择 调节阀的结构选择需要考虑到两点：调节阀的结构选择需要考虑到两点： （1）调节介质的工艺条件调节介质的工艺条件，如温度、压力及介质的物，如温度、压力及介质的物理、化学特性（如腐蚀性、粘度等）来选择。例如强腐理、化学特性（如腐蚀性、粘度等）来选择。例如强腐蚀介质可采用隔膜阀、高温介质可选用带翅形散热片的蚀介质可采用隔膜阀、高温介质可选用带翅形散热片的结构形式。结构形式。第第5章章 执行器执行器 （2）调节阀的结构形式确定以后，还需要）调节阀的结构形式确定以后，还需要确定确定调节阀的流量特性调节阀的流量特性（即阀芯的形状），一般是先按（即阀芯的形状），一般是先按调节系统

40、的特点来选择阀的希望的流量特性，然后调节系统的特点来选择阀的希望的流量特性，然后再考虑工艺配管情况来选择相应的理想流量特性。再考虑工艺配管情况来选择相应的理想流量特性。使调节阀安装在具体的管道系统中时，使调节阀安装在具体的管道系统中时，畸变后的工畸变后的工作流量特性能满足调节系统对它的要求作流量特性能满足调节系统对它的要求。目前使用。目前使用比较多的是等百分比流量特性。比较多的是等百分比流量特性。第第5章章 执行器执行器 2调节阀气开、气关形式的选择调节阀气开、气关形式的选择 气开、气关的选择主要从工艺生产的安全要求出气开、气关的选择主要从工艺生产的安全要求出发。考虑原则是：发。考虑原则是：信

41、号压力中断时，应保证设备和操信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全作人员的安全。如果阀处于打开位置时危害小，则应。如果阀处于打开位置时危害小，则应选用气关式，以使气源系统发生故障，即气源中断时选用气关式，以使气源系统发生故障，即气源中断时，阀门能自动打开，保证安全。反之，阀处于关闭时，阀门能自动打开，保证安全。反之，阀处于关闭时危害小，则应选用气开阀，例如，加热炉燃料气或燃危害小，则应选用气开阀，例如，加热炉燃料气或燃料油应采用气开式调节阀，即当信号中断时应切断进料油应采用气开式调节阀，即当信号中断时应切断进炉燃料，以免炉温过高造成事故。又如调节进入设备炉燃料，以免炉温过高造成事故。又如调

42、节进入设备易燃气体的调节阀，也应选用气开式，以防爆炸，若易燃气体的调节阀，也应选用气开式，以防爆炸，若介质为易结晶物料，则选用气关式，以防堵塞。介质为易结晶物料，则选用气关式，以防堵塞。 第第5章章 执行器执行器3.调节阀流量特性和口径的选择调节阀流量特性和口径的选择 调节阀口径选择得合适与否将会直接影响到调节效调节阀口径选择得合适与否将会直接影响到调节效果。口径选择得过小，会使流经调节阀的介质达不到果。口径选择得过小，会使流经调节阀的介质达不到所需要的最大流量。在大的干扰情况下，系统会因介所需要的最大流量。在大的干扰情况下，系统会因介质流量（即操纵变量的数值）的不足而失控，因而使质流量（即操

43、纵变量的数值）的不足而失控，因而使调节效果变差，此时若企图通过开大分路阀来弥补介调节效果变差，此时若企图通过开大分路阀来弥补介质流量的不足，则会使阀的流量特性产生畸变；口径质流量的不足，则会使阀的流量特性产生畸变；口径选择得过大，不仅会浪费设备投资，而且会使调节阀选择得过大，不仅会浪费设备投资，而且会使调节阀经常处于小开度工作，调节性能也会变差，容易使调经常处于小开度工作，调节性能也会变差，容易使调节系统变得不稳定。节系统变得不稳定。第第5章章 执行器执行器 调节阀的口径选择是由调节阀流量系数调节阀的口径选择是由调节阀流量系数C决定的决定的。流量系数。流量系数C的定义为：的定义为：在给定的行程

44、下，当阀两端在给定的行程下，当阀两端压差为压差为100kPa，流体密度为，流体密度为lg/cm3时，流经调节阀的时，流经调节阀的流体流量（以流体流量（以m3/h表示）。表示）。例如，某一调节阀在给定例如，某一调节阀在给定的行程下，当阀两端压差为的行程下，当阀两端压差为100 kPa 时，如果流经阀时，如果流经阀的水流量为的水流量为 40m3/h，则该调节阀的流量系数，则该调节阀的流量系数 C值为值为 40。第第5章章 执行器执行器 调节阀的调节阀的C值表示值表示调节阀容量的大小调节阀容量的大小，是表示调节，是表示调节阀流通能力的参数。因此，调节阀流量系数阀流通能力的参数。因此，调节阀流量系数C

45、亦可称为亦可称为调节阀的流通能力调节阀的流通能力。对于不可压缩的流体，且阀前后压。对于不可压缩的流体，且阀前后压差差P1-P2不太大（即流体为非阻塞流）时，其流量系数不太大（即流体为非阻塞流）时，其流量系数C的计算公式为的计算公式为式中：式中：n流体密度；流体密度；nP1，P2阀前后的差压（阀前后的差压（kPa）；）；nQ流经阀的流量（流经阀的流量（m3h）。）。第第5章章 执行器执行器 从上式可以看出，如果调节阀前后压差从上式可以看出，如果调节阀前后压差P1P2保持保持为为100kPa，流经阀的水（，流经阀的水（=lg/cm3）流量）流量 Q即为该阀的即为该阀的C值。值。 调节阀全开时的流量

46、系数调节阀全开时的流量系数C100（即行程为（即行程为100时时的的C值），称为调节阀的值），称为调节阀的最大流量系数最大流量系数Cmax。Cmax与调与调节阀的口径大小有着直接的关系。因此，调节阀口径的节阀的口径大小有着直接的关系。因此，调节阀口径的选择实质上就是根据特定的工艺条件（即给定的介质流选择实质上就是根据特定的工艺条件（即给定的介质流量，阀前后的压差以及介质的物性参数等）进行量，阀前后的压差以及介质的物性参数等）进行Cmax值值的计算，然后按调节阀生产厂家的产品目录，选出相应的计算，然后按调节阀生产厂家的产品目录，选出相应的调节阀口径，使得通过调节阀的流量满足工艺要求的的调节阀口径

47、，使得通过调节阀的流量满足工艺要求的最大流量且留有一定的裕度，但裕度不宜过大。最大流量且留有一定的裕度，但裕度不宜过大。第第5章章 执行器执行器4、气动执行器的安装和维护、气动执行器的安装和维护第第5章章 执行器执行器气动执行器的正确安装和维护，是保证它能发挥应有效气动执行器的正确安装和维护，是保证它能发挥应有效用的重要一环。对气动执行器的安装和维护一般应注意用的重要一环。对气动执行器的安装和维护一般应注意以下几个问题以下几个问题:(1)为便于维护检修，气动执行器应安装在靠近地面或为便于维护检修，气动执行器应安装在靠近地面或楼板的地方楼板的地方。当装有阀门定位器或手轮机构时，更应保。当装有阀门

48、定位器或手轮机构时，更应保证观察、调整和操作的方便。手轮机构的作用是证观察、调整和操作的方便。手轮机构的作用是:在开在开停车或事故情况下，可以用它来直接人工操作控制阀，停车或事故情况下，可以用它来直接人工操作控制阀，而不用气压驱动。而不用气压驱动。(人性化人性化)(2)气动执行器应安装在气动执行器应安装在环境温度不高于环境温度不高于+60和不低于和不低于-40的地方，并应远离振动较大的设备的地方，并应远离振动较大的设备。为了避免膜。为了避免膜片受热老化，控制阀的上膜盖与载热管道或设备之间的片受热老化，控制阀的上膜盖与载热管道或设备之间的距离应大于距离应大于 200 mm。（保障）（保障）第第5

49、章章 执行器执行器(3)阀的公称通径与管道公称通径不同时，两者之间应阀的公称通径与管道公称通径不同时，两者之间应加一段加一段异径管异径管。（需求）。（需求）(4)气动执行器应该是气动执行器应该是正立垂直安装于水平管道上正立垂直安装于水平管道上。特。特殊情况下需要水平或倾斜安装时，除小口径阀外，一般殊情况下需要水平或倾斜安装时，除小口径阀外，一般应加支撑。即使正立垂直安装，当阀的自重较大和有振应加支撑。即使正立垂直安装，当阀的自重较大和有振动场合时，也应加支撑。动场合时，也应加支撑。（需求）（需求）(5)通过控制阀的通过控制阀的流体方向在阀体上有箭头标明流体方向在阀体上有箭头标明，不能，不能装反

50、，正如孔板不能反装一样。装反，正如孔板不能反装一样。(标准标准)(6)控制阀控制阀前后一般要各装一只切断阀，以便修理时拆前后一般要各装一只切断阀，以便修理时拆下控制阀下控制阀。考虑到控制阀发生故障或维修时，不影响工。考虑到控制阀发生故障或维修时，不影响工艺生产的继续进行，一般应装旁路阀，如图艺生产的继续进行，一般应装旁路阀，如图5-1-11所示所示。（施工）。（施工）第第5章章 执行器执行器7)控制阀控制阀安装前，应对管路进行清洗安装前，应对管路进行清洗，排去污物和焊渣，排去污物和焊渣。安装后还应再次对管路和阀门进行清洗，并检查阀门。安装后还应再次对管路和阀门进行清洗，并检查阀门与管道连接处的密封性能。当初次通人介质时，应使阀与管道连接处的密封性能。当初次通人介质时，应使阀门处于全开位置以免杂质卡住门处于全开位置以免杂质卡住。（施工）。（施工）(8)在日常使用中，要在日常使用中，要对控制阀经常维护和定期检修对控制阀经常维护和定期检修。应注意填料的密封情况和阀杆上下移动的情况是否良好应注意填料的密封情况和阀杆上下移动的情况是否良好，气路接头及膜片有否漏气等、检修时重点