第10章执行器

1、执行机构产生直线产生直线转角位移转角位移调节机构改变阀改变阀门开度门开度d执行器：俗称调节阀。执行器：俗称调节阀。d作用：接受控制器输出的操纵信号作用：接受控制器输出的操纵信号MMv v、改变操纵变量、改变操纵变量q q、使被控变量、使被控变量 回到给定值。回到给定值。概述概述d组成：组成：1-1-执行机构执行机构（产生直线、转角位移）（产生直线、转角位移）； 2- 2-调节机构调节机构（改变阀门开度、控制介质流量）（改变阀门开度、控制介质流量）第一节第一节 执行机构执行机构 d接受气压操纵信号接受气压操纵信号(0.02-0.1MPa)(0.02-0.1MPa)，转换为对应的位移，推动调节机构

2、。转换为对应的位移，推动调节机构。一、气动薄膜执行机构一、气动薄膜执行机构d分类：电动、气动、液动、自力式。分类：电动、气动、液动、自力式。 (1).气动执行机构：结构简单、动作可靠、维护方便、安全防爆，需专用气源。气动执行机构：结构简单、动作可靠、维护方便、安全防爆，需专用气源。 (2).电动执行机构：易于电动仪表配合，电源便捷。结构复杂、无本安防爆。电动执行机构：易于电动仪表配合，电源便捷。结构复杂、无本安防爆。 (3).液动执行机构：功率大、定位准确，需液压系统，结构复杂、维护困难。液动执行机构：功率大、定位准确，需液压系统，结构复杂、维护困难。d气动执行机构类型：薄膜式、活塞式两类。气

3、动执行机构类型：薄膜式、活塞式两类。d结构：结构：由上下膜盖、橡胶膜片、弹簧、由上下膜盖、橡胶膜片、弹簧、推杆、支架、调节件、密封件组成。推杆、支架、调节件、密封件组成。 00PPCALL 1 1、无负载状态：、无负载状态：d不考虑调节机构反力和摩擦力。操纵信号压力不考虑调节机构反力和摩擦力。操纵信号压力P在膜片在膜片A上产生上产生作用力作用力: F=P.A使膜片使膜片-推杆下移推杆下移 L压缩弹簧压缩弹簧 产生弹性反力产生弹性反力: F=C.L当当F=F平衡时平衡时，推杆稳定。推杆稳定。d推杆位移推杆位移L与信号压力与信号压力P成线性关系。成线性关系。 2 2、有负载状态：、有负载状态： C

4、FPPCALLl 003 3、阀门定位器、阀门定位器d作用：使阀杆位移作用：使阀杆位移L与信号与信号Po成正比成正比( (定位定位) )，消除阀芯不平衡力的影响。，消除阀芯不平衡力的影响。a ab b(1). 气动阀门定位器气动阀门定位器气动放大器原理气动放大器原理：挡板挡板喷嘴喷嘴Pb输出输出膜片膜片锥锥-球阀芯球阀芯气源气源恒节流孔恒节流孔a ab b 气动执行机构气动执行机构8 阀杆下移阀杆下移l l 反馈板反馈板5偏转偏转 副杠杆副杠杆6偏转偏转 反馈弹簧反馈弹簧11拉伸拉伸 弹性反力弹性反力 f = k. .l l 当杠杆上力矩平衡：当杠杆上力矩平衡：dl- l-p成正比关系。实现了

5、信号成正比关系。实现了信号p对阀位对阀位 l l 的控制定位。的控制定位。 d操纵信号操纵信号p波纹管波纹管1产生力产生力F=AB.p主杠杆主杠杆2偏转偏转杠杆下杠杆下端右移端右移挡板挡板13靠近喷嘴靠近喷嘴14喷气阻力喷气阻力气动放大器气动放大器16放大放大P 0 0p pp pk kb bA Aa aB B 0 0l l- -l l(2).(2).电电- -气阀门定位器气阀门定位器d作用：将作用：将4-20mA电动调节信号电动调节信号Io转换为转换为20-100KPa气压调节信号气压调节信号 Po，并使阀杆位移，并使阀杆位移L与输入信号与输入信号Io准确定位。准确定位。d结构原理：与气动定

6、位器相似，电磁线圈将信号电流结构原理：与气动定位器相似，电磁线圈将信号电流 I0转换成力转换成力F 作用于杠杆，取代波纹管。作用于杠杆，取代波纹管。LI。成正比关系。成正比关系。2、原理d电流调节信号Io通过线圈产生磁场受磁铁1作用杠杆3受力: F=Ki.Io偏转杠杆下端右移挡板14靠近喷嘴15气动放大器17放大 输出P气动执行机构9阀杆下移拉杆10反馈板6偏转 反馈杆7偏转反馈弹簧12拉伸弹性反力f= K.L 当杠杆上力矩平衡时：000IbKaKLbLKaIKbLKbfMaIKaFMiii 二、气动活塞式执行机构二、气动活塞式执行机构d结构结构：活塞、气缸：活塞、气缸d原理原理：通过活塞两边

7、气缸的充、放气实现活塞及推杆的直线位移。：通过活塞两边气缸的充、放气实现活塞及推杆的直线位移。d特点特点：由于无弹簧反力定位作用，所以必需与气动阀门定位器配合使用，：由于无弹簧反力定位作用，所以必需与气动阀门定位器配合使用，才能保证阀位与控制信号相对应。才能保证阀位与控制信号相对应。d类型：单汽缸式、双汽缸式、有弹簧式、无弹簧式类型：单汽缸式、双汽缸式、有弹簧式、无弹簧式一、组成与类型d基本组成：阀座、阀芯、阀杆、阀体基本组成：阀座、阀芯、阀杆、阀体1 1、直行程调节阀：、直行程调节阀：直通单、双座阀、角阀、三通阀、套筒阀等。直通单、双座阀、角阀、三通阀、套筒阀等。第二节第二节 调节机构调节机

8、构2、角行程调节阀：、角行程调节阀： 蝶阀、球阀、凸轮挠曲阀等。蝶阀、球阀、凸轮挠曲阀等。特点：.直通单座阀：泄漏量小、不平衡力大。直通单座阀：泄漏量小、不平衡力大。.直通双座阀：泄漏量大、不平衡力小。直通双座阀：泄漏量大、不平衡力小。.角阀：流路简单、阻力小、便于自净、清洗。角阀：流路简单、阻力小、便于自净、清洗。.三通阀：适于分流、合流调节。三通阀：适于分流、合流调节。.套筒阀：密封严、不平衡力小、无震动、流量特性改变简单。套筒阀：密封严、不平衡力小、无震动、流量特性改变简单。.蝶阀：结构简单、压损小、泄露大。蝶阀：结构简单、压损小、泄露大。.球阀：流路简单、泄露小、流通力大。球阀：流路简

9、单、泄露小、流通力大。.凸轮挠曲阀：流路简单、阻力小、密封严。凸轮挠曲阀：流路简单、阻力小、密封严。阻塞流阻塞流vFvcpFp 二、节流原理vcLpppF1=dPvc-阀上最低压力。阀上最低压力。P1P2Pvcp1. pvcpv时：时： p pA AQ Q2 d改变阀芯行程改变阀芯行程阻力系数阻力系数即可控制流量即可控制流量。Q 与与 成正比。成正比。p p 2. pvcpv时：时：Qp p d阀上最低压力阀上最低压力pvc与介质饱和蒸汽压与介质饱和蒸汽压pv关系关系dpvcpv 气泡破裂冲蚀阀体气泡破裂冲蚀阀体-汽蚀。汽蚀。3. pvcpv时：时：d条件条件:Q Q 不随不随 变化变化- -

10、阻塞流阻塞流p p d其中：其中：p pc c为流体的临界压力。为流体的临界压力。d阀上节流过程：阀上节流过程： AvPP1 1PPv vPP2 2 d不同结构的阀型，其压力恢复情况不同。不同结构的阀型，其压力恢复情况不同。 用压力恢复系数用压力恢复系数F FL L表示：表示：闪蒸闪蒸vvcpp vpcvFvFvc280960=其中pp.FpFp，三、调节机构理想性能指标（阀前后压差恒定）（阀前后压差恒定）1、流量系数、流量系数d控制阀上的流量：控制阀上的流量： P PC CP PA AQ Q 2P PQ QC C 10 d流通系数流通系数C ：一定开度下，：一定开度下，P100KPa时通过阀

11、的水时通过阀的水(=1g/2)的流量的流量(m3/h)。dC C表征阀的流体通过能力，与阀结构有关。表征阀的流体通过能力，与阀结构有关。d对于阻塞流：对于阻塞流：) )p p-F-F(p(pF FQ QC Cv vF F1 12 2L L10 d注：介质为气体、蒸汽、高粘液体时，计算公式与上式不同。注：介质为气体、蒸汽、高粘液体时，计算公式与上式不同。2、可调比、可调比R：d可调比可调比R R：调节阀开度：调节阀开度100%100%与与0%0%时阀上流量之比。时阀上流量之比。10000100 Q QQ QR Rd注：注：Q Q0 0与阀门过度关闭下的泄漏量不同。与阀门过度关闭下的泄漏量不同。d

12、R与阀门结构有关，一般与阀门结构有关，一般R=30，新型阀门可达，新型阀门可达50.QQmaxlL相对开度%相对流量%直线直线对数对数. 直线流量特性：直线流量特性： Q/Qmax l/Ll/L呈线性关系。呈线性关系。L LR RR RQ QQ Ql l 111100 1maxL LR RQ QQ Ql l. 等百分比等百分比(对数对数)流量特性：流量特性：Q/Qmax l/L与此点相对流量Q/Q100呈正比。d特点：小开度下特点：小开度下Q/QQ/Q大，调节作用强，易大，调节作用强，易振荡；振荡； 大开度下大开度下Q/QQ/Q小，调节作用弱，小，调节作用弱，不灵敏。不灵敏。d特点：小开度时特

13、点：小开度时, Q/Q, Q/Q小、调节平稳；大开度时小、调节平稳；大开度时, Q/Q, Q/Q大、调节灵敏。大、调节灵敏。 100Q QQ QK KL Ld dQ QQ Qd dl l100 K KL Ld dQ QQ Qd d l l100d流量特性：阀前后压差一定时，相对流量流量特性：阀前后压差一定时，相对流量Q/Q100与相对开度与相对开度l/L之间的关系。之间的关系。d流量特性取决于阀芯流量特性取决于阀芯 - - 阀座的形状。阀座的形状。3、流量特性：、流量特性：QQmaxlL相对开度%相对流量%对数对数. 抛物线流量特性：抛物线流量特性：Q/Qmax l/L呈抛物线关系。. 快开流

14、量特性：快开流量特性： Q/Qmax l/L呈倒数关系。d特点：介于直线特性与对数特性之间。特点：介于直线特性与对数特性之间。 2100111 L LR RR RQ QQ Qld特点：小开度时流量大，大开度时，流量变化小。适用于双位控制系统。特点：小开度时流量大，大开度时，流量变化小。适用于双位控制系统。快开快开抛物线抛物线 21100 Q QQ QK KL Ld dQ QQ Qd dl l100 L LR RR RQ QQ Ql 1112100 -1100 Q QQ QK KL Ld dQ QQ Qd dl l100直线直线d实际工作状态下，改变开度时实际工作状态下，改变开度时流通阻力流通阻

15、力变化变化前后压差变化前后压差变化流量变化流量变化d阀全开时，阀全开时，Q100P不变不变PV100PVmind阀全关时，阀全关时，Q00PV0Pd阀阻比阀阻比 ：P PP PS Sv v 100 . .阀与管道串联时的流量特性：阀与管道串联时的流量特性：三、调节机构工作性能指标d受串联管路摩阻影响，阀流量特性发生畸变（直线受串联管路摩阻影响，阀流量特性发生畸变（直线快开；对数快开；对数直线）。直线）。dS值越小、管阻越大，流量特性畸变越厉害。一般希望值越小、管阻越大，流量特性畸变越厉害。一般希望S不低于不低于0.30.5。S SR RR Rr r d串联管路实际可调比：串联管路实际可调比：P

16、vPd.阀与管道并联时的流量特性：阀与管道并联时的流量特性：dQQvQp, 阀开时，阀开时，Qp不变不变QvQd阀全开时阀上流量阀全开时阀上流量Qv100与总流量与总流量Q100之比为：之比为：d流量比：流量比：x xR R 11100100Q QQ Qx xv v d阀与管路并联，阀对总流量的调节能力变弱，流量特性不畸变，但调阀与管路并联，阀对总流量的调节能力变弱，流量特性不畸变，但调节范围减小。节范围减小。X X越小越厉害。越小越厉害。QQvQPd并联管道工况下实际可调比并联管道工况下实际可调比:一、气开、气关选择。d气开阀：输入调节信号增加时，阀开度增加，Q；d气关阀：输入调节信号增加时

17、，阀开度减小，Q；d*电动调节阀信号中断后，保持原位。电动调节阀信号中断后，保持原位。d执行机构执行机构 调节机构调节机构 调节阀调节阀 正 正 气关 正 反 气开 反* 正 气开 反* 反 气开第三节第三节 执行器的选择和使用执行器的选择和使用d选择原则：选择原则：d在仪表控制信号中断时，控制阀自由阀位应保证设备和人身安全。d例例1 1：加热炉燃油调节阀，选气开，无信号时关，避免烧坏炉管。：加热炉燃油调节阀，选气开，无信号时关，避免烧坏炉管。d例例2 2：压缩机回流调节阀，选气关，无信号时开，防止抽瘪设备。：压缩机回流调节阀，选气关，无信号时开，防止抽瘪设备。二、调节机构选择1 1、结构与材质选择、结构与材质选择d根据工艺条件、介质性质，选阀形、阀盖、填料。根据工艺条件、介质性质，选阀形、阀盖、填料。 2 2、泄漏量、泄漏量d在全关位置另加一定关闭力时，阀上一定的压差下流体的流量。在全关位置另加一定关闭力时，阀上一定的压差下流体的流量。