工业仪表及自动化控制 化工自动化控制 执行器 课件

工业仪表及自动化控制模块二化工自动化控制项目五执行器复习控制系统方框图控制器课程目标能力（技能）目标1.能分析不同结构的控制阀的使用场合。2.能区分气动执行器的气开式和气关式。3.如何选择控制阀的流量系数。4.能分析气动执行器安装与维护的注意事项。5.能解释电-气定位器的用途。6.能分析电动执行器的类型和用途。01知识目标021.掌握气动执行器的组成和作用。2.熟悉双座阀与单座阀的区别。3.掌握控制阀的理想流量特性和工作流量特性。4.掌握对数特性与线性特性的区别。5.掌握控制阀的可控范围。6.解释串联管道的阻力比、并联管道的分流比。气动执行器目录电动执行器电-气转换器数字阀与智能控制阀讨论思考

气动执行器由哪两部分组成，其作用？概述接收控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。

作用最简单的控制系统是由被控对象、检测仪表、控制器、执行器组成。气动执行器：以压缩空气为动力能源，由气动执行机构进行操作，所接收的是0.02~0.1Mpa的气压信号。电动执行器：以电为动力能源，由电动执行机构进行操作，所接收的是0~10mA或4~20mA的电流信号，并转换成相应的输出轴角位移或线位移，去实现控制机构的自动调节。液动执行器：以液压或油压为动力能源。在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？正确答案：测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。气动执行器01气动执行器的结构与分类

执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量。所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。结构执行机构执行器的推动装置，它按控制信号压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。控制机构重点气动执行器的结构与分类

阀门定位器手轮机构气动执行器示意图1.执行机构

气动执行器的结构与分类

薄膜式

活塞式结构简单、价格便宜、维修方便，应用广泛。推力较大，用于大口径、高压降控制阀或蝶阀的推动装置。

长行程行程长、转矩大，适于输出转角（60°～90°）和力矩。气动薄膜式执行机构有正作用和反作用两种形式。根据有无弹簧可分为有弹簧的及无弹簧的执行机构。结构气动执行器的结构与分类

控制阀结构式特点及使用场合直通单座直通双座角形阀三通阀隔膜阀蝶阀球阀凸轮挠曲阀笼式阀重点2.控制机构2.控制机构根据不同的使用要求，控制阀的结构形式主要有以下几种。1）直通单座控制阀阀体内只有一个阀芯与阀座。

气动执行器的结构与分类

特点结构简单、泄漏量小，易保证关闭，甚至完全切断。缺点在压差大的时候，流体对阀芯上下作用的推力不平衡，这种不平衡力会影响阀芯的移动。气动执行器的结构与分类

2.控制机构2）直通双座控制阀阀体内有两个阀芯和阀座

气动执行器的结构与分类

特点流体流过的时候，不平衡力小。缺点 容易泄漏

根据阀芯与阀座的相对位置可分为正作用式与反作用式两种形式。气动执行器的结构与分类2.控制机构3）角形控制阀角形阀的两个接管呈直角形，一般为底进侧出。

气动执行器的结构与分类

特点流路简单、阻力较小，适于现场管道要求直角连接，介质为高黏度、高压差和含有少量悬浮物和固体颗粒状的场合。气动执行器的结构与分类

2.控制机构4）三通控制阀共有三个出入口与工艺管道连接。按照流通方式分合流型和分流型两种

气动执行器的结构与分类

2.控制机构5）隔膜控制阀采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜。结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他种类的阀要大。不易泄漏。耐腐蚀性强，适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也能用于高黏度及悬浮颗粒状介质的控制。

气动执行器的结构与分类

注意执行机构须有足够的推力2.控制机构6）蝶阀特点 结构简单、重量轻、价格便宜、流阻极小。

缺点泄漏量大。

气动执行器的结构与分类

2.控制机构7）球阀球阀的阀芯与阀体都呈球形体，转动阀芯使之与阀体处于不同的相对位置时，就具有不同的流通面积，以达到流量控制的目的。球阀阀芯分类“V”形和“O”形两种开口形式。

气动执行器的结构与分类

2.控制机构8）凸轮挠曲阀

阀芯呈扇形球面状，与挠曲臂及轴套一起铸成，固定在转动轴上。

特点密封性好。重量轻、体积小、安装方便，适用于高黏度或带有悬浮物的介质流量控制

气动执行器的结构与分类

2.控制机构9）笼式阀阀芯呈扇形球面状，与挠曲臂及轴套一起铸成，固定在转动轴上。特点可调比大、振动小、不平衡力小、结构简单、套筒互换性好，更换不同的套筒可得到不同的流量特性，阀内部件所受的汽蚀小、噪声小，是一种性能优良的阀，特别适用于要求低噪声及压差较大的场合。

气动执行器的结构与分类

气动执行器的结构与分类

控制阀结构式特点及使用场合直通单座阀前后压降低，适用于要求泄漏量小的场合直通双座阀前后压降大，适用于允许较大泄漏量的场合角形阀适用于高压降、高黏度、含悬浮物体或颗粒状物质的场合三通阀适用于分流或合流控制的场合隔膜阀适用于有腐蚀性介质的场合蝶阀阀前后压降低，适用于要求泄漏量小的场合球阀适用于高黏度、污秽介质的控制凸轮挠曲阀适用于高黏度或带有悬浮物的场合笼式阀适用于要求低噪声、压差较大的场合控制阀的流量特性

控制阀的流量特性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，即Q控制阀某一开度时流量；Qmax控制阀全开时流量；L控制阀某一开度行程；L控制阀全开时行程.。改变控制阀阀芯与阀座间的流通截面积，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，引起流量变化，因此有理想流量特性和工作流量特性。

L

f

l

Q

Qmax控制阀的流量特性

1.控制阀的理想流量特性在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。它取决于阀芯的形状不同流量特性的阀芯形状1—快开2—直线3—抛物线4—等百分比控制阀的流量特性

1.控制阀的理想流量特性直线流量特性指控制阀的相对流量与相对开度成直线关系。Q

L

d

l

d

Q

max

KQ

1

1

R

1

l

R

L

Qmax控制阀的流量特性

图

理想流量特性1快开；2直线；3抛物线；4等百分比曲线假设R=∞,位移变化量为10％在位移变化量10％时，流量变化的相对值为20

10

100%

100%5010在位移变化量50％时，流量变化的相对值为60

50

100

20%80在位移变化量80％时，流量变化的相对值为90

80

100%

12.5%在流量小时，流量变化的相对值大（控制作用强）；在流量大时，流量变化的相对值小（控制作用弱）。控制阀的流量特性

1.控制阀的理想流量特性

等百分比流量特性是指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。

l

1

RLQQmax相对开度与相对流量成对数关系。在流量小时，流量变化小；在流量大时，流量变化大。控制阀的流量特性

2.控制阀的工作流量特性在实际生产中，控制阀前后压差总是变化的，这时的流量特性称为工作流量特性。串联管道的工作流量特性图

串联管道的情形图

管道串联时控制阀压差变化情况控制阀的流量特性

2.控制阀的工作流量特性串联管道的工作流量特性S阻力比（控制阀全开时阀上压差与系统总压差的比值），越小，阻力损失越大，对阀的影响也越大图

管道串联时控制阀的工作特性控制阀的流量特性

2.控制阀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，以便手动操作和维护。当生产量提高或控制阀选小了时，只好将旁路阀打开一些，此时控制阀的理想流量特性就改变成为工作特性。

管路的总流量Q是控制阀流量Q1与旁路流量Q2之和，即Q＝Q1＋Q2控制阀的流量特性

2.控制阀的工作流量特性并联管道的工作流量特性以x代表并联管道时控制阀全开时的流量Q1max与总管最大流量Qmax之比，可以得到在压差Δp为一定时，而x为不同数值时的工作流量特性曲线。图

并联管道时控制阀的工作特性由上图可见当x＝1，即旁路阀关闭、Q2＝0时，控制阀的工作流量特性与它的理想流量特性相同。随着x值的减小，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。控制阀关死，即l/L＝0时，流量Qmin比控制阀本身的Q1min大得多。控制阀的流量特性

2.控制阀的工作流量特性在实际使用中总存在着串联管道阻力的影响，控制阀上的压差还会随流量的增加而降低，使可调范围下降得更多些，控制阀在工作过程中所能控制的流量变化范围更小，甚至几乎不起控制作用。采用打开旁路阀的控制方案是不好的，一般认为旁路流量最多只能是总流量的百分之十几，即x值最小不低于0.8。①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。②串、并联管道都会使控制阀的可调范围降低，并联管道尤为严重。③串联管道使系统总流量减少，并联管道使系统总流量增加。④串、并联管道会使控制阀的放大系数减小，即输入信号变化引起的流量变化值减少。控制阀的选择

1.

控制阀结构与特性的选择结构形式选择主要根据工艺条件，如温度、压力及介质的物理、化学特性（如腐蚀性、黏度等）来选择。特性选择先按控制系统的特点来选择阀的希望流量特性，然后再考虑工艺配管情况来选择相应的理想流量特性。目前使用比较多的是等百分比流量特性。控制阀的选择

2.

气开式与气关式的选择有压力信号时阀关、无信号压力时阀开的为气关式。反之，为气开式。

选择要求主要从工艺生产上安全要求出发。信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全。如果阀处于打开位置时危害性小，则应选用气关式，以使气源系统发生故障，气源中断时，阀门能自动打开，保证安全。反之阀处于关闭时危害性小，则应选用气开阀。难点控制阀的选择

2.

气开式与气关式的选择-组合方式执行机构控制阀气动执行器正正反反正反正反气关（正）气开（反）气开（反）气关（正）图加热炉出口温度控制图液位控制气动执行器的安装和维护

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。气动执行器应安装在环境温度不高于+60℃和不低于-40℃的地方，并应远离振动较大的设备。阀的公称通径与管道公称通径不同时，两者之间应加一段异径管。（公称通径又称平均外径，DN）气动执行器的安装和维护

4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，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动场合时，也应加支撑。5通过控制阀的流体方向在阀体上有箭头标明，不能装反。6控制阀前后一般要各装一只切断阀，以便修理时拆下控制阀。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。气动执行器的安装和维护

控制阀安装前，应对管路进行清洗，排去污物和焊渣。安装后还应再次对管路和阀门进行清洗，并检查阀门与管道连接处的密封性能。当初次通入介质时，应使阀门处于全开位置以免杂质卡住。在日常使用中，要对控制阀经常维护和定期检修。图

控制阀在管道中的安装1—调节阀；2—切断阀；3—旁路阀电-气转换器及电-气阀门定位器02电-气转换器及电-气阀门定位器

电-气转换器可以把电动变送器来的电信号变为气信号，送到气动控制器或气动显示仪表；也可把电动控制器的输出信号变为气信号去驱动气动控制阀，此时常用电-气阀门定位器，它具有电-气转换器和气动阀门定位器两种作用。1.电-气转换器图电-气转换器原理结构图1—喷嘴挡板；2—调零弹簧；3—负反馈波纹管；4—十字弹簧；5—正反馈波纹管；6—杠杆；7—测量线圈；8—磁钢；9—铁芯；10—放大器电-气转换器及电-气阀门定位器

2.电-气阀门定位器

具有电-气转换器的作用，可用电动控制器输出的0～10mADC或4～20mADC信号去操纵气动执行机构.。具有气动阀门定位器的作用，可以使阀门位置按