《化工仪表及自动化》第5章

第五章执行器

气动执行器气动执行器的结构与分类控制阀的流量特性控制阀的选择气动执行器的安装和维护电动执行器电-气转换器及电-气阀门定位器电-气转换器电-气阀门定位器数字阀与智能控制阀数字阀智能控制阀TTTICM蒸汽冷液热液应用示例：执行器的作用

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。执行器的构成：

执行机构－产生推力或位移的装置。

调节机构－直接改变能量或物料输送量的装置，通常称为控制阀或调节阀。

执行器的分类：

气动、电动和液动电动执行器气动执行器液动执行器第一节气动执行器结构执行结构

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

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。一、气动执行器的结构与分类1.执行机构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。

气信号气信号薄膜式活塞式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。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。直通单座阀（2）直通双座控制阀

阀体内有两个阀芯和阀座。

特点流体流过的时候，不平衡力小。缺点容易泄漏（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。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。（4）三通控制阀

（5）隔膜控制阀

采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜。特点结构简单、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。（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。（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。（8）凸轮挠曲阀

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。（9）笼式阀

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。缺点不适用高温、高黏度及含有固体颗粒的流体。

1.控制阀的理想流量特性(阀前后压差不随阀的开度而变)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。

二、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（1）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。（2）等百分比（对数）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。1

快开；2

直线；3

抛物线；3‘

修正抛物线；4

等百分比（3）抛物线流量特性（4）快开特性

这种流量特性在开度较小时就有较大流量，随开度的增大，流量很快就达到最大。

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控制系统。

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。（1）串联管道的工作流量特性图5-14串联管道的情形图5-15管道串联时控制阀压差变化情况图5-16管道串联时控制阀的工作特性（2）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。图5-17并联管道的情况如图5-17所示，显然这时管路的总流量Q是控制阀流量Q1与旁路流量Q2之和，即Q＝Q1＋Q2。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5-18并联管道时控制阀的工作特性三、控制阀的选择1.控制阀结构与特性的选择

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。

结构形式选择特性选择

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。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。

2.气开式与气关式的选择序号执行机构控制阀气动执行器（a）（b）（c）（d）正正反反正反正反气关（正）气开（反）气开（反）气关（正）表5-1组合方式表

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。选择要求TTTCM加热炉FTFfFICMFT2煤气Q1空气Q2FC1M3.控制阀口径的选择

口径选择得过小，会使流经控制阀的介质达不到所需要的最大流量。口径选择得过大，会浪费设备投资，且使控制阀经常处于小开度工作，控制性能变差，易使控制系统变得不稳定。第二节电动执行机构

电动执行机构有角行程和直行程两种，是以两相交流电机为动力的位置伺服机构，它将输入的直流电流信号线性地转换成位移量。（一）基本结构和工作原理伺服放大器位置发送器伺服电机减速器阀位指示放大器执行机构4～20mAIiIfθ电动执行机构方框图0~90O操作器0°90°0mmχmm角行程直行程（二）伺服放大器作用：将信号Ii和If综合、比较并放大，然后通过可控硅交流开关去控制伺服电机的正、反转。（三）执行机构伺服电机减速器位置发送器0～90°220VAC4～20mADCCDW1W2220VAC一、电-气转换器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—放大器第三节电-气转换器及电-气阀门定位器电-气转换器把电动控制器的输出信号变为气信号去驱动气动执行器，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。按力矩平衡原理工作。二、电-气阀门定位器作用：具有电-气转换器的作用，可用电动控制器输出的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，可以使阀门位置按控制器送来的信号准确定位。改变图5-24中反馈凸轮5的形状或安装位置，还可以改变控制阀的流量特性和实现正、反作用。图5-24电-气阀门定位器1—力矩马达；2—主杠杆；3—平衡弹簧；4—反馈凸轮支点；5—反馈凸轮；6—副杠杆；7—副杠杆支点；8—薄膜执行机构；9—反馈杆；10—滚轮；11—反馈弹簧；12—调零弹簧；13—挡板；14—喷嘴；15—主杠杆支点一、数字阀

数字阀是一种位式的数字执行器，由一系列并联安装而且按二进制排列的阀门所组成。组成流孔阀体执行机