执行机构检修-气动执行机构检修（热工装置）

气动执行机构检修FP0现场总线—气压转换器FP302主要用于现场总线与气动控制阀或定位器的接口（即H1/20～100kPa接口）。FP302接受来自现场总线的控制信号，并将其转换为20～100kPa的气压信号，以控制阀门或气动执行机构。

FP302硬件构成方框图如图4-65所示，由主电路板、显示板和转换组件三部分组成。1．转换组件

（1）气动输出部件 （2）控制板2．组态（1）输出转换块（2）特性曲线（3）读回值（4）校验

转换组件由控制板和气动输出部件组成。FP302的CPU接收来自现场总线的数字通信信号，并通过D/A输出一个电压值，送给转换组件。转换组件的作用就是把主电路板输出的设定电压转换为气压信号，从而控制气动阀门的开度。

（1）气动输出部件气动输出部件基于气动放大器技术，如图4-66所示。在控制级中有一个压电盘2用来作为挡板。当通过控制电路加上电压后，挡板即变形。如果需要输出的气压增大，则挡板将向喷嘴3方向移动（盖向喷嘴），如图4-66中虚线所示。经过喷嘴3流出的气流受到阻塞，导致控制腔室4内气压增大。同样，当需要输出的气压减小时，挡板就背离喷嘴3移动（离开喷嘴），因经过喷嘴3流出的气流所受到的阻力减小，背压也就减小。在一定范围内，喷嘴背压与压电挡板位移成线性。图4-66FP302气动输出部件1—节流装置；2—压电盘；3—喷嘴；4—控制腔室；5—控制级；6—排气；7—供气；8—输出腔室；9—控制侧膜片；10—输出侧膜片；11—输出信号；12—提升锥阀；13—弹簧；14—伺服级

①控制。根据接收到的CPU数据和压力传感器、温度传感器的反馈信号来控制输出气压。②输出压力传感器。测量输出气压，并将其反馈到控制和CPU，其作用是减小气源压力波动给输出气压造成的影响。③温度传感器。测量转换组件的温度，即控制板所处的环境温度，以补偿温度变化对控制阀开度的影响。④隔离电路。它的主要作用是将现场总线信号与压电信号隔离，以避免共模干扰。⑤EEPROM。当FP302复位时，它被用来保存数据。控制板上有两个传感器，一个是输出压力传感器，另一个是温度传感器。温度传感器用于测量现场温度，其信号送给主电路板，经CPU运算后，可形成一个输出指令，以补偿现场温度变化对输出气压的影响。输出压力传感器除了用于回读外，也可经CPU运算，形成一个控制指令，以补偿因气源压力等因素变化对输出气压的影响。这些补偿措施能确保电路输出与转换组件输出气压的精确对应，从而提高系统的控制质量。节流装置、压电挡板—喷嘴机构和放大器是气动输出部件，属于机械部件，压电挡板—喷嘴机构是将压电板的位移转换成气压信号，以便使控制腔室的气压发生变化；节流装置和喷嘴组成了一个气压分支路，气源来的压缩空气除了一路去放大器外，另一路就是经节流装置去喷嘴；放大器将挡板—喷嘴机构的背压变化放大，以便产生足够的空气流量变化来驱动执行机构。在FP302中有一个输出转换块，它与硬件输出相对应。输出转换块接受AO功能块的输出去控制输出气压。输出转换块在量程范围、单位、小数点位数上自动跟随AO块的刻度参数XD_SCALE。输出转换块也有一个输出刻度参数，它用来把输入信号转换为一个合适的输出值。这个参数的默认值是3～15psi（磅/平方英寸）。因此，0%的输入转换为3psi，而100%的输入转换为15psi，使用这个刻度参数，可以指定不同的量程和工程单位，也可以颠倒转换块的输出范围。

输出转换块也有一个特性曲线，它是输出气压与输入的特性曲线，这条曲线是非常有用的。例如，当用FP302控制一个非线性阀时，可使用这条特性曲线对非线性阀的流量特性进行补偿，以提高控制系统的控制精度。是否使用这条特性曲线由旁路参数BY_PASS确定。当BY_PASS为真时，特性曲线没有被使用，输入值直接通过到输出刻度转换；当BY_PASS为假时，特性曲线被使用。

（3）读回值读回值提供给AO块，FP302输出传感器测量输出气压，这个值可被AO块利用。（4）校验FP302提供了在输出压力下的校验功能。如果转换块输出读数与实际输出气压不一致，则必须进行校验。造成不一致的原因与项目二介绍的LD302的叙述相同，这里不再赘述。①下限校验。在参数CAL_POINT_LO内写入3psi或下限值，下限校验即可完成。②上限校验。在参数CAL_POINT_HI内写入15psi或上限值，上限校验即可完成。

气动执行机构检修FY0现场总线阀门定位器FY302主要用于现场总线系统中驱动气动执行机构，它根据现场总线上送来或者由其内部控制功能块产生的控制信号，产生一个气压信号，带动执行机构输出一个机械位移，并通过霍尔元件检测位移的大小，然后反馈到控制电路中去，以便实现精确的阀位控制。FY302实现了信息的数字传输，能够进行远程设定、自动标定、故障诊断，并提供预防性维修信息。在仪表内部可以实现控制、报警、计算以及其他数据处理功能。阀门的特性是通过软件组态实现的，不需要对凸轮、弹簧等部件进行任何改动，即可以方便地实现线性、等百分比、快开以及其他任意设置的阀门特性。FY302硬件构成方框图如图4-68所示。它主要由转换组件、主电路板和显示板组成。转换组件由气动转换部件和控制板组成，气动转换部件如图4-69所示。

气动转换组件由节流装置、喷嘴—挡板机构、滑阀等部分组成。来自主电路板的控制信号加到压电挡板上使其弯曲，造成流过喷嘴的气流改变，这样就会造成伺服腔室中的压力变化。图4-69FY302气动转换部件当压电挡板靠近喷嘴时，伺服腔室的压力就会增加，位于伺服腔室的膜片受力增大，使滑阀向下移动，气源的压缩空气经滑阀凸肩和滑阀壁之间的空隙经输出孔2流入气动执行机构的一侧气室（如活塞式气动执行机构气缸活塞一侧），使该侧的压力增加；同时，滑阀的下移又使输出孔1（如活塞式气动执行机构气缸活塞另一侧）和排气孔1连通，气动执行机构（气动活塞式执行机构）另一侧的空气经输出孔1和排气孔1排出，执行机构（气动活塞式执行机构）两侧气室的压力差使执行机构产生位移。当压电挡板背离喷嘴时，气动转换部件的动作过程与上述相反。

执行机构在定位器输出气压的作用下，通过阀杆的动作产生一个新的阀位。阀杆动作的同时，通过固定在阀杆上磁铁的动作使霍尔传感器感受到磁场的变化。执行机构位移经霍尔传感器和磁铁转换为电信号之后送往输出控制电路，当反馈信号与控制信号相平衡时，执行机构到达给定位置，此时喷嘴挡板机构和伺服机构到达一个新的稳态。

气动执行机构检修ZSLD型电信号气动长行程执行机构知识目标：1.熟悉气动仪表的基本元件；2.熟悉电/气转换器及常用气动执行机构的工作原理、结构组成；3.执行机构的选型手册的使用；4.执行机构的说明书及使用手册的阅读；5.执行机构检修、调校、维护记录和校验报告的填写；6.常用校验设备、仪器和工具的使用、维护和保养。能力目标：

1.能检修、调试各类执行机构；2.能初步分析并处理执行机构的常见故障；3.能看懂各类执行机构的说明书及使用手册；4.能初步进行执行机构的选型；5.会正确填写执行机构检修、调校、维护记录和校验报告；6．会正确使用、维护和保养常用校验设备、仪器和工具。素质目标：

1．具有一定的风险认识、遵守规章制度、工作严谨、认真负责。

2．养成善于动脑，勤于思考，及时发现问题的学习习惯。

3．具有团队意识，能进行良好的团队合作；

4．养成爱护设备和检测仪器的良好习惯。

认知各种气动执行机构结构及工作原理，熟练使用各种类型智能气动阀门定位器；按国家标准规范校验气动执行机构，对气动执行机构进行外观检查，外部清洁，检查电磁阀防水、防尘，清理过滤器，处理气源管路漏气；作气动执行机构动作试验，按照机务确定的位置对执行机构进行现场行程调整和整机调试；对有故障的气动执行机构进行检修，更换损坏电磁阀或行程开关等。电信号气动长行程执行机构是以干燥、清洁的压缩空气为动力能源的一种电——气复合式执行机构。它可以方便地与电动控制仪表配套使用，接收电动控制仪表或人工给定的4～20mADC输入信号，输出与输入信号成比例的角位移（0°～90°），以一定转矩推动控制机构(风门、阀门、挡板)动作。为适应控制系统的要求，气动执行机构还具有一些附加功能，如三断(断气源、断电源、断电信号)自锁保护功能；阀位移电气远传功能等。电信号气动长行程执行机构的结构组成如图4-55所示。它主要由气缸、手操机构、输出轴、电—气阀门定位器、阀位传送器、三断自锁装置(自锁阀、电磁阀、压力开关)、切换开关、平衡阀等部件组成。图4-55ZSLD型电信号气动长行程执行机构结构图1—手操机构；2—阀位传送器；3—气缸；4—电—气阀门定位器；5—三断自锁装置；6—输出轴；7—切换开关；8—平衡阀；9—减压阀；10—总接线端子（1）电—气阀门定位器电——气阀门定位器是电信号长行程执行机构的一个重要辅助设备，气动执行机构的输出（角位移）与其输入电流信号成比例关系是由阀门定位器来实现的。阀门定位器的输入信号为4～20mA(或0～10mA)直流电流，输出信号为20～100kPa。因此，电——气阀门定位器相当于电——气转换器和气动阀门定位器的组合，其工作原理如图4-56所示。电——气阀门定位器按力矩平衡原理进行工作。作用：a.将4～20mADC的Ii→20～100kPa的气压信号； b.构成负反馈的力矩平衡系统，确保执行器的输出θ∝Ii； c.消除系统中各种干扰对转换特性的影响。

在定位器的主杠杆8上承受了三个作用力:①信号电流流过线圈时，在力矩电机内产生与信号电流成正比的输出力;②反馈弹簧9的拉力;③调零弹簧10的拉力。图4-56电—气阀门定位器工作原理框图1—气缸；2—输出臂；3—连杆；4—副杠杆；5—滚轮；6—凸轮；7—凸轮转动支点；8—主杠杆；9—反馈弹簧；10—调零弹簧；11—主杠杆支点；12—力矩电机；13—平衡弹簧；14—喷嘴；15—挡板；16—放大器；17—副杠杆支点气动长行程执行机构具有正作用和反作用两种作用方式。正作用方式就是当输入电流信号增加时，输出臂作顺时针方向转动；反之，即为反作用方式。改变输入阀门定位器的电流信号的方向，就可改变定位器的作用方式，即把正作用方式改成反作用方式或把反作用方式改成正作用方式。（2）手操机构为了保证自动控制系统运行的安全性和操作的灵活性，在气动执行机构中设置了手操机构。（3）阀位移传送器阀位移传送器的作用是将气动执行机构的输出轴的转角位移（0°～90°）线性地转换成4～20mA,DC信号，用以指示阀位，并实现系统的位置反馈。为此，要求阀位移传送器具有良好的线性度，以保证执行机构的输出轴紧跟控制器的输出信号转动。阀位移传送器输出电流与阀位开度之间的关系与执行机构的正、反作用方式相对应：正作用时，阀位开度增加，输出电流增加;反作用时，阀位开度增加，输出电流减小。正、反作用方式的改变，只需将差动变压器次级绕组的两接线端子A1和A7交换连接，即可实现。当作用方式改变后，必须重新调整输出电流的范围。图中的电位器RP1用于调整输出电流的范围;RP2用于调整输出零位。（4）三断自锁装置三断自锁指的是气动执行机构在工作气源中断、电源中断、电信号中断时，其输出臂转角能够保持在原先的位置上。该自锁装置采用气锁方式，即在自锁时，将通往上、下气缸的气路切断，使活塞不能动作，从而达到自锁的目的。三断自锁装置的组成原理如图4-57所示。它主要由控制阀、气阀和电磁阀等组成。1.气源中断自锁原理2.电源中断自锁原理3.电信号中断自锁原理图4-57中断自锁装置的组成原理1—两位三通电磁阀；2—控制阀；3—继电器；4—开关电路；5—气阀；6—气缸；7—输出轴；8—平衡阀（5）小结电信号气动长行程执行机构主要由气缸、电气阀门定位器、阀位传送器、手操机构、三断自锁装置等部分组成。定位器按力矩平衡原理进行工作，实现输入电流信号与执行机构的输出角位移成比例关系（比例环节）。ZSLD具有手操功能、三断自锁保护、正—反作用运行方式和多种调整环节等特点。主要调整环节有：RP1用于调整阀位移传送器输出电流范围的电位器;RP2用于调整阀位移传送器输出电流零位的电位器。在电—气阀门定位器中还设置了调零弹簧、反馈弹簧，用以调整执行机构的输出零位和输出范围。控制阀上的手动旋钮用以改变闭锁压力值。

气动执行机构检修电—气转换器

气动执行机构具有结构简单、动作可靠、性能稳定、维修方便、防火防爆，并且易于制成较大推力的执行机构、价格便宜等优点。所以，在发电厂的自动控制系统中使用相当普遍，如在化学水处理、各种风烟挡板的调节，以及大机组的辅助调节系统中都有大量的应用。①按控制气压转换成位移的方法不同，可分为薄膜式执行机构、活塞式执行机构和滚筒膜片式。②按执行机构出轴运动形式的不同，可分为直行程和角行程两种。③按带不带操作手轮，可分为带手轮和不带手轮执行机构两类。④按所带调节机构分类，往往以配套的不同阀门命名执行机构，如气动薄膜直通阀、气动薄膜角形阀、气动偏心旋转阀、气动薄膜隔膜阀、气动活塞隔膜阀等等。当气动执行机构与阀门连在一起时，还有“气开式”和“气关式”之分。执行机构通控制气后，阀门朝开的方向运动的称为“气开式”，见图(a)；阀门朝关的方向运动的则称为“气关式”，见图(b)。对于活塞式气动阀门和薄膜式气动阀都有“气开式”和“气关式”之分。如经常用于化学水处理的气动活塞隔膜阀。一般选择执行机构时必须考虑失去控制气压时，运行工况是允许“开”还是允许“关”来确定选用“气开”或“气关”式执行机构。气动薄膜式执行机构的两种作用方式（a）正作用（气关式）（b）反作用（气开式）图4-52电/气转换器简化原理图1—喷嘴；2—挡板；3—磁钢；4—支点；5—平衡锤；6—波纹管；7—放大器；8—气阻；9—调零弹簧；10—可动铁芯

气动执行机构检修气动薄膜执行机构气动薄膜执行机构以清洁、干燥的压缩空气为动力能源，它接收控制器或人工给定的20~100kPa压力信号，并将此信号转换成相应的阀杆位移(或称行程)，以控制阀门、闸门等控制机构的开度。气动薄膜执行器的结构组成如图4-53所示。它主要由薄膜执行机构、控制机构和气动阀门定位器(辅助设备)几大部分组成.（1）气动薄膜执行机构气动薄膜执行机构如图4-53中右侧点划线框内的上半部分所示。它的主要工作部件由波纹膜片1、压缩弹簧2和推杆4组成。其动作过程如下:输入压力信号pD→薄膜气室A→波纹膜片1向下→推杆4向下→阀芯11向下→阀门开度减小→工质流量减小图4-53气动阀门定位器与气动薄膜执行机构的配合1—波纹膜片；2—压缩弹簧；3—调节件；4—推杆：5—阀杆；6—压板；7—上阀盖；8—阀体；9—下阀盖；10—阀座；11—阀芯；12—填料；13—反馈连杆；14—反馈凸轮；15—挡板；16—喷嘴；17—气动放大器；18—托板；19—波纹管（2）气动阀门定位器在执行机构工作条件差而要求控制质量高的场合，常把气动阀门定位器与气动薄膜执行机构配套使用，组成闭环回路，利用负反馈原理来改善控制质量，提高灵敏度和稳定性，使阀门能按输入的控制信号准确地确定自己的开度。气动阀门定位器与气动薄膜执行机构配套使用时的组成原理如图4-53所示。定位器是一个气压—位移反馈系统，它按位移平稳原理进行工作，其动作过程如下:输入压力信号pi↑→波纹管19推力↑→托板18逆时针转动→挡板15与喷嘴16间距↓→喷嘴16输出压力↑→气动放大器17输出压力pD

↑→波纹膜片1向下压力↑→推杆4向下移动→反馈连杆13带动凸轮14顺时针转动→挡板15与喷嘴16间距↑→喷嘴16输出压力↓→气动放大器17输出压力pD

↓→波纹膜片1向下压力↓→推杆4向上移动当输入信号使挡板15所产生的位移与反馈连杆13动作(即阀杆5的行程)使挡板15产生的位移相平衡时，推杆便稳定在一个新的位置上。此位置与输入信号相对应，执行机构的行程s与输入压力信号pi成比例关系。气动阀门定位器与气动薄膜执行机构配用时，也能实现正、反作用两种动作方式。正作用方式就是当输入气压信号增加时，控制机构输出行程增加(推杆4下移)；反之，即为反作用方式。正作用方式要改变成反作用方式，只需将反馈凸轮反向安装，并将喷嘴从托板18的左侧移至右侧即可。（3）工作特性该执行机构具有以下几个特性:该执行机构可看成是一个比例环节，其比例系数与波纹管的有效面积Ai、和它的位移刚度Ci；位移转换系数ki（托板长度）和kf（凸轮的几何形状）有关。气动薄膜执行机构由于配用了阀门定位器，引入了深度的位移负反馈，因而消除了执行机构膜片有效面积和弹簧刚度的变化、薄膜气室的气容及阀杆摩擦力等因素对阀位的影响，保证了阀心按输入信号精确定位，提高了控制准确度。由于使用了气动功率放大器，增强了供气能力。因而大大加快了执行机构的动作速度，改善了控制阀的动态特性。在特殊情况下还可改变定位器中的反馈凸轮形状（即改变kf）来修改控制阀的流量特性，以适应控制系统的要求。

气动执行机构检修气动仪表的基本元件知识目标：1.熟悉气动仪表的基本元件；2.熟悉电/气转换器及常用气动执行机构的工作原理、结构组成；3.执行机构的选型手册的使用；4.执行机构的说明书及使用手册的阅读；5.执行机构检修、调校、维护记录和校验报告的填写；6.常用校验设备、仪器和工具的使用、维护和保养。能力目标：

1.能检修、调试各类执行机构；2.能初步分析并处理执行机构的常见故障；3.能看懂各类执行机构的说明书及使用手册；4.能初步进行执行机构的选型；5.会正确填写执行机构检修、调校、维护记录和校验报告；6．会正确使用、维护和保养常用校验设备、仪器和工具。素质目标：

1．具有一定的风险认识、遵守规章制度、工作严谨、认真负责。

2．养成善于动脑，勤于思考，及时发现问题的学习习惯。

3．具有团队意识，能进行良好的团队合作；

4．养成爱护设备和检测仪器的良好习惯。（一）弹性元件：1.橡胶膜片：

橡胶膜片有平膜片、波纹膜片和双层膜片三种，如图4-41所示。可根据不同工作要求进行选用。橡胶膜片有如下两种工作特性。2.波纹管：

(二)气阻、气容及阻容耦合元件：(三)喷嘴挡板机构：(四)功率放大器：波纹管结构示意图

波纹管—弹簧管组成的受信元件在实际使用中，为改善波纹管的工作持性，常把波纹管和弹簧装在一起，这时的工作特性为：1.气阻：2.气容：气路中凡是能贮存或放出气体的容室都称为气容(或气室)。3.阻容耦合元件：构成气动仪表时，需要把气阻和气容串联起来形成阻容元件。一般有节流通室和节流盲室两种。(1)节流通室：(2)节流盲室：

固定气容弹性气容

（1）恒气阻：恒气阻的特点是结构固定、无活动部分、气阻值不可调。所谓恒气阻，并不是说它的气阻值恒定不变，而是指它的流通面积在结构固定之后是不能改变的，即气阻值不能通过手动或其他部件自动去调整。恒气阻有毛钢管式、缝隙式、薄壁小孔式等3种。（2）可调气阻：可调气阻的特点是具有活动部件，可根据需要调整其流通面积，从而改变气阻值的大小。可调气阻有圆锥—圆锥型、圆柱—圆柱型、圆球—圆锥型和平面圆盘沟槽型等数种。可调气阻连同驱动和调整部件一起可称为节流阀。气动仪表中的针形阀是较为常用的一种节流阀。（3）变气阻：变气阻的特点是可根据外来压力或位移信号的大小自动改变流通面积，从而改变气阻值。这种气阻也为变节流孔。常见的有喷嘴挡扳机构、放大器或减压阀里带活动杆的圆球—圆锥型变气阻等。节流通室节流盲室喷嘴挡板机构是一个以挡板位移Δh为输入量，以背压变化Δpl为输出量的放大环节。喷嘴挡板机构原理图：喷嘴挡板与功率放大器合并：

气动仪表的功率放大器，就其实质而言，是由输入信号压力控制两个反向相连的活门的开度，一个活门通气源，另一个泄往大气，从而控制输出压力的大小。由于两个活门的流通面积远比喷嘴挡板机构中的恒节流孔的流通面积大，而功率放大器又兼有压力放大作用，故可供输出的功率就比较大。图3-59非泄气式功率放大器结构原理图1—输入膜片；2—输出膜片；3、4—弹簧；5—阀杆；6—球阀；7—锥阀图3-60泄气式功率放大器结构原理图1—金属膜片；2—排气锥阀；3—进气锥阀；4—恒节流孔；5—弹簧片

气动执行机构检修智能型阀门定位器