第五章 执行器

null化工过程自动化化工过程自动化西北民族大学 化工学院5 执行器5 执行器概述 5.1 执行机构 5.2 控制阀 5.3 气动薄膜控制阀的流量特性 5.4 控制阀口径的确定 5.5 阀门定位器 5.6 气动薄膜控制阀的选用 5.7 数字阀和智能控制阀概述概述作用：接收控制器输出的控制信号，改变操纵变量，使生产过程按预定要求正常进行。 组成：执行机构和调节机构 分类：气动、电动和液动执行机构执行机构执行机构是指根据控制器控制信号产生推力或位移的装置。调节机构调节机构调节机构是根据执行机构输出信号去改变能量或物料输送量的装置，通常指控制阀。 现场有时就将执行器称为控制阀。液动执行器液动执行器推力最大，但较笨重，现很少使用电动执行器电动执行器电动执行器的执行机构和调节机构是分开的两部分，其执行机构有角行程和直行程两种，都是以两相交流电机为动力的位置伺服机构，作用是将输入的直流电流信号线性地转换为位移量。 安全防爆性能较差，电机动作不够迅速，在行程受阻或阀杆被轧住时电机易受损。气动执行器气动执行器气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体，其执行机构有薄膜式和活塞式两类。 活塞式行程长，适用于要求有较大推力的场合，而薄膜式行程较小，只能直接带动阀杆。 化工厂一般均采用薄膜式。（习惯称为气动调节阀)是用压缩空气为能源，结构简单、动作可靠、平稳、输出推动力大、维修方便、防火防爆、价格较低、广泛应用于化工、炼油生产。气动薄膜阀气动薄膜阀5.1 执行机构5.1 执行机构5.1.1 气动执行机构 5.1.2 电动执行机构5.1.1 气动执行机构5.1.1 气动执行机构气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体。 气动执行机构主要分为薄膜式和活塞式。 薄膜式 活塞式(1)薄膜式(1)薄膜式这种执行机构的输出位移与输入气压信号成比例关系。当压力与弹簧的反作用力平衡时，推杆稳定在某一位置，信号压力越大，推杆的位移量也越大。(推杆的位移即为执行机构的直线输出位移，也称行程。) 形式有传统结构和改进结构。 正作用形式： 信号压力增大，推杆向下。 反作用形式：信号压力增大，推杆向上。传统型传统型国产正作用式执行机构称为ZMA型，反作用式执行机构称为ZMB型。较大口径的控制阀都是采用正作用的执行机构。信号压力通过波纹膜片的上方（正作用式）或下方（反作用式）进入气室。侧装式气动执行机构侧装式气动执行机构(2) 活塞式(2) 活塞式活塞式执行机构属于强力气动执行机构。其气缸允许操作压力高达0.5MPa，且无弹簧抵消推力，因此输出推力很大，特别适用于高静压、高压差、大口径场合。它的输出特性有两位式和比例式。两位式两位式两位式是根据活塞两侧的操作压力的大小而动作，活塞由高压侧推向低压侧，使推杆从一个极端位置移动到另一个极端位置，其行程达25～100mm，适用于双位控制系统。比例式比例式比例式是指推杆的行程与输入压力信号成比例关系，必须带有阀门定位器，它适用于控制质量要求较高的系统。5.1.2 电动执行机构5.1.2 电动执行机构在防爆要求不高且无合适气源的情况下可以使用电动执行器。 电动执行机构是由电动机带动减速装置，在电信号的作用下产生直线运动和角度旋转运动。 电动执行机构一般可以分为直行程、角行程、多转式三种。直行程电动执行机构直行程电动执行机构直行程电动执行机构的输出轴输出各种大小不同的直线位移，通常用来推动单座、双座、三通、套筒等形式的控制阀。角行程电动执行机构角行程电动执行机构角行程电动执行机构的输出轴输出角位移，转动角度范围小于360o, 通常用来推动蝶阀、球阀、偏心旋转阀等转角式控制阀。多转式电动执行机构多转式电动执行机构多转式电动执行机构的输出轴输出各种大小不等的有效圈数，通常用于推动闸阀或由执行电动机带动旋转式的调节机构，如各种泵等。5.2 控制阀5.2 控制阀5.2.1 控制阀（调节阀）结构 5.2.2 控制阀类型 5.2.1 控制阀（调节阀）结构5.2.1 控制阀（调节阀）结构调节阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。由于阀芯在阀体内移动，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，被调介质的流量也就相应地改变，从而达到调节工艺参数的目的。实现两种调节实现两种调节执行器，如气动薄膜控制阀的执行机构和调节机构组合起来，可以实现气开和气关式两种调节。气动控制阀的气开、气关特性气动控制阀的气开、气关特性气关阀：供气量越大，阀门开度越小，而在失气时则全开，称FO型。 气开阀：供气量越大，阀门开度越大，而在失气时则全关，称FC型；5.2.2 控制阀类型5.2.2 控制阀类型主要有：直通单座阀、直通双座阀 另外还有：隔膜控制阀、角型控制阀、三通控制阀、套筒型控制阀等 直通单座阀 直通双座阀直通单座阀与直通双座阀比较直通单座阀与直通双座阀比较 直通单座阀 直通双座阀 结构特点： 只有一个阀芯 有两个阀芯 优点： 泄漏量小 不平衡推力较小 缺点：阀芯受到的不平衡推力大 泄漏量大 适用：压差较小、泄漏量 压差较大、对泄漏量 较小的场合 要求不高的场合5.3 气动薄膜控制阀的流量特性5.3 气动薄膜控制阀的流量特性定义：流量特性是指流过阀门的调节介质的相对流量与阀杆的相对行程（阀门的相对开度）之间的关系。 数学 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式 表示控制阀某一开度的流量与全开时流量之比，称为相对流量。 表示控制阀某一开度下阀杆行程与全开时阀杆全行程之比，称为相对开度。 类型：理想特性、工作特性气动薄膜控制阀的流量特性气动薄膜控制阀的流量特性5.3.1 理想流量特性 5.3.2 工作流量特性 5.3.3 动态特性5.3.1 理想流量特性5.3.1 理想流量特性定义：控制阀的前后压差不变时得到的流量特性。 特点：完全取决于阀的结构参数 类型：线性、对数、快开 可调比（可调范围）：控制阀所能控制的最大流量qmax与最小流量qmin之比。用R 表示，它反映了控制阀调节能力的大小。 国产控制阀：R=30。线性阀（1）线性阀（1）线性阀：是指控制阀的相对流量与相对开度成线性关系。其放大系数KV是不变的。单位行程变化所引起的相对流量变化是常数。 积分表达式为 线性阀（2）线性阀（2）线性阀：放大系数KV是一个常数，不管阀杆原来在什么位置，只要阀杆相同的变化，流量的数值也做相同的变化。因此在开度较小时流量相对变化值大，灵敏度过高，控制作用过强，容易产生振荡，对控制不利；在开度较大时流量相对变化值小，灵敏度又太小，控制缓慢，削弱了控制作用。不适宜用于负荷变化大的场合。对数阀（1）对数阀（1）对数阀：是指单位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。其放大系数KV是变化的。 积分表达式为对数阀（2）对数阀（2）对数阀：对数阀的放大系数KV随着相对开度增加而增加。在小开度时控制阀的放大系数小，控制平稳缓和；在大开度时放大系数大，控制灵敏。 快开阀快开阀快开阀：在开度较小时就有较大流量，随着开度的增大，流量很快就达到最大，随后在增大开度时流量的变化很小，故称为快开特性。 适用于迅速启闭的双位控制系统。各种阀的特点各种阀的特点控制阀的理想流量特性 R=30 1——线性 2——对数 3——快开5.3.2 工作流量特性5.3.2 工作流量特性定义：实际上控制阀的前后压差是变化的，此时得到的控制阀的相对流量与相对开度之间的关系称为工作流量特性。 串联管道情况串联管道控制阀压差变化配管系数配管系数配管系数S：控制阀全开时，控制阀上压差△pv 与系统总压差△p之比。 S=1时，系统的总压差全部降在控制阀上，工作流量特性就表现为理想流量特性。S减小会带来两个不利后果S减小会带来两个不利后果(1) (2)流量特性畸变 配管系数S的选择配管系数S的选择在实际使用中，S选得过大或过小都有不妥之处。S选得过大，在流量相同情况下，管路阻力损耗不变，但是阀上压降很大，消耗能量过多；S选得过小，则对调节不利。 一般希望S值最小不低于0.3。 选择原则： S>0.6: 认为工作特性与理想特性相同。 0.3 型号 pcr仪的中文说明书矿用离心泵型号大全阀门型号表示含义汽车蓄电池车型适配表汉川数控铣床 的标准系列中选取大于Kvmax并最接近的Kv值，从而选取阀门口径。 验证控制阀开度和可调比，一般要求最大流量时阀开度不超过90%，最小流量时阀开度不小于10% 。 验证合格后，根据Kv确定控制阀的公称通径和阀座直径。5.5 阀门定位器5.5 阀门定位器功能：接受控制器的输出信号，然后将该信号成比例地输出到执行机构，当阀杆移动以后，其位移量又通过机械装置负反馈作用于阀门定位器，它与执行机构组成一个闭环系统。 采用阀门定位器，可以增加执行机构的输出功率，改善控制阀的性能。 目前较多使用电动控制器，控制阀较多使用气动控制阀5.5.1 电-气阀门定位器5.5.1 电-气阀门定位器作用：电气转换和阀门定位器 输入信号：电动控制器的输出电流 输出信号：标准气动信号，操纵气动薄膜控制阀 原理：力矩平衡原理5.5.2 阀门定位器的作用5.5.2 阀门定位器的作用(1) 改善阀的静态特性 (2) 改善阀的动态特性——改变了阀原来的一阶滞后特性，减小时间常数，使之成为比例特性。一般地，气压传送管线超过60m时，应采用阀门定位器。 (3) 改善阀的流量特性——通过改善反馈凸轮的形状 (4) 用于分程控制 (5) 用于阀门的反向动作——可改变阀的气开、气关特性5.6 气动薄膜控制阀的选用5.6 气动薄膜控制阀的选用气动薄膜控制阀的选用一般包括： 5.6.1 控制阀结构形式及材质的选择 5.6.2 控制阀流量特性的选择 5.6.3 控制阀气开、气关的选择 5.6.4 控制阀口径选择 5.6.5 安装使用5.6.1 结构形式及材质的选择5.6.1 结构形式及材质的选择依据： 工艺条件 调节介质特性 例如，当控制阀前后压差较小，要求泄漏量也较小的场合应选用直通单座阀；当控制阀前后压差较大，并且允许有较大泄漏量的场合选用直通双座阀；当介质为高粘度，含有悬浮颗粒物时，为避免粘结堵塞现象，便于清洗应选用角型控制阀。5.6.2 流量特性的选择5.6.2 流量特性的选择通常是指如何合理选择线性和对数流量特性。 选择步骤： (1) 根据过程特性，选择阀的工作特性； (2) 根据配管情况，从所需的工作特性出发，推断理想流量特性。选择原则选择原则选择原则：使整个广义对象具有线性特征。 控制阀特性的选取要能够补偿广义对象特性的非线性性。 5.6.3 控制阀气开、气关的选择5.6.3 控制阀气开、气关的选择原则：安全原则 例１：锅炉汽包水位的控制 因：供气中断时，应使给水阀全开，使得锅炉不致烧干引起爆炸。 故：选气关阀。锅炉汽包水位控制带控制点的 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图例2：加热炉炉温的控制例2：加热炉炉温的控制因：供气中断时，应使燃料阀全关，停止供应燃料油，不致使加热炉温度过高烧坏炉子。 故：选气开阀。 加热炉温度控制带控制点的流程图5.6.4 调节阀口径的选择5.6.4 调节阀口径的选择依据：流通能力5.6.5 安装使用5.6.5 安装使用安装使用应考虑以下几个问题： (1) 垂直安装在水平管道上。 (2) 环境温度要求：-40℃<温度<60℃，并远离振动设备及腐蚀严重的地方。 (3) 便于检修维护，如靠近地面或楼板，上方留有足够空间。 (4) 控制阀箭头方向与流体流动方向一致。 (5) 控制阀的公称通径与管道直径不同时，之间要加异径管 (6) 应设旁路以便检修时还可正常维持生产。 (7) 定期检修。5.7 数字阀和智能控制阀5.7 数字阀和智能控制阀5.7.1 数字阀 5.7.2 智能控制阀5.7.1 数字阀5.7.1 数字阀定义：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组成。 特点： (1) 高分辨率 (2) 高精度 (3) 反应速度快，关闭性能好 (4) 直接与计算机相连 (5) 没有滞后、线性好、噪音小 缺点：结构复杂、部件多、价格贵，操作错误会导致控制错误5.7.2 智能控制阀5.7.2 智能控制阀集常规仪表的监测、控制、执行等作用于一身，具有智能化的控制、限制、诊断、保护和通信功能。 智能体现： (1) 控制功能 (2) 通信功能 (3) 诊断功能习题4习题4 用差压变送器测量如图所示敞口储槽液位。已知被测介质密度ρ=900kg/m3，液位高度量程为0～1m，静液柱高度H0=0.8m。 1） 应该采用正迁移还是负迁移？迁移量是多少？ 2） 确定变送器量程及应调整的量程范围。 3） 当储槽液位h是0.5m时，变送器（气动）的输出为多少？习题5习题5什么是控制阀理想流量特性？控制阀理想流量特性有哪几种？