過程控制4——王再英.ppt

結(jié)構(gòu),工作原理,電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,電/氣閥門定位器,電/氣轉(zhuǎn)換器,調(diào)節(jié)閥的 選擇與計(jì)算,調(diào)節(jié)閥的流量特性,調(diào)節(jié)閥的流通能力,調(diào)節(jié)閥的氣開氣關(guān)型式,氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥,第4章 執(zhí)行器,4.1 執(zhí)行器 執(zhí)行器作用：它將控制器送來的控制信號轉(zhuǎn)換成執(zhí)行動(dòng)作，從而操縱進(jìn)入設(shè)備的能量（操縱變量），將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。,電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥,液動(dòng)調(diào)節(jié)閥,自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門 控制電機(jī),執(zhí)行器,給定值,被控變量,干擾f,控制器,測量變送器,執(zhí)行器,被控對象,+,e,實(shí)測值,自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖,4.1.1 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥(理解） 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥是由氣壓信號控制的閥門。,氣動(dòng)薄膜室,推桿,閥門,閥位指示標(biāo)牌,閥桿,4.1.1.1 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)與分類 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（閥）兩部分組成。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是推動(dòng)裝置，它是將信號壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置。 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是閥門，它將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流通面積的大小。,氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu),薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu),1.執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)按調(diào)節(jié)器輸出的控制信號，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。,正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)：來自控制器的信號壓力增大時(shí)，閥桿下移的叫。,反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)：來自控制器的信號壓力增大時(shí)，閥桿上移的叫。,（1） 直通單座閥,2調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)就是閥門，是一個(gè)局部阻力可以改變的節(jié)流元件。,（2） 直通雙座閥,正裝閥,閥芯下移時(shí)，閥芯與閥座間的流通截面積增大，介質(zhì)流量增大。,閥門中的柱式閥芯可以正裝，也可以反裝。,反裝閥,閥芯下移時(shí)，閥芯與閥座間的流通截面積減小，介質(zhì)流量減小。,（3）角形控制閥,（4） 三通控制閥,（5）隔膜控制閥 采用耐腐蝕材料作隔膜，將閥芯與流體隔開。,（6） 球閥 閥芯與閥體都呈球形體，閥芯內(nèi)開孔。轉(zhuǎn)動(dòng)閥芯使之與閥體處于不同的相對位置時(shí)，就有不同的流通面積。,4.1.1.2 調(diào)節(jié)閥的流量特性（掌握） 流量特性的定義： 被控介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門的相對開度（相對位移）間的關(guān)系稱為調(diào)節(jié)閥的流量特性。,Q/Qmax 相對流量 l/L 相對開度,1、固有（理想）流量特性 在將控制閥前后壓差固定時(shí)得到的流量特性稱為固有流量特性。它取決于閥芯的形狀。,（1）直線特性 （2）等百分比特性 （3）快開特性 （4）拋物線特性,（1）直線流量特性 控制閥的相對流量與相對開度成直線關(guān)系，即單位閥芯位移變化所引起的流量變化是常數(shù)。,(l / L) /%,R 調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比系數(shù)。,可調(diào)比R為調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量與最小流量的比值。,R = Qmax / Qmin,直線閥的流量放大系數(shù)在任何一點(diǎn)上都是相同的。即在任何一點(diǎn)相同的行程變化所引起的流量變化都是相同的，但流量變化的相對值不同。,注意：流量，相對流量，流量變化，相對流量變化相對值的含義,控制力：閥門開度改變時(shí)，相對流量的改變比值。,例：對直線閥，分別在在10%開度，50%開度，80開度上，再分別增加10%開度時(shí)，各自相對流量的變化比值是多少？,解：10時(shí)： （20-10）/10100%=100% 50時(shí)： （60-50）/50100%=20% 80時(shí)： （90-80）/80100%=12.5%,結(jié)論：直線閥在小開度時(shí)控制作用很強(qiáng)，而在大開度時(shí)控制作用很弱。體現(xiàn)在控制效果上，小開度時(shí)控制力強(qiáng)，容易引起系統(tǒng)振蕩，大開度時(shí)，控制力弱，控制緩慢。,（2） 等百分比（對數(shù)）流量特性 相對流量與相對開度成對數(shù)關(guān)系：,曲線斜率（放大系數(shù)）隨行程的增大而增大。流量小時(shí)，流量變化?。涣髁看髸r(shí)，流量變化大。,等百分比閥在各流量點(diǎn)的放大系數(shù)不同，但在各點(diǎn)流量變化相對比值是相同的，對流量的控制力是相同的。,解：10%處： （6.58%-4.68%）/4.68%41% 50%處： （25.7%-18.2%）/18.2%41% 80%處： （71.2%-50.6%）/50.6%41%,例：對等百分比閥，同樣以10、50及80三點(diǎn)為例，分別增加10%開度，求相對流量變化的比值。,（4） 拋物線流量特性,（3）快開特性,開度較小時(shí)就有較大流量，隨開度的增大，流量很快就達(dá)到最大，故稱為快開特性。適用于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。,2、調(diào)節(jié)閥的工作流量特性 實(shí)際使用時(shí)，調(diào)節(jié)閥裝在具有阻力的管道系統(tǒng)中。管道對流體的阻力隨流量而變化，閥前后壓差也是變化的，這時(shí)流量特性叫調(diào)節(jié)閥的工作流量特性,閥權(quán)度s表示調(diào)節(jié)閥全開時(shí)，閥前后最小壓差PTmin與總壓力 P之比。,s =PTmin / P,例：管道串聯(lián)時(shí)的工作流量特性,流量特性畸變：,對數(shù)閥變?yōu)橹本€閥,直線閥變?yōu)榭扉_閥,s ,結(jié)論 串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量特性發(fā)生畸變。 串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量可調(diào)范圍降低，最大流量減小。 串聯(lián)管道會(huì)使調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)減小，調(diào)節(jié)能力降低，s值低于0.3時(shí)，調(diào)節(jié)閥能力基本喪失。,4.1.1.2調(diào)節(jié)閥的選擇 1調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)的選擇,2氣開式與氣關(guān)式的選擇（掌握） 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在氣壓信號中斷后閥門會(huì)復(fù)位。 隨著輸入氣壓信號增大，閥門開度逐漸關(guān)小的稱為氣關(guān)式。氣關(guān)式閥在氣壓信號中斷時(shí)全開。 隨著輸入氣壓信號增大，閥門逐漸開大的稱為氣開式。氣開式閥在氣壓信號中斷時(shí)全關(guān)。,氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的氣開式與氣關(guān)式：,閥門氣開氣關(guān)式的選擇原則： 當(dāng)控制信號中斷時(shí)，閥門的復(fù)位位置能使工藝設(shè)備處于安全狀態(tài)。若此時(shí)要求閥門全開，選氣關(guān)式，若要求閥門全關(guān)，選氣開式。,例： 選擇蒸汽鍋爐的控制閥門時(shí)，為保證失控狀態(tài)下鍋爐的安全： 給水閥應(yīng)選氣關(guān)式 燃?xì)忾y應(yīng)選氣開式,例：調(diào)節(jié)進(jìn)入設(shè)備的工藝介質(zhì)流量的調(diào)節(jié)閥，若介質(zhì)為易爆氣體，應(yīng)選用氣開閥，以免信號中斷時(shí)介質(zhì)溢出設(shè)備而引起爆炸,例：精餾塔塔釜加熱蒸汽閥一般選氣開閥 但是若塔釜釜液是易結(jié)晶,易聚合的物料時(shí),加熱蒸汽閥應(yīng)選氣關(guān)閥,以免調(diào)節(jié)閥失去能源時(shí)閥門閉合,停止蒸汽進(jìn)入而導(dǎo)致釜內(nèi)液體結(jié)晶凝固.,3. 調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇 保證控制品質(zhì)的重要因素之一是：保持控制系統(tǒng)的總放大倍數(shù)在工作范圍內(nèi)盡可能恒定。,適當(dāng)選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性能補(bǔ)償對象的靜特性。,（1）若調(diào)節(jié)對象的靜特性是非線性的，工藝負(fù)荷變化又大，用等百分比特性補(bǔ)償。,（2）若調(diào)節(jié)對象的靜特性是線性的，或工藝負(fù)荷變化不大，用直線閥。,4. 調(diào)節(jié)閥口徑的選擇,調(diào)節(jié)閥的口徑?jīng)Q定了調(diào)節(jié)閥的流通能力。 調(diào)節(jié)閥的流通能力用流量系數(shù)C值表示。,流量系數(shù)C的定義： 在閥兩端壓差100kPa，流體為水（103Kgm3）的條件下，閥門全開時(shí)每小時(shí)能通過調(diào)節(jié)閥的流體流量（m3 /h）。,例如，某一閥門全開、閥兩端壓差為100kPa時(shí)，流經(jīng)閥的水流量為20 m3 /h，則該調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)為：C=20。,將流量系數(shù)的定義條件代入基本流量公式：,液體流量系數(shù)C值的計(jì)算 根據(jù)基本流量公式,兩式相除得,例 某供暖系統(tǒng)，流過加熱盤管的水流量為Q=31m3/h熱水為80，Pm-Pr=1.7100kPa，所裝閥門取多大？,P=（0.50.7）1.7100kPa 100kPa,80熱水的密度=971Kg/m3,代入,得C31 ，取標(biāo)準(zhǔn)C=32在此檔中，選取和管道直徑相配的口徑。,解：Pm-Pr是管網(wǎng)入口壓差，設(shè)配管S=0.50.7，,4.1.2噴嘴擋板機(jī)構(gòu)（了解）,圖噴嘴擋板機(jī)構(gòu)的構(gòu)造與特性,結(jié)論(1)噴嘴擋板機(jī)構(gòu)是一種位移檢測機(jī)構(gòu),輸入：噴嘴擋板間的微小位移,輸出：背壓室的氣壓信號,(2)由于恒節(jié)流孔與噴嘴的孔徑都很小，所以輸出氣量很小，不能直接驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行器與遠(yuǎn)距離傳輸,將420mA的電流信號轉(zhuǎn)換成20100KPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號。,4.1.3 電/氣轉(zhuǎn)換器（了解）,電/氣轉(zhuǎn)換器作用：,I 吸力Fi 杠桿偏轉(zhuǎn) 擋板與噴嘴間隙 背壓 放大器輸入 輸出壓力P 杠桿的反饋力Ff 杠桿平衡 PI,工作原理,4.1.4閥門定位器（了解） 在調(diào)節(jié)閥上加裝閥門定位器，引入閥桿位移負(fù)反饋。使閥桿能按輸入信號精確地確定自己的開度。,4.1.5 電/氣閥門定位器 （了解） 實(shí)際應(yīng)用中，常把電/氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器結(jié)合成一體，組成電/氣閥門定位器。,I杠桿上端右移,擋板靠近噴嘴 P壓力,閥桿下移反饋凸輪 右轉(zhuǎn) 反饋彈簧右拉 杠桿平衡,氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥,氣動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥,4.1.6 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（閱讀） 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥接受來自調(diào)節(jié)器的電流信號，閥門開度連續(xù)可調(diào)。,執(zhí)行機(jī)構(gòu),執(zhí)行機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推動(dòng)裝置，它將輸入信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的動(dòng)力，帶動(dòng)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作。 閥門是調(diào)節(jié)閥的控制機(jī)構(gòu)，它與氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的閥門是通用的。,電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)用控制電機(jī)作動(dòng)力裝置。輸出形式有： 角行程：電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)減速器后輸出。 直行程：電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)減速器減速并轉(zhuǎn)換為直線位移輸出。 多轉(zhuǎn)式：轉(zhuǎn)角輸出，功率比較大，主要用來控制閘閥、截止閥等多轉(zhuǎn)式閥門。 這幾種執(zhí)行機(jī)構(gòu)在電氣原理上基本相同，只是減速器不一樣。,輸入信號與位置反饋信號進(jìn)行比較，將差值放大。,驅(qū)動(dòng) 電機(jī),經(jīng)減速輸出，帶動(dòng)閥門,直到位置發(fā)送器檢測到的位置信號與輸入信號相等時(shí)，放大器輸出為零。,電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 原理方框圖,電動(dòng)小型調(diào)節(jié)閥,電動(dòng)直角調(diào)節(jié)閥,電動(dòng)雙座調(diào)節(jié)閥,電動(dòng)漿液閥,電動(dòng)刀型閘閥,電動(dòng)閘閥,小結(jié),結(jié)構(gòu),工作原理,電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,電/氣閥門定位器,電/氣轉(zhuǎn)換器,調(diào)節(jié)閥的 選擇與計(jì)算,調(diào)節(jié)閥的