過程控制4——王再英.ppt

結構,工作原理,電動調節(jié)閥,電/氣閥門定位器,電/氣轉換器,調節(jié)閥的 選擇與計算,調節(jié)閥的流量特性,調節(jié)閥的流通能力,調節(jié)閥的氣開氣關型式,氣動調節(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換成執(zhí)行動作，從而操縱進入設備的能量（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。,電動調節(jié)閥,氣動調節(jié)閥,液動調節(jié)閥,自動調節(jié)閥門 控制電機,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,實測值,自動控制系統(tǒng)方框圖,4.1.1 氣動調節(jié)閥(理解） 氣動調節(jié)閥是由氣壓信號控制的閥門。,氣動薄膜室,推桿,閥門,閥位指示標牌,閥桿,4.1.1.1 氣動調節(jié)閥的結構與分類 氣動調節(jié)閥由執(zhí)行機構和調節(jié)機構（閥）兩部分組成。 執(zhí)行機構是推動裝置，它是將信號壓力的大小轉換為閥桿位移的裝置。 調節(jié)機構是閥門，它將閥桿的位移轉換為流通面積的大小。,氣動活塞式執(zhí)行機構,薄膜式執(zhí)行機構,1.執(zhí)行機構 執(zhí)行機構按調節(jié)器輸出的控制信號，驅動調節(jié)機構動作。,正作用執(zhí)行機構：來自控制器的信號壓力增大時，閥桿下移的叫。,反作用執(zhí)行機構：來自控制器的信號壓力增大時，閥桿上移的叫。,（1） 直通單座閥,2調節(jié)機構 調節(jié)機構就是閥門，是一個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，閥芯與閥座間的流通截面積增大，介質流量增大。,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，閥芯與閥座間的流通截面積減小，介質流量減小。,（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，閥芯內開孔。轉動閥芯使之與閥體處于不同的相對位置時，就有不同的流通面積。,4.1.1.2 調節(jié)閥的流量特性（掌握） 流量特性的定義： 被控介質流過閥門的相對流量與閥門的相對開度（相對位移）間的關系稱為調節(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 調節(jié)閥的可調比系數(shù)。,可調比R為調節(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)在任何一點上都是相同的。即在任何一點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，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，各自相對流量的變化比值是多少？,解：10時： （20-10）/10100%=100% 50時： （60-50）/50100%=20% 80時： （90-80）/80100%=12.5%,結論：直線閥在小開度時控制作用很強，而在大開度時控制作用很弱。體現(xiàn)在控制效果上，小開度時控制力強，容易引起系統(tǒng)振蕩，大開度時，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)關系：,曲線斜率（放大系數(shù)）隨行程的增大而增大。流量小時，流量變化?。涣髁看髸r，流量變化大。,等百分比閥在各流量點的放大系數(shù)不同，但在各點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,開度較小時就有較大流量，隨開度的增大，流量很快就達到最大，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、調節(jié)閥的工作流量特性 實際使用時，調節(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，這時流量特性叫調節(jié)閥的工作流量特性,閥權度s表示調節(jié)閥全開時，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 ,結論 串聯(lián)管道使調節(jié)閥的流量特性發(fā)生畸變。 串聯(lián)管道使調節(jié)閥的流量可調范圍降低，最大流量減小。 串聯(lián)管道會使調節(jié)閥的放大系數(shù)減小，調節(jié)能力降低，s值低于0.3時，調節(jié)閥能力基本喪失。,4.1.1.2調節(jié)閥的選擇 1調節(jié)閥結構的選擇,2氣開式與氣關式的選擇（掌握） 氣動調節(jié)閥在氣壓信號中斷后閥門會復位。 隨著輸入氣壓信號增大，閥門開度逐漸關小的稱為氣關式。氣關式閥在氣壓信號中斷時全開。 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全關。,氣動薄膜調節(jié)閥的氣開式與氣關式：,閥門氣開氣關式的選擇原則： 當控制信號中斷時，閥門的復位位置能使工藝設備處于安全狀態(tài)。若此時要求閥門全開，選氣關式，若要求閥門全關，選氣開式。,例： 選擇蒸汽鍋爐的控制閥門時，為保證失控狀態(tài)下鍋爐的安全： 給水閥應選氣關式 燃氣閥應選氣開式,例：調節(jié)進入設備的工藝介質流量的調節(jié)閥，若介質為易爆氣體，應選用氣開閥，以免信號中斷時介質溢出設備而引起爆炸,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晶,易聚合的物料時,加熱蒸汽閥應選氣關閥,以免調節(jié)閥失去能源時閥門閉合,停止蒸汽進入而導致釜內液體結晶凝固.,3. 調節(jié)閥流量特性的選擇 保證控制品質的重要因素之一是：保持控制系統(tǒng)的總放大倍數(shù)在工作范圍內盡可能恒定。,適當選擇調節(jié)閥的流量特性能補償對象的靜特性。,（1）若調節(jié)對象的靜特性是非線性的，工藝負荷變化又大，用等百分比特性補償。,（2）若調節(jié)對象的靜特性是線性的，或工藝負荷變化不大，用直線閥。,4. 調節(jié)閥口徑的選擇,調節(jié)閥的口徑決定了調節(jié)閥的流通能力。 調節(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，閥門全開時每小時能通過調節(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，流經閥的水流量為20 m3 /h，則該調節(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 ，取標準C=32在此檔中，選取和管道直徑相配的口徑。,解：Pm-Pr是管網入口壓差，設配管S=0.50.7，,4.1.2噴嘴擋板機構（了解）,圖噴嘴擋板機構的構造與特性,結論(1)噴嘴擋板機構是一種位移檢測機構,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，不能直接驅動氣動執(zhí)行器與遠距離傳輸,將420mA的電流信號轉換成20100KPa的標準氣壓信號。,4.1.3 電/氣轉換器（了解）,電/氣轉換器作用：,I 吸力Fi 杠桿偏轉 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） 在調節(jié)閥上加裝閥門定位器，引入閥桿位移負反饋。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） 實際應用中，常把電/氣轉換器和閥門定位器結合成一體，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 反饋彈簧右拉 杠桿平衡,氣動調節(jié)閥,氣動調節(jié)蝶閥,4.1.6 電動調節(jié)閥（閱讀） 電動調節(jié)閥接受來自調節(jié)器的電流信號，閥門開度連續(xù)可調。,執(zhí)行機構,執(zhí)行機構是調節(jié)閥的推動裝置，它將輸入信號轉換成相應的動力，帶動控制機構動作。 閥門是調節(jié)閥的控制機構，它與氣動調節(jié)閥的閥門是通用的。,電動執(zhí)行機構用控制電機作動力裝置。輸出形式有： 角行程：電機轉動經減速器后輸出。 直行程：電機轉動經減速器減速并轉換為直線位移輸出。 多轉式：轉角輸出，功率比較大，主要用來控制閘閥、截止閥等多轉式閥門。 這幾種執(zhí)行機構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行比較，將差值放大。,驅動 電機,經減速輸出，帶動閥門,直到位置發(fā)送器檢測到的位置信號與輸入信號相等時，放大器輸出為零。,電動執(zhí)行機構 原理方框圖,電動小型調節(jié)閥,電動直角調節(jié)閥,電動雙座調節(jié)閥,電動漿液閥,電動刀型閘閥,電動閘閥,小結,結構,工作原理,電動調節(jié)閥,電/氣閥門定位器,電/氣轉換器,調節(jié)閥的 選擇與計算,調節(jié)閥的