過程控制與自動化儀表——執(zhí)行器儀表-zy

1、西安理工大學自動化與信息工程學院西安理工大學自動化與信息工程學院信息與控制工程系信息與控制工程系過程控制與自動化儀表過程控制與自動化儀表 主講教師：趙主講教師：趙 躍躍第三章第三章 3.23.2執(zhí)行器儀表執(zhí)行器儀表執(zhí)行器的概念執(zhí)行器的概念 在過程控在過程控制系統(tǒng)中接受控制器輸出制系統(tǒng)中接受控制器輸出的控制信號，并根據控制的控制信號，并根據控制信號的大小控制流入流出信號的大小控制流入流出被控過程的物料或能量，被控過程的物料或能量，從而實現(xiàn)對過程參數自動從而實現(xiàn)對過程參數自動控制的裝置?？刂频难b置。例例1 電動調節(jié)閥電動調節(jié)閥 是一種最常使用的是一種最常使用的執(zhí)行器執(zhí)行器例例2 氣動閥門、風門氣動

2、閥門、風門執(zhí)行器執(zhí)行器例例3 液壓油缸驅動裝置液壓油缸驅動裝置例例4 空預器扇形板提升裝置空預器扇形板提升裝置例例5 皮帶給煤機皮帶給煤機 功能：功能： 固體物料的流量控制固體物料的流量控制例例6 Si單晶爐提拉頭單晶爐提拉頭例例7 風機、泵與變頻驅動裝置風機、泵與變頻驅動裝置閥門執(zhí)行器的分類一一 、按驅動能源可以分為、按驅動能源可以分為 1 電動執(zhí)行器電動執(zhí)行器 2 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器 3 液動執(zhí)行器液動執(zhí)行器二、二、 按功能可以分為按功能可以分為 1 調節(jié)閥調節(jié)閥 2 開關閥開關閥閥門執(zhí)行器的構成閥門執(zhí)行器由閥門執(zhí)行器由“執(zhí)行機構執(zhí)行機構”和和“調節(jié)機構調節(jié)機構”兩部分構成兩部分構成調節(jié)

3、機構調節(jié)機構(閥體閥體)調節(jié)機構調節(jié)機構(閥體閥體)一、調節(jié)機構的分類一、調節(jié)機構的分類 1 直通單座閥直通單座閥2 直通雙座閥直通雙座閥調節(jié)機構的分類4 三通閥三通閥3 角型閥角型閥調節(jié)機構的分類5 蝶閥蝶閥調節(jié)機構的分類6 隔膜閥隔膜閥調節(jié)機構的分類7 球閥球閥8 閘閥閘閥電動執(zhí)行機構原理電動執(zhí)行機構原理二、電動執(zhí)行機構原理二、電動執(zhí)行機構原理 電動閥門執(zhí)行器電動閥門執(zhí)行器電動執(zhí)行器原理電動執(zhí)行機構原理框圖電動執(zhí)行機構原理框圖電動執(zhí)行器原理傍磁式制動機構三、電子式電動執(zhí)行機構三、電子式電動執(zhí)行機構 電子式電動執(zhí)行機構智能電子式智能電子式電動執(zhí)行電動執(zhí)行機構機構 Fisher電子式電動執(zhí)行機

4、構電子式電動執(zhí)行機構原理框圖電子式電動執(zhí)行機構原理框圖氣動閥門執(zhí)行器氣動閥門執(zhí)行器KLPAPKAL 氣動執(zhí)行器使用中的問題1為何使用雙座閥為何使用雙座閥閥芯下移時，閥芯與閥閥芯下移時，閥芯與閥座間的流通截面積增大座間的流通截面積增大氣動執(zhí)行器使用中的問題2 閥門的正裝與反裝閥門的正裝與反裝正裝閥正裝閥反裝閥反裝閥閥芯下移時，閥芯與閥閥芯下移時，閥芯與閥座間的流通截面積減小座間的流通截面積減小氣動執(zhí)行器使用中的問題3 氣動執(zhí)行器的氣開與氣關氣動執(zhí)行器的氣開與氣關氣動執(zhí)行器的氣開與氣關氣動執(zhí)行器的氣開與氣關氣動執(zhí)行器的氣開與氣關序號序號執(zhí)行機構作用執(zhí)行機構作用方式方式閥體作用方式閥體作用方式執(zhí)行器

5、氣開、執(zhí)行器氣開、氣關形式氣關形式a正正正正氣關氣關b正正反反氣開氣開c反反正正氣開氣開d反反反反氣關氣關閥門定位器閥門定位器 如何解決閥芯因流體如何解決閥芯因流體作用力引起的閥位偏差作用力引起的閥位偏差?氣動閥門定位器電-氣轉換器負反饋負反饋磁鐵磁鐵調零調零FiFf背壓背壓一體式電-氣閥門執(zhí)行器有了閥門定位器還有了閥門定位器還需要雙座閥嗎需要雙座閥嗎?氣動執(zhí)行器優(yōu)勢：氣動執(zhí)行器優(yōu)勢：1、大能量電源不進入、大能量電源不進入工業(yè)現(xiàn)場，有效防爆。工業(yè)現(xiàn)場，有效防爆。2、執(zhí)行機構簡單可靠、執(zhí)行機構簡單可靠易于維護。易于維護。新型智能閥門執(zhí)行器智能型閥門執(zhí)行器新型閥門定位器1.流量特性的選擇流量特性的

6、選擇pkpAppAqv220210閥門是一個節(jié)流面積可變的節(jié)流裝置它的流量為閥門是一個節(jié)流面積可變的節(jié)流裝置它的流量為221mCCaa顯然顯然K是閥門位移是閥門位移L的函數的函數 lfk 那么在那么在 一定的情況下流量一定的情況下流量 也是也是 的函數的函數pvql lfqv閥門執(zhí)行器的選擇和使用閥門執(zhí)行器的選擇和使用閥門的流量特性 我們把介質流過閥門的相對流量與閥門相對開度之我們把介質流過閥門的相對流量與閥門相對開度之間的關系稱為閥門的間的關系稱為閥門的流量特性流量特性。Llfqqmax 相對流量相對流量q/qmax 是控制閥某一開度時流量是控制閥某一開度時流量q與與全開時流量全開時流量qm

7、ax之比；之比； 相對開度相對開度l/L 是控制閥某一開度時行程是控制閥某一開度時行程l與全與全開行程開行程L之比。之比。 閥門的流量特性Llfqqmax 調節(jié)閥的流量特性不僅與調節(jié)閥的流量特性不僅與閥門的開度有關，還與閥前后閥門的開度有關，還與閥前后的壓差有關，必須分開討論。的壓差有關，必須分開討論。lq 我們把介質流過閥門的相對流我們把介質流過閥門的相對流量與閥門相對開度之間的關系稱為量與閥門相對開度之間的關系稱為閥門的閥門的流量特性流量特性,并把閥門前后壓力并把閥門前后壓力一定情況下的流量特性稱為一定情況下的流量特性稱為“固有固有流量特性流量特性”或或“理想流量特性理想流量特性”閥門的流

8、量特性1、固有（固有（理想）理想）流量特性流量特性在將控制閥前后壓差固定時得到的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稱為固有固有流量特性。它取決于閥芯的形狀。流量特性。它取決于閥芯的形狀。（a）快開特性）快開特性（b）直線特性直線特性（c）等百分比特性等百分比特性如果我們使如果我們使 那么閥位行程與流量之間就成那么閥位行程與流量之間就成線性關系線性關系,只要在加工閥芯時使閥芯表面滿足一定的曲線只要在加工閥芯時使閥芯表面滿足一定的曲線就可以實現(xiàn)就可以實現(xiàn),這種閥稱為這種閥稱為“直線流量特性閥直線流量特性閥”.kLlqq/max閥門的流量特性Klldqqdmaxmaxmaxmaxql

9、KCqlC為積分常數 積分積分 可調比可調比R為調節(jié)閥為調節(jié)閥所能控制的最大流量與所能控制的最大流量與最小流量的比值。最小流量的比值。 其中其中qmin不是指閥門不是指閥門全關時的泄漏量，而是閥門能平穩(wěn)控制的最小流量，約為全關時的泄漏量，而是閥門能平穩(wěn)控制的最小流量，約為最大流量的最大流量的24%一般閥門的可調比一般閥門的可調比R=30。maxmin1qRqC閥門的可調比控制力：閥門開度改變時，相對流量的改變比值。控制力：閥門開度改變時，相對流量的改變比值。 例：例：在不同的在不同的開度上，再分別增加開度上，再分別增加10%開度，相對流量開度，相對流量的變化比值為：的變化比值為：10時：時：（

10、20-10）/10100%=100%50時：時：（60-50）/50100%=20%80時：時：（90-80）/80100%=12.5% 直線閥的流量放大系數在任何一點上都是相同的，但直線閥的流量放大系數在任何一點上都是相同的，但其對流量的控制力卻是不同的。其對流量的控制力卻是不同的。 直線流量特性研究10時：時：（20-10）/10100%=100%50時：時：（60-50）/50100%=20%80時：時：（90-80）/80100%=12.5%Q/Q100L/Lmaxs=1 直線流量特性研究單位相對行程變化所引起的相對流量變化與此點的相單位相對行程變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量

11、成正比關系：對流量成正比關系：VKqqKlldqqdmax1maxmax1max1maxlnCllKqq1maxmaxllRqqKlldqqdmaxmax對數(等百分比)流量特性直線直線對數對數等百分比流量特性vkqqkLldqqdmaxmax/Llkdqqdqq/1maxmaxcLlkqq/lnmaxcLlkeqq/max/minmax1max/qqRRqqLl曲線斜率（放大曲線斜率（放大系數）隨行程的增大而系數）隨行程的增大而增大。流量小時，流量增大。流量小時，流量變化?。涣髁看髸r，流變化??；流量大時，流量變化大。量變化大。對數(等百分比)流量特性等百分比閥在各流量點等百分比閥在各流量點的

12、放大系數不同，但對流量的放大系數不同，但對流量的控制力卻是相同的。的控制力卻是相同的。Q/Q100L/Lmaxs=1對數流量特性控制力：閥門開度改變時，相對流量的改變比值。控制力：閥門開度改變時，相對流量的改變比值。 10%處：處：（6.58%-4.68%）/4.68%41%50%處：處：（25.7%-18.2%）/18.2%41%80%處：處：（71.2%-50.6%）/50.6%41%Q/Q100L/Lmaxs=1對數流量特性研究等百分比閥在各流量點的放大系數不同，但對流量的等百分比閥在各流量點的放大系數不同，但對流量的控制力卻是相同的。控制力卻是相同的。開度較小時就有較大流量，隨開度的增

13、大，流量很快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)。雙位控制系統(tǒng)。1max2maxmaxqqKlldqqd2/1max2max1) 1(1llRRqq積分快開流量特性研究 快開流量特性快開流量特性閥加工最為簡單但閥加工最為簡單但不能用于調節(jié)閥多不能用于調節(jié)閥多用于用于開關閥開關閥快開流量特性研究閥門特性的工藝實現(xiàn)閥門的工作流量特性工作流量特性工作流量特性 在實際使用時在實際使用時,調節(jié)閥安裝在管道上調節(jié)閥安裝在管道上,或或者與其他設備串聯(lián)者與其他設備串聯(lián),或者與旁路管道并

14、聯(lián)或者與旁路管道并聯(lián),因而調節(jié)閥因而調節(jié)閥前后的壓差是變化前后的壓差是變化的。此時的。此時,調節(jié)閥的相對流量與閥芯調節(jié)閥的相對流量與閥芯相對開度之間的關系稱為工作流量特性。相對開度之間的關系稱為工作流量特性。ppsv2kqpG閥門的工作流量特性ppsv2kqpG閥門的工作流量特性ppsv閥門的工作流量特性并聯(lián)管道的情況克服調節(jié)閥的非線性 如果系統(tǒng)對調如果系統(tǒng)對調節(jié)閥線性度的要求節(jié)閥線性度的要求比較高則可以采用比較高則可以采用左圖的處理方法左圖的處理方法,組組成流量調節(jié)子回路成流量調節(jié)子回路,這時流量的大小是這時流量的大小是由檢測儀表來保證由檢測儀表來保證的的,在這種情況下調在這種情況下調節(jié)閥最

15、好采用等百節(jié)閥最好采用等百分比閥分比閥.調節(jié)閥的尺寸選擇2.調節(jié)閥尺寸的選擇調節(jié)閥尺寸的選擇pkpappaqv2222122102pprgAqv2102ppAqv令gAC20C為調節(jié)閥的結構參數稱為為調節(jié)閥的結構參數稱為流通能力流通能力rpCqvprqCvgrr為流體重度，調節(jié)閥的尺寸選擇 流通能力流通能力C表示調節(jié)閥的容量，其定義為：調節(jié)表示調節(jié)閥的容量，其定義為：調節(jié)閥全開，閥前后壓差為閥全開，閥前后壓差為0.1MPa、流體重度為流體重度為1gf/cm3時，每小時通過閥門的流體流量時，每小時通過閥門的流體流量m3 /H.使用時要根據流量要求計算所需使用時要根據流量要求計算所需C值查表選則閥

16、門值查表選則閥門調節(jié)閥選型的其他問題3.調節(jié)閥型式的選擇調節(jié)閥型式的選擇 單座、直行程和套筒閥等。單座、直行程和套筒閥等。4.耐溫、耐壓范圍的選擇耐溫、耐壓范圍的選擇 例如高溫高壓閥等。例如高溫高壓閥等。5.執(zhí)行機構的選擇。執(zhí)行機構的選擇。 氣動薄膜、氣缸、電動、電子執(zhí)行器等。氣動薄膜、氣缸、電動、電子執(zhí)行器等。 包括行程和驅動力等。包括行程和驅動力等。例題 流過某一輸油管道的最大體積流量為40M3/H輸油管道總的輸送壓力為0.4MPa，油料重度為0.5g/cm3 ，粘度與水相當。最大流量時閥兩端的壓差為0.2MPa。請問應選擇什么流量特性的閥門，閥門的型號是什么？2 .632 . 05 .

17、040CprQC 一、定量泵的控制一、定量泵的控制其他常用執(zhí)行器介紹其他常用執(zhí)行器介紹二、離心式風機泵類執(zhí)行器二、離心式風機泵類執(zhí)行器離心泵的流量和壓力曲線離心泵的流量和壓力曲線其他常用執(zhí)行器介紹其他常用執(zhí)行器介紹2221QKnKHa 直接節(jié)流法直接節(jié)流法 機械效率較低，在小流機械效率較低，在小流量時不宜使用量時不宜使用其他常用執(zhí)行器介紹其他常用執(zhí)行器介紹流量檢測安裝在閥的上游流量檢測安裝在閥的上游 節(jié)流閥安裝在泵出口，節(jié)流閥安裝在泵出口，不能安裝在入口。否則容不能安裝在入口。否則容易引起易引起“氣縛氣縛”和和“氣蝕氣蝕”。b 回流控制法回流控制法其他常用執(zhí)行器介紹其他常用執(zhí)行器介紹 機械效率較低，在小流機械效率較低，在小流量時不宜使用量時不宜使用 泵不容易超壓泵不容易超壓