化工自動(dòng)化及儀表 第五章

1、第五章第五章 執(zhí)行器執(zhí)行器華東理工大學(xué)信息學(xué)院自動(dòng)化系華東理工大學(xué)信息學(xué)院自動(dòng)化系控制裝置執(zhí)行器過(guò)程檢測(cè)元件、變送器r(t)比較機(jī)構(gòu)-e(t)u(t)q(t)y(t)f(t)c(t)擾動(dòng)廣義對(duì)象被控變量測(cè)量值控制器設(shè)定值簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)構(gòu)成回顧：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)構(gòu)成回顧：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方塊圖簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方塊圖本章內(nèi)容本章內(nèi)容5.0 概述概述 5.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 5.2 控制閥控制閥 5.4 控制閥口徑的確定控制閥口徑的確定 5.3 氣動(dòng)薄膜控制閥的流量特性氣動(dòng)薄膜控制閥的流量特性 5.5 閥門(mén)定位器閥門(mén)定位器5.6 氣動(dòng)薄膜控制閥的選用氣動(dòng)薄膜控制閥的選用5.7 數(shù)字閥和智能控制閥數(shù)字閥和智能

2、控制閥 5.0 概述概述 作用：作用：接收控制器輸出的控制信號(hào)，改變操縱變接收控制器輸出的控制信號(hào)，改變操縱變量，使生產(chǎn)過(guò)程按預(yù)定要求正常進(jìn)行。量，使生產(chǎn)過(guò)程按預(yù)定要求正常進(jìn)行?？刂蒲b置執(zhí)行器過(guò)程檢測(cè)元件、變送器r(t)比較機(jī)構(gòu)-e(t)u(t)q(t)y(t)f(t)c(t)擾動(dòng)廣義對(duì)象被控變量測(cè)量值控制器設(shè)定值簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方塊圖簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方塊圖組成：執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成：執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指根據(jù)控制器控制信號(hào)產(chǎn)生執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指根據(jù)控制器控制信號(hào)產(chǎn)生推力或位移的裝置。推力或位移的裝置。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出信號(hào)去改調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是根據(jù)執(zhí)行

3、機(jī)構(gòu)輸出信號(hào)去改變能量或物料輸送量的裝置，通常指控制閥。變能量或物料輸送量的裝置，通常指控制閥。現(xiàn)場(chǎng)有時(shí)就將執(zhí)行器稱(chēng)為控制閥?，F(xiàn)場(chǎng)有時(shí)就將執(zhí)行器稱(chēng)為控制閥。分類(lèi)：分類(lèi)：液動(dòng)液動(dòng)電動(dòng)電動(dòng)氣動(dòng)氣動(dòng)推力最大，但較笨重，現(xiàn)很少使用推力最大，但較笨重，現(xiàn)很少使用液動(dòng)液動(dòng):電動(dòng)執(zhí)行器的電動(dòng)執(zhí)行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是分開(kāi)的兩是分開(kāi)的兩部分，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)有部分，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)有角行程角行程和和直行程直行程兩種，都兩種，都是以?xún)上嘟涣麟姍C(jī)為動(dòng)力的位置伺服機(jī)構(gòu)，是以?xún)上嘟涣麟姍C(jī)為動(dòng)力的位置伺服機(jī)構(gòu)，作作用是將輸入的直流電流信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換為位移用是將輸入的直流電流信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換為位移量。量。電動(dòng)：電動(dòng)

4、：安全防爆性能較差，電機(jī)動(dòng)作不夠迅速，在安全防爆性能較差，電機(jī)動(dòng)作不夠迅速，在行程受阻或閥桿被軋住時(shí)電機(jī)易受損。行程受阻或閥桿被軋住時(shí)電機(jī)易受損。 氣動(dòng)執(zhí)行器的氣動(dòng)執(zhí)行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是統(tǒng)一的整體，一的整體，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)有其執(zhí)行機(jī)構(gòu)有薄膜式薄膜式和和活塞式活塞式兩兩類(lèi)。類(lèi)。氣動(dòng)：氣動(dòng)：活塞式活塞式: 行程長(zhǎng)，適用于要求有較大推力的場(chǎng)行程長(zhǎng)，適用于要求有較大推力的場(chǎng)合合薄膜式薄膜式: 行程較小，只能直接帶動(dòng)閥桿。行程較小，只能直接帶動(dòng)閥桿。化工廠一般均采用薄膜式?；S一般均采用薄膜式。是是用壓縮空氣為能源，用壓縮空氣為能源，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、平穩(wěn)

5、、輸出推動(dòng)力大、維修方便、防火防爆、平穩(wěn)、輸出推動(dòng)力大、維修方便、防火防爆、價(jià)格較低、廣泛應(yīng)用于化工、煉油生產(chǎn)。價(jià)格較低、廣泛應(yīng)用于化工、煉油生產(chǎn)。氣動(dòng)：氣動(dòng)：5.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 氣動(dòng)執(zhí)行器的氣動(dòng)執(zhí)行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是統(tǒng)一的整體。是統(tǒng)一的整體。 5.1.1 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要分為氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要分為薄膜式薄膜式和和活塞式活塞式。 薄膜式薄膜式 活塞式活塞式 正作用形式正作用形式: : 信號(hào)壓力增大信號(hào)壓力增大, ,推桿向下。推桿向下。薄膜式薄膜式反作用形式反作用形式: : 信號(hào)壓力增大信號(hào)壓力增大, ,推桿向上。推桿向上。 這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸

6、出位移這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出位移與輸入氣壓信號(hào)成比例關(guān)系。與輸入氣壓信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)壓力與彈簧的反作用力平衡當(dāng)壓力與彈簧的反作用力平衡時(shí)時(shí), ,推桿穩(wěn)定在某一位置推桿穩(wěn)定在某一位置, ,信號(hào)信號(hào)壓力越大壓力越大, ,推桿的位移量也越推桿的位移量也越大。大。( (推桿的位移即為執(zhí)行機(jī)推桿的位移即為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直線輸出位移構(gòu)的直線輸出位移, ,也稱(chēng)也稱(chēng)行行程。程。) ) 形式有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和改進(jìn)結(jié)構(gòu)。形式有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和改進(jìn)結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)型傳統(tǒng)型 國(guó)產(chǎn)正作用式執(zhí)行機(jī)構(gòu)稱(chēng)為國(guó)產(chǎn)正作用式執(zhí)行機(jī)構(gòu)稱(chēng)為ZMAZMA型型，反作用式執(zhí)行機(jī)構(gòu)稱(chēng)反作用式執(zhí)行機(jī)構(gòu)稱(chēng)為為ZMBZMB型型。信號(hào)壓力通過(guò)波紋膜片的上方（正作用式）或下方

7、。信號(hào)壓力通過(guò)波紋膜片的上方（正作用式）或下方（反作用式）進(jìn)入氣室。（反作用式）進(jìn)入氣室。較大口徑的控制閥都是采用正作用形式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。較大口徑的控制閥都是采用正作用形式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。側(cè)裝式氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（增力式執(zhí)行機(jī)構(gòu)）側(cè)裝式氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（增力式執(zhí)行機(jī)構(gòu)） 特點(diǎn)：薄膜式膜頭裝在支架的側(cè)面特點(diǎn)：薄膜式膜頭裝在支架的側(cè)面 輕型氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輕型氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)上采用多根彈簧，彈簧內(nèi)裝在薄膜氣特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)上采用多根彈簧，彈簧內(nèi)裝在薄膜氣室中。室中。 由于它的特殊構(gòu)造，使得輕型氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于它的特殊構(gòu)造，使得輕型氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、高度降低、輸出推力大具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、高度降低、

8、輸出推力大的特點(diǎn)。的特點(diǎn)。5.1.2 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 在防爆要求不高且無(wú)合適氣源的情況下可以使用在防爆要求不高且無(wú)合適氣源的情況下可以使用電動(dòng)執(zhí)行器。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速裝置，電動(dòng)執(zhí)行器。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速裝置，在電信號(hào)的作用下產(chǎn)生直線位移和角位移。在電信號(hào)的作用下產(chǎn)生直線位移和角位移。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般可以分為電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般可以分為直行程、角行程、多轉(zhuǎn)式直行程、角行程、多轉(zhuǎn)式三種三種。直行程直行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出軸輸出大小不同的直線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出軸輸出大小不同的直線位移來(lái)推動(dòng)不同類(lèi)型的閥門(mén)，通常用來(lái)推動(dòng)單座、位移來(lái)推動(dòng)不同類(lèi)型的閥門(mén)，通常用來(lái)推動(dòng)單座、雙

9、座、三通、套筒等形式的控制閥。雙座、三通、套筒等形式的控制閥。角行程角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出軸輸出角位移，角度范電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出軸輸出角位移，角度范圍小于圍小于360360o o, , 根據(jù)大小不同推動(dòng)不同的閥門(mén)，通常用根據(jù)大小不同推動(dòng)不同的閥門(mén)，通常用來(lái)推動(dòng)蝶閥、球閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等轉(zhuǎn)角式控制閥。來(lái)推動(dòng)蝶閥、球閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等轉(zhuǎn)角式控制閥。多轉(zhuǎn)式多轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出軸輸出各種大小不等的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出軸輸出各種大小不等的有效圈數(shù)，位移量較大，用于推動(dòng)閘閥或由執(zhí)行電有效圈數(shù)，位移量較大，用于推動(dòng)閘閥或由執(zhí)行電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)式的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，如各種泵等。動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)式的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，如各種泵等。5.

10、2 控制閥控制閥 5.2.1 控制閥（控制閥（調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu) 調(diào)節(jié)閥（是一個(gè)局部阻力可以改變的節(jié)流元件）調(diào)節(jié)閥（是一個(gè)局部阻力可以改變的節(jié)流元件）由閥芯與閥座構(gòu)成。由閥芯與閥座構(gòu)成。通過(guò)閥芯在閥體內(nèi)移動(dòng)，改變通過(guò)閥芯在閥體內(nèi)移動(dòng)，改變閥芯與閥座之間的流通面積，從而改變被調(diào)介質(zhì)的閥芯與閥座之間的流通面積，從而改變被調(diào)介質(zhì)的流量，達(dá)到調(diào)節(jié)工藝參數(shù)的目的。流量，達(dá)到調(diào)節(jié)工藝參數(shù)的目的。正作用正作用：閥芯向下。閥桿向下，流通面積閥芯向下。閥桿向下，流通面積減少。減少。反作用反作用：閥芯向上。閥桿向下，流通面積閥芯向上。閥桿向下，流通面積增大。增大。 執(zhí)行器如氣動(dòng)薄膜控制閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)執(zhí)行器

11、如氣動(dòng)薄膜控制閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組合起來(lái)可以實(shí)現(xiàn)節(jié)機(jī)構(gòu)組合起來(lái)可以實(shí)現(xiàn)氣開(kāi)和氣關(guān)式氣開(kāi)和氣關(guān)式兩種調(diào)節(jié)。兩種調(diào)節(jié)。氣動(dòng)控制閥的氣開(kāi)、氣關(guān)特性氣動(dòng)控制閥的氣開(kāi)、氣關(guān)特性氣關(guān)閥：氣關(guān)閥：供氣量越大，閥門(mén)開(kāi)度越小，供氣量越大，閥門(mén)開(kāi)度越小，而在失氣時(shí)則全開(kāi)，稱(chēng)而在失氣時(shí)則全開(kāi)，稱(chēng)FO型。型。 p(kp) 100 20 20 100 開(kāi)度 開(kāi)度 全開(kāi) 全開(kāi) p(kp) 氣關(guān)閥 氣開(kāi)閥 全關(guān) 全關(guān) 氣開(kāi)閥：氣開(kāi)閥：供氣量越大，閥門(mén)開(kāi)度越大，供氣量越大，閥門(mén)開(kāi)度越大，而在失氣時(shí)則全關(guān)，稱(chēng)而在失氣時(shí)則全關(guān)，稱(chēng)FC型。型。5.2.2 控制閥類(lèi)型控制閥類(lèi)型 直通單座閥、直通雙座閥直通單座閥、直通雙座閥 直通

12、單座閥直通單座閥 直通雙座閥直通雙座閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 只有一個(gè)閥芯只有一個(gè)閥芯 有兩個(gè)閥芯有兩個(gè)閥芯 直通單座閥直通單座閥 直通雙座閥直通雙座閥優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 泄漏量小泄漏量小 不平衡推力較小不平衡推力較小缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：閥芯受到的不平衡推力大閥芯受到的不平衡推力大 泄漏量大泄漏量大 適用：適用：壓差較小、泄漏量壓差較小、泄漏量 壓差較大、對(duì)泄壓差較大、對(duì)泄 較小的場(chǎng)合較小的場(chǎng)合 漏量要求不高的場(chǎng)合漏量要求不高的場(chǎng)合隔膜控制閥：該種閥門(mén)用耐腐蝕襯里的閥體和耐隔膜控制閥：該種閥門(mén)用耐腐蝕襯里的閥體和耐腐蝕隔膜代替閥芯與閥座組件。該類(lèi)閥耐腐蝕性腐蝕隔膜代替閥芯與閥座組件。該類(lèi)閥耐腐蝕性強(qiáng)，適用于對(duì)

13、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)流量的控制。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)強(qiáng)，適用于對(duì)強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)流量的控制。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，流路阻力小，流量系數(shù)大，無(wú)泄漏量。單，流路阻力小，流量系數(shù)大，無(wú)泄漏量。但由于他自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可耐的壓力、溫度都但由于他自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可耐的壓力、溫度都較低，一般適用于壓力低于較低，一般適用于壓力低于1MPa、溫度低于、溫度低于150的情況。的情況。三通控制閥：三通控制閥分為合流閥與分流閥。三通控制閥：三通控制閥分為合流閥與分流閥。合流閥是兩路流體合為一路，分流閥是一路流體合流閥是兩路流體合為一路，分流閥是一路流體分為兩路。分為兩路。用于流體總量不變，兩路流體需要調(diào)整的場(chǎng)合。用于流體總量不變，兩路流體需要調(diào)整的場(chǎng)合

14、。角型控制閥、套筒型控制閥等角型控制閥、套筒型控制閥等5.3 氣動(dòng)薄膜控制閥的流量特性氣動(dòng)薄膜控制閥的流量特性 定義：流量特性定義：流量特性是指流過(guò)閥門(mén)的調(diào)節(jié)介質(zhì)是指流過(guò)閥門(mén)的調(diào)節(jié)介質(zhì)的相對(duì)流的相對(duì)流量與閥桿的相對(duì)行程量與閥桿的相對(duì)行程（閥門(mén)的相對(duì)開(kāi)度）之間的關(guān)（閥門(mén)的相對(duì)開(kāi)度）之間的關(guān)系。系。 數(shù)學(xué)表達(dá)式數(shù)學(xué)表達(dá)式maxmaxqlfql表示控制閥某一開(kāi)度的流量與全開(kāi)時(shí)流量表示控制閥某一開(kāi)度的流量與全開(kāi)時(shí)流量之比，稱(chēng)為之比，稱(chēng)為相對(duì)流量相對(duì)流量。max/q qmax/ l l類(lèi)型：類(lèi)型：理想特性、工作特性理想特性、工作特性表示控制閥某一開(kāi)度時(shí)的閥桿行程與全開(kāi)表示控制閥某一開(kāi)度時(shí)的閥桿行程與全開(kāi)

15、時(shí)閥桿全行程之比，稱(chēng)為時(shí)閥桿全行程之比，稱(chēng)為相對(duì)開(kāi)度相對(duì)開(kāi)度。5.3.1 理想流量特性理想流量特性定義：控制閥的前后壓差不變時(shí)定義：控制閥的前后壓差不變時(shí)得到的流量特性。得到的流量特性。特點(diǎn)：特點(diǎn)：完全取決于閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)完全取決于閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)類(lèi)型：線性、對(duì)數(shù)、快開(kāi)類(lèi)型：線性、對(duì)數(shù)、快開(kāi)控制閥的可調(diào)比控制閥的可調(diào)比理想可調(diào)比控制閥前后壓差不變時(shí)的可調(diào)比，取決于閥芯結(jié)構(gòu)實(shí)際可調(diào)比考慮閥前后壓差變化因素時(shí)的可調(diào)比，取決于閥芯結(jié)構(gòu)和配管狀況maxminqRq可調(diào)比（可調(diào)范圍）：可調(diào)比（可調(diào)范圍）：控制閥所能控制的最大流量控制閥所能控制的最大流量qmax與最小流量與最小流量qmin之比。用之比。用R 表

16、示，它反映了控制表示，它反映了控制閥調(diào)節(jié)能力的大小。閥調(diào)節(jié)能力的大小。應(yīng)注意最小流量應(yīng)注意最小流量 與泄漏量的區(qū)別：與泄漏量的區(qū)別： 控制閥可調(diào)的最小流量，為（控制閥可調(diào)的最小流量，為（24%） 泄漏量泄漏量控制閥全關(guān)時(shí)的泄漏量，為（控制閥全關(guān)時(shí)的泄漏量，為（0.010.1%）qminqminqmaxqmax線性閥：線性閥：是指控制閥的相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度成線性是指控制閥的相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度成線性關(guān)系。換句話說(shuō)，即關(guān)系。換句話說(shuō)，即閥桿單位行程變化所引起的相閥桿單位行程變化所引起的相對(duì)流量變化是常數(shù)。對(duì)流量變化是常數(shù)。maxmaxqlkCqlmaxmaxqdqkldl積分后為積分后為線性流量特性

17、的控制閥，其放大線性流量特性的控制閥，其放大系數(shù)是常數(shù)；系數(shù)是常數(shù)；流量的流量的相對(duì)變化相對(duì)變化是不同的是不同的 小開(kāi)度時(shí)，流量的相對(duì)變化大；小開(kāi)度時(shí)，流量的相對(duì)變化大； 大開(kāi)度時(shí)，流量的相對(duì)變化小。大開(kāi)度時(shí)，流量的相對(duì)變化小?？刂崎y的特點(diǎn)： 小開(kāi)度時(shí)，因靈敏度高而不易小開(kāi)度時(shí)，因靈敏度高而不易控制，甚至產(chǎn)生振蕩；控制，甚至產(chǎn)生振蕩； 大開(kāi)度時(shí)調(diào)節(jié)緩慢，不夠及時(shí)。大開(kāi)度時(shí)調(diào)節(jié)緩慢，不夠及時(shí)。對(duì)數(shù)閥：對(duì)數(shù)閥：是指單位行程變化所引起的相對(duì)流量變化是指單位行程變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系。與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系。max(1)maxllqRqmaxmaxmaxqdqqkqld

18、l兩邊取對(duì)數(shù)為可得兩邊取對(duì)數(shù)為可得積分表達(dá)式為積分表達(dá)式為maxmaxln(1)lnqlRql對(duì)數(shù)（等百分比）流量特性的控制閥，其放大系對(duì)數(shù)（等百分比）流量特性的控制閥，其放大系數(shù)隨閥門(mén)開(kāi)度的增加而增大。數(shù)隨閥門(mén)開(kāi)度的增加而增大。流量的流量的相對(duì)變化相對(duì)變化是一個(gè)常數(shù)是一個(gè)常數(shù)（百分比相等）（百分比相等）控制閥的特點(diǎn)：控制閥的特點(diǎn)： 小開(kāi)度時(shí)流量小，流量小開(kāi)度時(shí)流量小，流量變化也小，調(diào)節(jié)緩和平穩(wěn)；變化也小，調(diào)節(jié)緩和平穩(wěn)； 大開(kāi)度時(shí)流量大，流量大開(kāi)度時(shí)流量大，流量的變化也大，調(diào)節(jié)靈敏有效。的變化也大，調(diào)節(jié)靈敏有效。快開(kāi)流量特性快開(kāi)流量特性該流量特性在該流量特性在開(kāi)度較小時(shí)流量變化很快開(kāi)度較小時(shí)流

19、量變化很快，隨著開(kāi)，隨著開(kāi)度的增大，流量很快就幾乎達(dá)到最大。此后再增度的增大，流量很快就幾乎達(dá)到最大。此后再增加開(kāi)度，流量變化非常小，故稱(chēng)為快開(kāi)特性。加開(kāi)度，流量變化非常小，故稱(chēng)為快開(kāi)特性。 快開(kāi)特性控制閥適用快開(kāi)特性控制閥適用于迅速啟閉的切斷閥于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)?；螂p位控制系統(tǒng)。 5.3.2 工作流量特性工作流量特性定義：實(shí)際上控制閥的前后壓差是變化的定義：實(shí)際上控制閥的前后壓差是變化的，此時(shí)得，此時(shí)得到的控制閥的相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系稱(chēng)為到的控制閥的相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系稱(chēng)為工作流量特性。工作流量特性。 pf p Op pv pf p q q pv 串聯(lián)管道情況串

20、聯(lián)管道情況串聯(lián)管道控制閥壓差變化串聯(lián)管道控制閥壓差變化配管系數(shù)配管系數(shù)S：控制閥全開(kāi)時(shí)，控制閥上壓差控制閥全開(kāi)時(shí)，控制閥上壓差pv 與系與系統(tǒng)總壓差統(tǒng)總壓差p之比。之比。/VSpp S=1時(shí)，系統(tǒng)的總壓差全部降在控制閥上，時(shí)，系統(tǒng)的總壓差全部降在控制閥上，工作流量特性就表現(xiàn)為理想流量特性。工作流量特性就表現(xiàn)為理想流量特性。maxmaxmin()VfqSppqRq管(2)流量特性畸變（流量特性畸變（0.3S0.6）S減小會(huì)帶來(lái)的不良后果：減小會(huì)帶來(lái)的不良后果：(1)選擇原則：選擇原則：一般希望一般希望S的取值范圍：的取值范圍：0.3S0.6: 認(rèn)為工作特性與理想特性相同。認(rèn)為工作特性與理想特性相

21、同。S0.3 （流量特性畸變很大流量特性畸變很大）: 節(jié)能運(yùn)行，可以進(jìn)行靜節(jié)能運(yùn)行，可以進(jìn)行靜態(tài)非線性補(bǔ)償態(tài)非線性補(bǔ)償 在實(shí)際使用中，在實(shí)際使用中，S選得過(guò)大或過(guò)小都不合適。選得過(guò)大或過(guò)小都不合適。S選得過(guò)大，閥上壓降很大，消耗能量過(guò)多；選得過(guò)大，閥上壓降很大，消耗能量過(guò)多；S選得過(guò)選得過(guò)小，則對(duì)調(diào)節(jié)不利。小，則對(duì)調(diào)節(jié)不利。 配管系數(shù)配管系數(shù)S的選擇：的選擇：5.3.3 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性 氣動(dòng)薄膜控制閥膜頭是一個(gè)氣動(dòng)薄膜控制閥膜頭是一個(gè)空間（氣容）空間（氣容），從從控制器到氣動(dòng)薄膜控制閥膜頭間的引壓管線控制器到氣動(dòng)薄膜控制閥膜頭間的引壓管線有氣容有氣容和氣阻和氣阻，故，故管線和膜頭是一個(gè)由氣阻

22、和氣容組成的管線和膜頭是一個(gè)由氣阻和氣容組成的一階滯后環(huán)節(jié)一階滯后環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)的大小取決于氣阻和氣其時(shí)間常數(shù)的大小取決于氣阻和氣容。當(dāng)信號(hào)管線太長(zhǎng)或太粗，膜頭氣室太大時(shí)，氣容。當(dāng)信號(hào)管線太長(zhǎng)或太粗，膜頭氣室太大時(shí)，氣阻氣容就大，控制閥的時(shí)間常數(shù)大。這樣增加了系阻氣容就大，控制閥的時(shí)間常數(shù)大。這樣增加了系統(tǒng)廣義對(duì)象容量滯后，對(duì)控制不利。統(tǒng)廣義對(duì)象容量滯后，對(duì)控制不利。通常減小時(shí)間常數(shù)的措施有：通常減小時(shí)間常數(shù)的措施有： 盡量縮短引壓管線的長(zhǎng)度盡量縮短引壓管線的長(zhǎng)度。 選用合適口徑的氣動(dòng)管線。選用合適口徑的氣動(dòng)管線。 加裝傳輸滯后補(bǔ)償器。加裝傳輸滯后補(bǔ)償器。5.4 控制閥口徑的確定控制閥口徑的

23、確定依據(jù)：流通能力，用流量系數(shù)依據(jù)：流通能力，用流量系數(shù)KV表示。表示。因?yàn)椋毫髁肯禂?shù)因?yàn)椋毫髁肯禂?shù)KV直接反映了流體通過(guò)控制閥的最直接反映了流體通過(guò)控制閥的最大能力。大能力。流通能力定義：控制閥全開(kāi)時(shí)，閥前后壓差為流通能力定義：控制閥全開(kāi)時(shí)，閥前后壓差為100kPa、流體密度為流體密度為1g/cm2 時(shí)，每小時(shí)流經(jīng)控制閥時(shí)，每小時(shí)流經(jīng)控制閥的流量值（的流量值（m3/h ）控制閥口徑的確定需經(jīng)過(guò)以下步驟：控制閥口徑的確定需經(jīng)過(guò)以下步驟： 根據(jù)生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷確定出最大流量根據(jù)生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷確定出最大流量qvmax。 根據(jù)所選的流量特性及系統(tǒng)特點(diǎn)選定根據(jù)所選的流量特性及系統(tǒng)特點(diǎn)選定S值（值

24、（S=Pv/P），），然后求出計(jì)算壓差（即閥門(mén)全開(kāi)時(shí)的壓差）。然后求出計(jì)算壓差（即閥門(mén)全開(kāi)時(shí)的壓差）。 根據(jù)流通能力計(jì)算公式，求得最大流量時(shí)的根據(jù)流通能力計(jì)算公式，求得最大流量時(shí)的Kvmax。 根據(jù)已求得的根據(jù)已求得的Kvmax，在所選用的產(chǎn)品型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)系列中選在所選用的產(chǎn)品型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)系列中選取大于取大于Kvmax并最接近的并最接近的Kv值，從而選取閥門(mén)口徑。值，從而選取閥門(mén)口徑。 驗(yàn)證控制閥開(kāi)度和可調(diào)比，一般要求最大流量時(shí)閥開(kāi)度不驗(yàn)證控制閥開(kāi)度和可調(diào)比，一般要求最大流量時(shí)閥開(kāi)度不超過(guò)超過(guò)90%，最小流量時(shí)閥開(kāi)度不小于，最小流量時(shí)閥開(kāi)度不小于10% 。 驗(yàn)證合格后，根據(jù)驗(yàn)證合格后，根據(jù)Kv確定

25、控制閥的公稱(chēng)通徑和閥座直徑。確定控制閥的公稱(chēng)通徑和閥座直徑。 5.5 閥門(mén)定位器閥門(mén)定位器功能：接受控制器的輸出信號(hào)，然后將該信號(hào)成比功能：接受控制器的輸出信號(hào)，然后將該信號(hào)成比例地輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)閥桿移動(dòng)以后，其位移量例地輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)閥桿移動(dòng)以后，其位移量又通過(guò)機(jī)械裝置負(fù)反饋?zhàn)饔糜陂y門(mén)定位器，它與執(zhí)又通過(guò)機(jī)械裝置負(fù)反饋?zhàn)饔糜陂y門(mén)定位器，它與執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。行機(jī)構(gòu)組成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。采用閥門(mén)定位器，可以增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出功率，采用閥門(mén)定位器，可以增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出功率，改善控制閥的性能。改善控制閥的性能。目前較多使用電動(dòng)控制器，控制閥較多使用氣動(dòng)控目前較多使用電動(dòng)控制器，控制閥

26、較多使用氣動(dòng)控制閥制閥作用：作用：電氣轉(zhuǎn)換和閥門(mén)定位器電氣轉(zhuǎn)換和閥門(mén)定位器輸入信號(hào)：輸入信號(hào)：電動(dòng)控制器的輸出電流電動(dòng)控制器的輸出電流輸出信號(hào)：輸出信號(hào)：標(biāo)準(zhǔn)氣動(dòng)信號(hào)，操縱氣動(dòng)薄膜控制閥標(biāo)準(zhǔn)氣動(dòng)信號(hào)，操縱氣動(dòng)薄膜控制閥原理：力矩平衡原理原理：力矩平衡原理5.5.1 電電-氣閥門(mén)定位器氣閥門(mén)定位器由轉(zhuǎn)換組件、氣路組件、反饋組件和接線盒組件等部分組成當(dāng)輸入信號(hào)增大時(shí)放大器輸出氣壓增大閥桿下移，通過(guò)反饋拉桿轉(zhuǎn)換成反饋軸和反饋壓板的角位移反饋彈簧拉伸主杠桿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)噴嘴背壓增大 杠桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換組件將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為氣壓信號(hào)轉(zhuǎn)換組件將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為氣壓信號(hào)氣路組件實(shí)現(xiàn)氣壓信號(hào)放大和自動(dòng)手動(dòng)切換氣路組件

27、實(shí)現(xiàn)氣壓信號(hào)放大和自動(dòng)手動(dòng)切換反饋組件平衡電磁力矩，并保證閥門(mén)定位器輸出與輸入的線性關(guān)系反饋組件平衡電磁力矩，并保證閥門(mén)定位器輸出與輸入的線性關(guān)系閥門(mén)定位器是按力矩平衡原理工作的5.5.2 閥門(mén)定位器的作用閥門(mén)定位器的作用(1) 改善閥的靜態(tài)特性使其能夠準(zhǔn)確定位改善閥的靜態(tài)特性使其能夠準(zhǔn)確定位(2) 改善閥的動(dòng)態(tài)特性改善閥的動(dòng)態(tài)特性改變閥原來(lái)的一階滯后特性，減小時(shí)間常數(shù)，改變閥原來(lái)的一階滯后特性，減小時(shí)間常數(shù)，使之成為比例特性。使之成為比例特性。(3) 改善閥的流量特性改善閥的流量特性通過(guò)改善反饋凸輪的形狀通過(guò)改善反饋凸輪的形狀(4) 用于用于分程控制分程控制(5) 用于閥門(mén)的反向動(dòng)作用于閥門(mén)

28、的反向動(dòng)作可改變閥的氣開(kāi)、氣關(guān)可改變閥的氣開(kāi)、氣關(guān)特性特性5.6 氣動(dòng)薄膜控制閥的選用氣動(dòng)薄膜控制閥的選用 一般包括：一般包括：控制閥結(jié)構(gòu)形式及材質(zhì)的選擇；控制閥結(jié)構(gòu)形式及材質(zhì)的選擇；控制閥流量特性的選擇?？刂崎y流量特性的選擇。氣開(kāi)、氣關(guān)的選擇；氣開(kāi)、氣關(guān)的選擇；控制閥口徑選擇控制閥口徑選擇安裝使用安裝使用5.6.1 結(jié)構(gòu)形式及材質(zhì)的選擇結(jié)構(gòu)形式及材質(zhì)的選擇依據(jù)：依據(jù)：工藝條件工藝條件 調(diào)節(jié)介質(zhì)特性調(diào)節(jié)介質(zhì)特性例如，根據(jù)調(diào)節(jié)介質(zhì)的特性（如是否有腐蝕性、介例如，根據(jù)調(diào)節(jié)介質(zhì)的特性（如是否有腐蝕性、介質(zhì)粘度的高低），控制閥前后壓差的大小，泄漏量質(zhì)粘度的高低），控制閥前后壓差的大小，泄漏量的大小，來(lái)

29、選擇不同的合適的閥門(mén)。的大小，來(lái)選擇不同的合適的閥門(mén)。 表表5-2（P96、P97）控制閥選用參考表控制閥選用參考表特殊的情況特殊的情況 閃蒸和空化閃蒸和空化 磨損磨損 腐蝕腐蝕 高溫高溫 低溫低溫 高壓降高壓降 5.6.2 流量特性的選擇流量特性的選擇通常是指如何合理選擇線性和對(duì)數(shù)流量特性。通常是指如何合理選擇線性和對(duì)數(shù)流量特性。選擇原則：使整個(gè)廣義選擇原則：使整個(gè)廣義對(duì)象具有線性特征。對(duì)象具有線性特征。 輸出 輸入 過(guò)程 控制閥 選擇步驟：選擇步驟：(1) 根據(jù)過(guò)程特性，選擇閥的工作特性；根據(jù)過(guò)程特性，選擇閥的工作特性；(2) 根據(jù)配管情況，從所需的工作特性出發(fā)，根據(jù)配管情況，從所需的工作

30、特性出發(fā)，推斷理推斷理想流量特性。想流量特性。5.6.3 控制閥氣開(kāi)、氣關(guān)的選擇控制閥氣開(kāi)、氣關(guān)的選擇原則：安全原則原則：安全原則因：供氣中斷時(shí)，應(yīng)使因：供氣中斷時(shí)，應(yīng)使給水閥全開(kāi)，使得鍋爐給水閥全開(kāi)，使得鍋爐不致燒干引起爆炸。不致燒干引起爆炸。 蒸汽 汽包 LT LC 給水 省煤器 鍋爐汽包水位控制帶控制點(diǎn)的流程圖鍋爐汽包水位控制帶控制點(diǎn)的流程圖例：鍋爐汽包水位的控制例：鍋爐汽包水位的控制氣關(guān)閥氣關(guān)閥故：選氣關(guān)閥故：選氣關(guān)閥。例例2：加熱爐爐溫的控制：加熱爐爐溫的控制因：供氣中斷時(shí)，應(yīng)使燃料閥全關(guān)，因：供氣中斷時(shí)，應(yīng)使燃料閥全關(guān)，停止供應(yīng)燃料油，不致使加熱爐溫度停止供應(yīng)燃料油，不致使加熱爐溫

31、度過(guò)高燒壞爐子。過(guò)高燒壞爐子。 TT TC 燃料油 工藝變量 加熱爐溫度控制帶控制點(diǎn)的流程圖加熱爐溫度控制帶控制點(diǎn)的流程圖氣開(kāi)閥氣開(kāi)閥故：選氣開(kāi)閥。故：選氣開(kāi)閥。5.6.4 調(diào)節(jié)閥口徑的選擇調(diào)節(jié)閥口徑的選擇見(jiàn)前面見(jiàn)前面5.6.5 安裝使用安裝使用安裝使用應(yīng)考慮以下幾個(gè)問(wèn)題安裝使用應(yīng)考慮以下幾個(gè)問(wèn)題（P98-99）:(1) 垂直安裝在水平管道上。垂直安裝在水平管道上。(2) 環(huán)境溫度要求：環(huán)境溫度要求：-40溫度溫度60，并遠(yuǎn)離振動(dòng)設(shè)，并遠(yuǎn)離振動(dòng)設(shè)備及腐蝕嚴(yán)重的地方。備及腐蝕嚴(yán)重的地方。(3) 便于檢修維護(hù)，如靠近地面或樓板，上方留有足夠便于檢修維護(hù)，如靠近地面或樓板，上方留有足夠空間?？臻g。(4) 控制閥箭頭方向與流體流動(dòng)方向一致。控制