過控第四章執(zhí)行機構(gòu)

1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容4.1 執(zhí)行器的工作原理與分類4.2 電動執(zhí)行機構(gòu)4.3 氣動執(zhí)行機構(gòu)4.4 調(diào)節(jié)機構(gòu)4.5 電-氣轉(zhuǎn)換器4.6 閥門定位器4.7 執(zhí)行器的選擇第四章 執(zhí)行器4.1 執(zhí)行器的工作原理與分類執(zhí)行器接收來自控制器的控制信號，通過執(zhí)行機構(gòu)將其轉(zhuǎn)換成相應的角位移或直線位移，去改變調(diào)節(jié)機構(gòu)的流通面積，從而調(diào)節(jié)流入或流出被控過程的物料或能量，實現(xiàn)對溫度、壓力、流量等過程被控參數(shù)的自動控制。執(zhí)行器安裝在現(xiàn)場，直接與介質(zhì)接觸，常常在高溫、高壓、易腐蝕、易結(jié)晶、易燃易爆等惡劣條件下使用。 4.1 執(zhí)行器的工作原理與分類-組成按使用能源分電動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器輸入0-10mADC或4-20mADC電

2、流信號。方便、信號傳輸速度快、傳輸距離遠; 結(jié)構(gòu)復雜、安全防爆性能差、推力小、價格貴，適用于防爆要求不高及缺乏氣源的場所 4.1 執(zhí)行器的工作原理與分類-分類液動執(zhí)行器推力大，體積較大，適用于被控制壓力高的場合 輸入0.02-0.1MPa氣壓信號。結(jié)構(gòu)簡單、動作平穩(wěn)可靠、輸出推力大、維護方便、價格便宜、安全防爆系數(shù)高。動作時間長，不適合遠傳（傳輸距離150m），而且不能與數(shù)字設備直接連接。 q電動調(diào)節(jié)閥：電源配備方便，信號傳輸快、電動調(diào)節(jié)閥：電源配備方便，信號傳輸快、損失小，可遠距離傳輸；但推力較小。損失小，可遠距離傳輸；但推力較小。q氣動調(diào)節(jié)閥：結(jié)構(gòu)簡單，可靠，維護方便，氣動調(diào)節(jié)閥：結(jié)構(gòu)簡單

3、，可靠，維護方便，防火防爆；但氣源配備不方便。防火防爆；但氣源配備不方便。q液動調(diào)節(jié)閥：用液壓傳遞動力，推力最大；液動調(diào)節(jié)閥：用液壓傳遞動力，推力最大；但安裝、維護麻煩，使用不多。但安裝、維護麻煩，使用不多。 工業(yè)中使用最多的是氣動調(diào)節(jié)閥和電動調(diào)節(jié)閥。工業(yè)中使用最多的是氣動調(diào)節(jié)閥和電動調(diào)節(jié)閥。 按輸出位移形式轉(zhuǎn)角型90（或360） 4.1 執(zhí)行器的工作原理與分類-分類直線型短行程和長行程 按動作規(guī)律開關型全開和全關兩種狀態(tài)，如電磁閥 積分型正向等速運動、反向等速運動和停止三種狀態(tài)，實現(xiàn)任意閥門開度的調(diào)節(jié) 比例型輸出位移和輸入信號成比例關系 接收來自控制器的0-10mA.DC或4-20mA.DC

4、電流信號，并將其轉(zhuǎn)換為相應的角位移（輸出力矩）或直線位移（輸出力），去操縱閥門、檔板等調(diào)節(jié)機構(gòu)。 4.2 電動執(zhí)行機構(gòu)-概念角行程以電動機作為動力元件，將輸入的直流電流信號轉(zhuǎn)換為相應的角位移（0-90），適用于操縱蝶閥、檔板之類的旋轉(zhuǎn)式調(diào)節(jié)閥 直行程將輸入的直流電流信號，通過電動機和減速器，轉(zhuǎn)換為直線位移輸出，適用于操縱單座、雙座、三通等直線式調(diào)節(jié)閥 多轉(zhuǎn)式開啟和關閉閘閥、截止閥等多轉(zhuǎn)式閥門 執(zhí)執(zhí)行行機機構(gòu)構(gòu)如直動式電磁閥：如直動式電磁閥： 線圈通電時，產(chǎn)生電線圈通電時，產(chǎn)生電磁力，吸引閥芯柱上移，磁力，吸引閥芯柱上移，閥門打開。閥門打開。 線圈斷電后，電磁力線圈斷電后，電磁力消失，閥芯落下。

5、在彈簧消失，閥芯落下。在彈簧壓力下閥門緊閉。壓力下閥門緊閉。 電磁閥是位式閥，只電磁閥是位式閥，只有全開和全關兩個位置。有全開和全關兩個位置。電動調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機構(gòu)和電動調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機構(gòu)和閥門兩部分組成。閥門兩部分組成。q執(zhí)行機構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推動執(zhí)行機構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推動裝置，它將輸入信號轉(zhuǎn)換成相裝置，它將輸入信號轉(zhuǎn)換成相應的動力，帶動控制機構(gòu)動作。應的動力，帶動控制機構(gòu)動作。q閥門是調(diào)節(jié)閥的控制機構(gòu)，閥門是調(diào)節(jié)閥的控制機構(gòu)，它與氣動調(diào)節(jié)閥的閥門是通用它與氣動調(diào)節(jié)閥的閥門是通用的。的。執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)控制機構(gòu)控制機構(gòu)電動執(zhí)行機構(gòu)電動執(zhí)行機構(gòu) 4.2 電動執(zhí)行機構(gòu)-工作原理可與控制器配合實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，還

6、可通過操作器實現(xiàn)系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)和手動調(diào)節(jié)的相互切換。當操作器的切換開關置于手動操作位置時，由正、反操作按鈕直接控制電機的電源，以實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)輸出軸的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。 4.2 電動執(zhí)行機構(gòu)-執(zhí)行機構(gòu)將伺服放大器輸出的電功率轉(zhuǎn)換成機械轉(zhuǎn)矩，并當伺服放大器沒有輸出時，電機能可靠地制動。把伺服電機高轉(zhuǎn)速、小力矩的輸出功率轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機構(gòu)輸出軸的低轉(zhuǎn)速、大力矩的輸出功率，從而推動調(diào)節(jié)機構(gòu)。將執(zhí)行機構(gòu)輸出軸的位移線性地轉(zhuǎn)換成0-10mA.DC或4-20mA.DC反饋信號，并作為位置反饋信號反饋到伺服放大器的輸入端。 伺服電機 定義: 在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機.是一種補助馬達間接變速裝置。 作用：伺服

7、電機,可使控制速度,位置精度非常準確。將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象 分類：直流伺服電機和交流伺服電機。4.2 電動執(zhí)行機構(gòu)-執(zhí)行機構(gòu) 當鐵芯在中間位置時，因兩副邊繞組的磁路對稱，故感應電壓U1=U2，但因兩繞組反向串聯(lián)，所以輸出電壓U0=0； 當鐵芯自中間位置向上移動時，磁路對兩繞組不對稱，故感應電壓U1U2，因而輸出電壓U0= U1-U2； 當鐵芯向下移動時，兩繞組中的感應電壓U10.3到0.5。 S=1時，為理想流量特性； S0.8： X減小，調(diào)節(jié)閥可調(diào)范圍減小。 X=1時，旁路閥全開，為理想特性曲線；（2）流量特性-并聯(lián)管道的工作流量特性4.4 調(diào)節(jié)機構(gòu)-調(diào)節(jié)閥特性 （2）流

8、量特性-工作流量特性4.4 調(diào)節(jié)機構(gòu)-調(diào)節(jié)閥特性-使理想流量特性發(fā)生畸變，串聯(lián)管道的影響尤為嚴重。-使調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍降低，并聯(lián)管道尤為嚴重。-串聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量減少，并聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量增加。-使調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)減小，即輸入信號變化引起的流量變化減小。串聯(lián)管道時，若調(diào)節(jié)閥處于大開度，則S值降低對放大系數(shù)影響更為嚴重。并聯(lián)管道時，若調(diào)節(jié)閥處于小開度，則X值降低對放大系數(shù)影響更為嚴重。4.5 電-氣轉(zhuǎn)換器目的：控制器輸出通常是電動信號，若執(zhí)行器采用氣動執(zhí)行器，就必須將控制器輸出的標準電流信號轉(zhuǎn)換為0.02-0.1MPa的標準氣壓信號，才能與氣動執(zhí)行器配接。 I 吸力吸力Fi 杠桿偏轉(zhuǎn)杠桿偏轉(zhuǎn)

9、擋板與噴嘴間隙擋板與噴嘴間隙 背壓背壓 放大器輸入放大器輸入 輸出壓力輸出壓力P 杠桿杠桿的反饋力的反饋力Ff 杠桿平衡杠桿平衡 PI工作原理工作原理負反饋負反饋磁鐵磁鐵調(diào)零調(diào)零FiFf背壓背壓4.6 閥門定位器目的： 為防止閥桿引出處泄漏，填料通常壓得很緊，使摩擦力很大； 對具有高黏度等特性的被調(diào)介質(zhì)，會對閥芯的作用力產(chǎn)生影響； 影響執(zhí)行機構(gòu)與輸入信號間定位關系，使調(diào)節(jié)閥不能準確定位。 解決措施解決措施 在調(diào)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。 應用場所應用場所 1）由于閥門定位器可以增加執(zhí)行機構(gòu)的輸出功率，克服閥桿與填料之間的摩擦力和介質(zhì)對閥芯

10、產(chǎn)生的不平衡力，所以適用于高壓差、大口徑和含有固體懸浮物的介質(zhì)或黏性流體場合。2）當控制器與執(zhí)行機構(gòu)距離較遠時。采用閥門定位器可以減少控制信號的傳遞滯后，加快閥桿的移動速度。 應用場所應用場所 3）通過閥門定位器可以提高控制信號與執(zhí)行機構(gòu)輸出位移間的線性度，從而保證調(diào)節(jié)閥的準確定位。一般在快速響應系統(tǒng)中，采用電-氣轉(zhuǎn)換器；在慢速響應系統(tǒng)中采用電-氣閥門定位器。實際應用中，常把電實際應用中，常把電/氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器結(jié)合成氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器結(jié)合成一體，組成電一體，組成電/氣閥門定位器。氣閥門定位器。 I杠桿上端右移杠桿上端右移擋板擋板靠近噴嘴靠近噴嘴 P壓力壓力閥桿下移閥桿下移反饋凸輪反饋凸

11、輪右轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn) 反饋彈簧右拉反饋彈簧右拉杠桿平衡杠桿平衡氣動薄膜單座氣動薄膜單座(套筒套筒)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥氣動薄膜氣動薄膜雙雙座調(diào)節(jié)閥座調(diào)節(jié)閥 氣動調(diào)節(jié)閥氣動調(diào)節(jié)閥氣動調(diào)節(jié)蝶閥氣動調(diào)節(jié)蝶閥智能式調(diào)節(jié)閥智能式調(diào)節(jié)閥 隨著電子技術的迅速發(fā)展，微處理器也被引入到隨著電子技術的迅速發(fā)展，微處理器也被引入到調(diào)節(jié)閥中，出現(xiàn)了智能式調(diào)節(jié)閥。主要功能如下：調(diào)節(jié)閥中，出現(xiàn)了智能式調(diào)節(jié)閥。主要功能如下：1控制及執(zhí)行功能控制及執(zhí)行功能2補償及校正功能補償及校正功能3通信功能通信功能4診斷功能診斷功能5保護功能保護功能 智能電動執(zhí)行機構(gòu)智能電動執(zhí)行機構(gòu)4.7 執(zhí)行器選擇（1）結(jié)構(gòu)形式-氣動和電動執(zhí)行機構(gòu)選擇。特別對于氣動執(zhí)

12、行機構(gòu)，必須確定氣動執(zhí)行器的氣開、氣關作用方式。 -調(diào)節(jié)機構(gòu)選擇要充分考慮流體性質(zhì)（如黏度、腐蝕性、毒性等）、工藝條件（如溫度、壓力、流量等）和系統(tǒng)要求，兼顧經(jīng)濟性和工藝要求。 可靠性驅(qū)動能源價格輸出力防爆性能氣動執(zhí)行機構(gòu)高壓縮氣體，氣源裝置低小好電動執(zhí)行機構(gòu)較低電，方便高大差 例如，一般介質(zhì)條件選用直通單座閥或直通例如，一般介質(zhì)條件選用直通單座閥或直通雙座閥；高壓介質(zhì)選用高壓閥；強腐蝕介質(zhì)采用隔雙座閥；高壓介質(zhì)選用高壓閥；強腐蝕介質(zhì)采用隔膜閥等。膜閥等。氣動薄膜三通調(diào)節(jié)閥氣動薄膜三通調(diào)節(jié)閥氣動薄膜精氣動薄膜精小型調(diào)節(jié)閥小型調(diào)節(jié)閥氣動薄膜式隔膜閥氣動薄膜式隔膜閥V型型O型型對夾薄型對夾薄型氣動

13、調(diào)節(jié)球閥氣動調(diào)節(jié)球閥氣動法蘭調(diào)節(jié)蝶閥氣動法蘭調(diào)節(jié)蝶閥氣動對夾式調(diào)節(jié)蝶閥氣動對夾式調(diào)節(jié)蝶閥氣動精小型調(diào)節(jié)閥氣動精小型調(diào)節(jié)閥4.7 執(zhí)行器選擇（2）調(diào)節(jié)閥流量特性-考慮系統(tǒng)的控制性能指標。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。給定值給定值被控量被控量干擾干擾f 控制器控制器 傳感器傳感器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象+eW c(s)W3(s)W1(s)W2(s)K=K1K2K3Kc有的被控對象的有的被控對象的放大倍數(shù)，在不同的工藝點不同。放大倍數(shù)，在不同的工藝點不同。如熱水加熱器的熱水流量與送風溫度的靜特性如熱水加熱器的熱水流量與送風溫度的靜特性MTT熱水熱水

14、Q/maxQ/ Qmax050%50%100%100%K 由圖可見，隨著熱水流量增大，對送風的加熱效由圖可見，隨著熱水流量增大，對送風的加熱效果越來越差。因為熱交換需要時間，熱水很快流走，果越來越差。因為熱交換需要時間，熱水很快流走，不能充分熱交換所致。但若用蒸汽加熱，由于冷凝放不能充分熱交換所致。但若用蒸汽加熱，由于冷凝放熱很快，該特性為直線特性。熱很快，該特性為直線特性。很多對象在工作區(qū)域內(nèi)穩(wěn)態(tài)放大倍數(shù)很多對象在工作區(qū)域內(nèi)穩(wěn)態(tài)放大倍數(shù)K不是常不是常數(shù)，在不同的工藝負荷點，數(shù)，在不同的工藝負荷點，K不相同。因此希望調(diào)不相同。因此希望調(diào)節(jié)閥的流量特性能補償對象的靜特性。節(jié)閥的流量特性能補償對象

15、的靜特性。（1 1）若調(diào)節(jié)對象的靜特性是非線性的，）若調(diào)節(jié)對象的靜特性是非線性的，工藝負荷變工藝負荷變化又大，化又大，用等百分比特性補償。用等百分比特性補償。（3）配配管阻力大、管阻力大、s值低，值低，等等百分比閥會畸變成直線閥。百分比閥會畸變成直線閥。（2）若）若調(diào)節(jié)對象的靜特性是調(diào)節(jié)對象的靜特性是線性的，或線性的，或工藝負荷變化不大，工藝負荷變化不大，用直線閥。用直線閥。4.7 執(zhí)行器選擇（2）調(diào)節(jié)閥流量特性-考慮工藝管路情況。先根據(jù)系統(tǒng)的特點確定閥門預期的工作流量特性，然后再根據(jù)工藝管道情況選擇理想流量特性。配管情況S=0.6-1S=0.3-0.6閥的工作流量特性直線拋物線等百分比直線拋

16、物線等百分比閥的理想流量特性直線拋物線等百分比等百分比直線等百分比一般選取S=0.3-0.5。對于高壓系統(tǒng)，考慮到節(jié)約動力，S可以小于0.3。對于氣體，考慮到阻力損失較小，一般選取S0.5。 4.7 執(zhí)行器選擇（2）調(diào)節(jié)閥流量特性-考慮負荷變化情況。直線流量特性的調(diào)節(jié)閥在小開度時流量相對變化值大，調(diào)節(jié)過程過于靈敏，易于引起振蕩，且閥芯、閥座也易受到破壞，因此不宜在S值小、負荷變化大的場合采用。等百分比流量特性的調(diào)節(jié)閥放大系數(shù)隨閥門形成增加而增大，流量相對變化值恒定，因此適用于負荷變化幅度大的場合。4.4 調(diào)節(jié)機構(gòu)-調(diào)節(jié)閥特性（3）調(diào)節(jié)閥口徑-口徑選擇過小，會使流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的介質(zhì)達不到所需要的最大

17、流量。在大干擾情況下，會因介質(zhì)流量不足而失控。-口徑選擇過大，不僅會浪費設備投資，而且會使調(diào)節(jié)閥處于小開度工作，導致調(diào)節(jié)性能變差，引起系統(tǒng)振蕩，降低閥門壽命。 -調(diào)節(jié)閥的口徑是依據(jù)調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)C確定。 流量系數(shù)流量系數(shù)C的定義：的定義：在閥兩端壓差在閥兩端壓差100kPa，流體為水（，流體為水（103Kgm3）的條件下，閥門全開時每小時能通過調(diào)節(jié)閥的流體流的條件下，閥門全開時每小時能通過調(diào)節(jié)閥的流體流量（量（m3 /h）。）。例如，某一閥門全開、閥兩端壓差為例如，某一閥門全開、閥兩端壓差為100kPa時，時，流經(jīng)閥的水流量為流經(jīng)閥的水流量為20 m3 /h，則該調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)，則該調(diào)節(jié)閥的

18、流量系數(shù)為：為：C=20。 在調(diào)節(jié)閥技術手冊上，在調(diào)節(jié)閥技術手冊上，給出了各種閥門的口徑和流給出了各種閥門的口徑和流通能力通能力 C ，供用戶查閱。，供用戶查閱。CDg 將流量系數(shù)的定義條件代入基本流量公式：將流量系數(shù)的定義條件代入基本流量公式：0022CA100A100010 實際應用中閥門兩端壓差不一定是實際應用中閥門兩端壓差不一定是100kPa，流，流經(jīng)閥門的流體也不一定是水，因此必須換算。經(jīng)閥門的流體也不一定是水，因此必須換算。02APQ（1）液體流量系數(shù)）液體流量系數(shù)C值的計算值的計算 根據(jù)基本流量公式根據(jù)基本流量公式兩式相除得兩式相除得QDgPCQ10P （2）氣體、蒸汽）氣體、蒸汽C值的計算值的計算 氣體、蒸汽都具有可壓縮性，其氣體、蒸汽都具有可壓縮性，其C值的計算必須值的計算必須考慮氣體的可壓縮性和二相流問題，計算時進行相考慮氣體的可壓縮性和二相流問題，計算時進行相