第5章 執(zhí)行器

1、氣動(dòng)薄膜直通單座閥氣動(dòng)薄膜直通雙座閥氣動(dòng)蝶閥氣動(dòng)球閥氣動(dòng)切斷閥電動(dòng)直通單座閥電動(dòng)隔膜閥電動(dòng)三通閥氣動(dòng)薄膜角形閥電磁閥手動(dòng)截止閥1執(zhí)行機(jī)構(gòu)2閥桿3閥芯4閥座5閥體6轉(zhuǎn)軸7閥板 主要構(gòu)成：閥體、閥座、閥心、和閥桿或轉(zhuǎn)軸v閥芯為一球體v閥芯上開(kāi)有一個(gè)直徑和管道直徑相等的通孔，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)球體旋轉(zhuǎn)，起調(diào)節(jié)和切斷作用。v該閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，密封可靠，流通能力大1.流量特性為快開(kāi)特性，一般用于位式控制。 v閥芯也為一球體v但球體上開(kāi)孔為V V形口，隨著球體的旋轉(zhuǎn)，流通截面積不斷發(fā)生變化，但流通截面的形狀始終保持為三角形。v該閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，關(guān)閉性能好，流通能力大，可調(diào)比大1.流量特性近似為等百分比特

2、性，適用于纖維、紙漿及含顆粒的介質(zhì)。 孔板流量計(jì)的公式Q A 122()PP1210PPKQ調(diào)節(jié)閥的流量方程依據(jù)的原理：伯努利方程（能量守恒）3123/QmhPPkPag cm、流量系數(shù)是反映調(diào)節(jié)閥口徑大小的一個(gè)重要參數(shù)流量系數(shù)是反映調(diào)節(jié)閥口徑大小的一個(gè)重要參數(shù) 流量系數(shù)KV的定義 :在調(diào)節(jié)閥前后壓差為100KPa，流體密度為1g/cm3 （即540的水）的條件下，調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)，每小時(shí)通過(guò)閥門的流體量（m3） 1210PPKQ把上述參數(shù)代入流量方程，即可算出實(shí)際工況的流經(jīng)閥門的流量把上述參數(shù)代入流量方程，即可算出實(shí)際工況的流經(jīng)閥門的流量 事實(shí)上，這里提出流量系數(shù)的概念，用意不在流量的計(jì)算上，真

3、正目的是事實(shí)上，這里提出流量系數(shù)的概念，用意不在流量的計(jì)算上，真正目的是根據(jù)工藝要求如何來(lái)選擇一臺(tái)合適的調(diào)節(jié)閥。根據(jù)工藝要求如何來(lái)選擇一臺(tái)合適的調(diào)節(jié)閥。 根據(jù)工藝要求，即流量Q、前后差壓P、介質(zhì)密度，可以用下式來(lái)計(jì)算調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)，并以此來(lái)作為閥門口徑選擇的依據(jù)之一：PQK10注意：上式中各參數(shù)的單位 上式只適用于一般的流體（如水或者類似流體） 流體的種類和性質(zhì)將影響KV的大小，因此對(duì)不同的流體必須考慮其對(duì)流量系數(shù)的影響 流體的流動(dòng)狀態(tài)也將影響K的大小可調(diào)比可調(diào)比R R反映調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)能力的大小反映調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)能力的大小 定義定義: :調(diào)節(jié)閥所能調(diào)節(jié)的最大流量和最小流量之比調(diào)節(jié)閥所能調(diào)節(jié)的最

4、大流量和最小流量之比 minmaxQQR 調(diào)節(jié)閥前后壓差的變化，會(huì)引起可調(diào)比變化調(diào)節(jié)閥前后壓差的變化，會(huì)引起可調(diào)比變化，將可調(diào)比分為理想可調(diào)，將可調(diào)比分為理想可調(diào)比和實(shí)際可調(diào)比。比和實(shí)際可調(diào)比。 minmaxQQR 理想可調(diào)比由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定，通常理想可調(diào)比由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定，通常 R=30 或 50maxminPKPKminmaxKK串聯(lián)管道時(shí)的可調(diào)比 minmaxmaxmin()rPKRPK流量最大時(shí)閥門上的壓降最小設(shè) SPPSminR SminminmaxSPPRRPP并聯(lián)管道時(shí)的可調(diào)比 1max2max1min21min2rQQQRQQQQ1maxmaxQxQ) 1()1 (maxmaxma

5、xRRRQRQQRrR 1 2max11QQRr設(shè) 2max1maxQQQmax(1)x Q1min1max/QQR調(diào)節(jié)閥流量特性：介質(zhì)流過(guò)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與相對(duì)位移（即閥的相對(duì)開(kāi)度）之間的關(guān)系 )(maxLlfQQ調(diào)節(jié)閥前后壓差的變化，會(huì)引起流量變化。流量特性分為調(diào)節(jié)閥前后壓差的變化，會(huì)引起流量變化。流量特性分為理想流量特性和實(shí)際流量特性理想流量特性和實(shí)際流量特性調(diào)節(jié)閥的固有特性，由閥芯的形狀所決定調(diào)節(jié)閥的固有特性，由閥芯的形狀所決定。1-1-快開(kāi)特性快開(kāi)特性2-2-直線特性直線特性3-3-拋物線特性拋物線特性4-4-等百分比（對(duì)數(shù)）特性等百分比（對(duì)數(shù)）特性kLldQQd)()(maxLlR

6、RQQ) 1(11max特點(diǎn)：特點(diǎn)：a.a.放大系數(shù)是常數(shù)放大系數(shù)是常數(shù) 調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與相對(duì)位移成直線關(guān)系，即單位位移變化所引起的流調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與相對(duì)位移成直線關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)量變化是常數(shù) LlRR)11 (1b. Q 流量相對(duì)變化值流量相對(duì)變化值 maxmax)()(QQkLldQQd特點(diǎn)：特點(diǎn)：a. a. Q 放大系數(shù)放大系數(shù)單位相對(duì)位移變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系單位相對(duì)位移變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系b. 流量相對(duì)變化值是常數(shù)流量相對(duì)變化值是常數(shù) (1)maxlLQRQ單位相對(duì)位移的變化所引起的相對(duì)流量變化與

7、此點(diǎn)的相對(duì)流量值的平單位相對(duì)位移的變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量值的平方值的平方根成正比關(guān)系方值的平方根成正比關(guān)系 21maxmax)()()(QQkLldQQd2max) 1(1 1LlRRQQ為了彌補(bǔ)直線特性在小開(kāi)度時(shí)調(diào)節(jié)性能差的為了彌補(bǔ)直線特性在小開(kāi)度時(shí)調(diào)節(jié)性能差的缺點(diǎn)，在拋物線特性基礎(chǔ)上派生出一種修正缺點(diǎn)，在拋物線特性基礎(chǔ)上派生出一種修正拋物線特性，它在相對(duì)位移拋物線特性，它在相對(duì)位移30%30%及相對(duì)流量變及相對(duì)流量變20%20%這段區(qū)間內(nèi)為拋物線關(guān)系，而在此以上的這段區(qū)間內(nèi)為拋物線關(guān)系，而在此以上的范圍是線性關(guān)系。范圍是線性關(guān)系。 在開(kāi)度較小時(shí)就有較大的流量，隨著開(kāi)度的增

8、大，流量很快就達(dá)在開(kāi)度較小時(shí)就有較大的流量，隨著開(kāi)度的增大，流量很快就達(dá)到最大；此后再增加開(kāi)度，流量變化很小到最大；此后再增加開(kāi)度，流量變化很小 有效位移一般為閥座直徑的有效位移一般為閥座直徑的1/41/4 適用于迅速啟閉的位式控制或程序適用于迅速啟閉的位式控制或程序控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 上述上述4 4種流量特性中：直線和等百種流量特性中：直線和等百分比最常用。分比最常用。(1)(1)串聯(lián)管道時(shí)串聯(lián)管道時(shí)* * 流量特性發(fā)生畸變流量特性發(fā)生畸變 直線特性直線特性快開(kāi)特性快開(kāi)特性 等百分比特性等百分比特性直線特性直線特性 * * 可調(diào)比減小可調(diào)比減小 (2)(2)并聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性并聯(lián)管道時(shí)的

9、工作流量特性 通常一般通常一般X X 值不能低于值不能低于0.80.8，即旁路流量只能為總流量的百分?jǐn)?shù)之十即旁路流量只能為總流量的百分?jǐn)?shù)之十幾。幾。 可調(diào)比將大大下降可調(diào)比將大大下降執(zhí)行器的選用是否得當(dāng)，將直接影響控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量、安執(zhí)行器的選用是否得當(dāng)，將直接影響控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量、安全性和可靠性全性和可靠性 執(zhí)行器的選擇，主要是從以下三方面考慮：執(zhí)行器的選擇，主要是從以下三方面考慮：1.1.調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式；調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式；2.2.調(diào)節(jié)閥的流量特性；調(diào)節(jié)閥的流量特性；3.3.調(diào)節(jié)閥的口徑。調(diào)節(jié)閥的口徑。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 可以根據(jù)實(shí)際使用要求，綜合考慮確定選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，還

10、必須考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力（力矩）應(yīng)大于它所受到的負(fù)荷力（力矩） 負(fù)荷力（力矩）包括流體對(duì)閥芯產(chǎn)生的作用力（不平衡力）或作用力矩（不平衡力矩）閥桿的摩擦力、重量以及壓縮彈簧的預(yù)緊力 對(duì)于氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu):工作壓差小于最大允許壓差但當(dāng)所用調(diào)節(jié)閥的口徑較大或壓差較高時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求有更大的輸出力，此時(shí)可考慮用，也可選用再配上。 氣開(kāi)式調(diào)節(jié)閥:有信號(hào)壓力輸入時(shí)閥打開(kāi) 無(wú)信號(hào)壓力時(shí)閥全關(guān)氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥:有信號(hào)壓力時(shí)閥關(guān)閉 無(wú)信號(hào)壓力時(shí)閥全開(kāi)氣開(kāi)氣關(guān)的選擇考慮原則是： 信號(hào)壓力中斷時(shí)，應(yīng)保證設(shè)備和操作人員的發(fā)全，如閥門處于打開(kāi)位置時(shí)危害性小，則應(yīng)選用氣關(guān)式；反之，則用氣開(kāi)式。 主要依據(jù)是：（1） 流體性質(zhì)

11、如流體種類、粘度、腐蝕性、是否含懸浮顆粒（2） 工藝條件 如溫度、壓力、流量、壓差、泄漏量（3） 過(guò)程控制要求 控制系統(tǒng)精度、可調(diào)比、噪音 根據(jù)以上各點(diǎn)進(jìn)行綜合考慮，并參照各種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其適用場(chǎng)合，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性，來(lái)選擇滿足工藝要求的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。實(shí)際上是指如何選擇直線特性和等百分比特性實(shí)際上是指如何選擇直線特性和等百分比特性 經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則 :適當(dāng)?shù)剡x擇調(diào)節(jié)閥的特性，以閥的放大系數(shù)的變化來(lái)補(bǔ)償控制對(duì)象放適當(dāng)?shù)剡x擇調(diào)節(jié)閥的特性，以閥的放大系數(shù)的變化來(lái)補(bǔ)償控制對(duì)象放大系數(shù)的變化，使控制系統(tǒng)總的放大系數(shù)保持不變或近似不變大系數(shù)的變化，使控制系統(tǒng)總的放大系數(shù)保持不變或近似不變（1 1）考慮系統(tǒng)的

12、控制品質(zhì)）考慮系統(tǒng)的控制品質(zhì)調(diào)節(jié)閥在串聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性與調(diào)節(jié)閥在串聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性與S S值的大小有關(guān)，即與工藝配管情值的大小有關(guān)，即與工藝配管情況有關(guān)。因此，在選擇其特性時(shí)，還必須考慮工藝配管情況。況有關(guān)。因此，在選擇其特性時(shí)，還必須考慮工藝配管情況。（2 2）考慮工藝管道情況）考慮工藝管道情況1.1.根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)選擇所需要的工作流量特性根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)選擇所需要的工作流量特性2.2.考慮工藝配管情況確定相應(yīng)的理想流量特性考慮工藝配管情況確定相應(yīng)的理想流量特性P182 P182 表表5-55-5具體做法具體做法: :直線特性調(diào)節(jié)閥在小開(kāi)度時(shí)流量相對(duì)變化值大，控制過(guò)于靈直線特性調(diào)節(jié)

13、閥在小開(kāi)度時(shí)流量相對(duì)變化值大，控制過(guò)于靈敏，易引起振蕩，且閥芯、閥座也易受到破壞，因此在敏，易引起振蕩，且閥芯、閥座也易受到破壞，因此在S S值小、值小、負(fù)荷變化大的場(chǎng)合，不宜采用。等百分比特性調(diào)節(jié)閥的放大負(fù)荷變化大的場(chǎng)合，不宜采用。等百分比特性調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)隨調(diào)節(jié)閥行程增加而增大，流量相對(duì)變化值是恒定不變系數(shù)隨調(diào)節(jié)閥行程增加而增大，流量相對(duì)變化值是恒定不變的，因此它對(duì)負(fù)荷變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性。的，因此它對(duì)負(fù)荷變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性。 （3 3）考慮負(fù)荷變化情況）考慮負(fù)荷變化情況首先必須要合理確定調(diào)節(jié)閥流量和壓差的數(shù)據(jù)。首先必須要合理確定調(diào)節(jié)閥流量和壓差的數(shù)據(jù)。通常把代入計(jì)算公式中的流量和壓差分別

14、稱為計(jì)算流量和計(jì)算壓差。通常把代入計(jì)算公式中的流量和壓差分別稱為計(jì)算流量和計(jì)算壓差。而在根據(jù)計(jì)算所得到的流量系數(shù)選擇調(diào)節(jié)閥口徑之后，還應(yīng)對(duì)所選調(diào)節(jié)閥開(kāi)度和可調(diào)節(jié)比進(jìn)行驗(yàn)算，以保證所選調(diào)節(jié)閥的口徑能滿足控制要求。 PQK10依據(jù)流量系數(shù)依據(jù)流量系數(shù)就是根據(jù)工藝參就是根據(jù)工藝參數(shù)計(jì)算出數(shù)計(jì)算出K K，然后，然后根據(jù)根據(jù)K K選取一個(gè)選取一個(gè)K Kv v值差不多的調(diào)節(jié)值差不多的調(diào)節(jié)閥。閥。 最大計(jì)算流量是指通過(guò)調(diào)節(jié)閥的最大流量，最大計(jì)算流量是指通過(guò)調(diào)節(jié)閥的最大流量，其值應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)備的生產(chǎn)能力、對(duì)象負(fù)荷的變其值應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)備的生產(chǎn)能力、對(duì)象負(fù)荷的變化、操作條件變化以及系統(tǒng)的控制質(zhì)量等因素綜化、操作條

15、件變化以及系統(tǒng)的控制質(zhì)量等因素綜合考慮，合理確定合考慮，合理確定。 避免兩種傾向：過(guò)多考慮余量避免兩種傾向：過(guò)多考慮余量 只考慮眼前生產(chǎn)只考慮眼前生產(chǎn) 選擇調(diào)節(jié)閥口徑的步驟選擇調(diào)節(jié)閥口徑的步驟計(jì)算壓差是指最大流量時(shí)調(diào)節(jié)閥上的壓差，計(jì)算壓差是指最大流量時(shí)調(diào)節(jié)閥上的壓差，即調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)的壓差即調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)的壓差確定計(jì)算壓差時(shí)必須兼顧調(diào)節(jié)性能和動(dòng)力消確定計(jì)算壓差時(shí)必須兼顧調(diào)節(jié)性能和動(dòng)力消耗兩方面，即應(yīng)合理耗兩方面，即應(yīng)合理選定選定S S值值。2) 2) 在最大流量的條件下，分別計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)調(diào)節(jié)閥之外的各項(xiàng)局部在最大流量的條件下，分別計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)調(diào)節(jié)閥之外的各項(xiàng)局部阻力所引起的壓力損失，再求出它們的總和阻

16、力所引起的壓力損失，再求出它們的總和P PF F 。 3) 3) 選取選取S值值 S值一般希望不小于值一般希望不小于0.30.3，常選，常選 5 . 03 . 0S4) 4) 求取調(diào)節(jié)閥計(jì)算壓差求取調(diào)節(jié)閥計(jì)算壓差P PV V VVFPSPP 計(jì)算壓差確定步驟如下：計(jì)算壓差確定步驟如下： 1) 1) 選擇調(diào)節(jié)閥前后最近的壓力基本穩(wěn)定的兩選擇調(diào)節(jié)閥前后最近的壓力基本穩(wěn)定的兩個(gè)設(shè)備作為系統(tǒng)的計(jì)算范圍。個(gè)設(shè)備作為系統(tǒng)的計(jì)算范圍。 SPSPFV1根據(jù)已求得的根據(jù)已求得的Kmax，在所選用的產(chǎn)品，在所選用的產(chǎn)品 型式的標(biāo)準(zhǔn)系列中，選型式的標(biāo)準(zhǔn)系列中，選取大于取大于Kmax并與其最接近的那一擋并與其最接近的

17、那一擋Kv 值值 （P.169,表表6-3)根據(jù)已決定的計(jì)算流量和計(jì)算壓差，求得最大流量時(shí)的流量根據(jù)已決定的計(jì)算流量和計(jì)算壓差，求得最大流量時(shí)的流量系數(shù)系數(shù)Kmax PQK10最大計(jì)算流量時(shí)的開(kāi)度不大于最大計(jì)算流量時(shí)的開(kāi)度不大于90%90%最小計(jì)算流量時(shí)的開(kāi)度不小于最小計(jì)算流量時(shí)的開(kāi)度不小于10%10% %10003. 011003. 1 22iVQPKSSk%1001110lg48.1122iVQPKSSk直線特性調(diào)節(jié)閥直線特性調(diào)節(jié)閥 等百分比特性的調(diào)節(jié)閥等百分比特性的調(diào)節(jié)閥 minmaxQQRrSRRr須滿足根據(jù)值決定調(diào)節(jié)閥的公稱直徑根據(jù)值決定調(diào)節(jié)閥的公稱直徑DgDg和閥座直徑和閥座直徑d

18、gdg（P.169表表6-3)將控制信號(hào)（I0或PO），成比例地轉(zhuǎn)換成氣壓信號(hào)輸出至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使閥桿產(chǎn)生位移閥桿位移量通過(guò)機(jī)械機(jī)構(gòu)反饋到閥門定位器，當(dāng)位移反饋信號(hào)與輸入的控制信號(hào)相平衡時(shí)，閥桿停止動(dòng)作，調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度與控制信號(hào)相對(duì)應(yīng)。按結(jié)構(gòu)形式，閥門定位器可以分為按結(jié)構(gòu)形式，閥門定位器可以分為: :電氣閥門定位器作用： 1.將420mA或010mA轉(zhuǎn)換為氣信號(hào)，用以控制氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥 2.它還能夠起到閥門定位的作用 當(dāng)輸入當(dāng)輸入IO 對(duì)主杠桿對(duì)主杠桿2產(chǎn)生向左的力產(chǎn)生向左的力F1 主杠桿繞支點(diǎn)反時(shí)針偏轉(zhuǎn)主杠桿繞支點(diǎn)反時(shí)針偏轉(zhuǎn) 擋板擋板13靠近噴嘴靠近噴嘴15 Pa 使閥桿向下移動(dòng)使閥桿向下移動(dòng)并帶動(dòng)

19、反饋桿并帶動(dòng)反饋桿9繞支點(diǎn)繞支點(diǎn)4偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)凸輪凸輪5也跟著逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)也跟著逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)從而使反饋彈簧從而使反饋彈簧11拉伸拉伸 最終使閥門定位器達(dá)到平衡狀態(tài)。此時(shí)最終使閥門定位器達(dá)到平衡狀態(tài)。此時(shí)，一定的信號(hào)壓力就對(duì)應(yīng)于一定的閥桿位，一定的信號(hào)壓力就對(duì)應(yīng)于一定的閥桿位移，即對(duì)應(yīng)于一定的閥門開(kāi)度。移，即對(duì)應(yīng)于一定的閥門開(kāi)度。 PaKiIoFiliMiK1PaK2LKfFflfMfKiIoFiliMiK1PaK2LKfFflfMf120121i iffK KLK lIK K K l121ffK K K li iffK lK l閥桿位移和輸入信號(hào)之間的關(guān)系取決于轉(zhuǎn)換系數(shù)閥桿位移和輸入信號(hào)之間的關(guān)系取決于轉(zhuǎn)換系數(shù)K Ki i、力臂長(zhǎng)度、力臂長(zhǎng)度l li i以及反饋以及反饋部分的反饋系數(shù)部分的反饋系數(shù)K Kf f，而與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的時(shí)間常數(shù)和放大系數(shù)，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)的，而與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的時(shí)間常數(shù)和放大系數(shù)，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)的膜片有