化工儀表自動(dòng)化教案第五章

1、化工儀表自動(dòng)化教案第五章執(zhí)行器作用：接收控制器送來(lái)的控制信號(hào)，改變被控介質(zhì)的流量，從而將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。按能源形式分：氣動(dòng)執(zhí)行器（0.020.1MPa）電動(dòng)執(zhí)行器（電信號(hào)）液動(dòng)執(zhí)行器第一節(jié) 氣動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行器的推動(dòng)裝置，它按控制信號(hào)壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動(dòng)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作，所以它是將信號(hào)壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置。控制機(jī)構(gòu)：執(zhí)行器的控制部分，它直接與被控介質(zhì)接觸，控制流體的流量。所以它是將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流過(guò)閥的流量的裝置。常用輔助裝置：1、 閥門(mén)定位器2、 手輪一、氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類(lèi)1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)分類(lèi)：薄膜式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、維修方便，應(yīng)

2、用廣泛?；钊剑和屏^大，用于大口徑、高壓降控制閥或蝶閥的推動(dòng)裝置。長(zhǎng)行程：行程長(zhǎng)、轉(zhuǎn)矩大，適于輸出轉(zhuǎn)角（60°90°）和力矩。根據(jù)有無(wú)彈簧可分為有彈簧的及無(wú)彈簧的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正作用和反作用兩種形式。當(dāng)輸入氣壓信號(hào)增加時(shí)閥桿向下移動(dòng)時(shí)稱(chēng)正作用；當(dāng)輸入氣壓信號(hào)增加時(shí)閥桿向上移動(dòng)時(shí)稱(chēng)反作用。在工業(yè)生產(chǎn)中口徑較大的調(diào)節(jié)閥通常采用正作用方式。 薄膜式1-上蓋 2-膜片 3-平衡彈簧 4-閥桿 5-閥體 6-閥座 7-閥芯活塞式1-活塞 2-氣缸3-推桿4-閥桿5-填料 6-閥體7-閥芯8-閥座2、控制機(jī)構(gòu) 即是控制閥，是一個(gè)局部阻力可以改變的節(jié)流元件。結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)

3、：（1） 直通單座控制閥 閥體內(nèi)只有一個(gè)閥芯與閥座。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、泄漏量小，易保證關(guān)閉，甚至完全切斷。在壓差大的時(shí)候，流體對(duì)閥芯上下作用的推力不平衡，這種不平衡力會(huì)影響閥芯的移動(dòng)。（2） 直通雙座控制閥閥體內(nèi)有兩個(gè)閥芯和閥座。特點(diǎn)：流體流過(guò)的時(shí)候，不平衡力小，容易泄漏。根據(jù)閥芯與閥座的相對(duì)位置，可分為正作用式與反作用式兩種形式。閥門(mén)中的柱式閥芯可以正裝，也可以反裝。 正裝閥：閥芯下移時(shí)，閥芯與閥座間的流通截面積減小。反裝閥：閥芯下移時(shí)，閥芯與閥座間的流通截面積增大。（3） 角形控制閥角形閥的兩個(gè)接管呈直角形，一般為底進(jìn)側(cè)出。特點(diǎn)：流路簡(jiǎn)單、阻力較小，適于現(xiàn)場(chǎng)管道要求直角連接，介質(zhì)為高黏度、

4、高壓差和含有少量懸浮物和固體顆粒狀的場(chǎng)合。（4） 三通控制閥共有三個(gè)出入口與工藝管道連接。按照流通方式分：（5） 隔膜控制閥采用耐腐蝕襯里的閥體和隔膜。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流阻小、流通能力比同口徑的其他種類(lèi)的閥要大。不易泄漏。耐腐蝕性強(qiáng)，適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的控制，也能用于高黏度及懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。（6） 蝶閥 （7） 球閥（8） 凸輪撓曲閥（9） 籠式閥 凸輪閥 籠式閥二、控制閥的流量特性定義：調(diào)節(jié)閥的流量特性是指被控介質(zhì)流過(guò)閥門(mén)的相對(duì)流量和閥門(mén)相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系；1. 控制閥的理想流量特性在不考慮控制閥前后壓差變化時(shí)得到的流量特性稱(chēng)為理想流量特性。它取決于閥芯的形狀。不同流量特性

5、的閥芯形狀1-快開(kāi)；2-直線(xiàn)；3-拋物線(xiàn)；4-等百分比（1） 直線(xiàn)流量特性指控制閥的相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度成直線(xiàn)關(guān)系。（5-2）將5-2積分得：（5-3）邊界條件：l=0時(shí)，Q=Qmin; l=L時(shí)Q=Qmax把邊界條件代入式（5-3），可分別得：（5-4）R為控制閥的可調(diào)范圍或可調(diào)比。注意：Qmin不等于控制閥全關(guān)時(shí)的泄漏量，一般是Qmax的24。舉例：當(dāng)R=30,l/L=0時(shí)，Q/Qmax=0.33，假設(shè)R=,位移變化量為10%。在10時(shí)，流量變化的相對(duì)值為 在50時(shí)，流量變化的相對(duì)值為 在80時(shí)，流量變化的相對(duì)值為 （2） 等百分比（對(duì)數(shù)）流量特性等百分比流量特性是指單位相對(duì)行程變化所引起的

6、相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系。（5-6）將5-6積分得：將前述邊界條件代入：（5-7）（3） 拋物線(xiàn)流量特性（4） 快開(kāi)特性 這種流量特性在開(kāi)度較小時(shí)就有較大流量，隨開(kāi)度的增大，流量很快就達(dá)到最大。 快開(kāi)特性的閥芯形式是平板形的，適用于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。2、控制閥的工作流量特性 在實(shí)際生產(chǎn)中，控制閥前后壓差總是變化的，這時(shí)的流量特性稱(chēng)為工作流量特性。（1）串聯(lián)管道的工作流量特性 圖5-14 串聯(lián)管道的情形 圖5-15管道串聯(lián)時(shí)控制閥壓差變化情況圖5-16 管道串聯(lián)時(shí)控制閥的工作特性（2）并聯(lián)管道的工作流量特性控制閥一般都裝有旁路，以便手動(dòng)操作和維護(hù)。當(dāng)生產(chǎn)量提高或控制閥

7、選小了時(shí)，只好將旁路閥打開(kāi)一些，此時(shí)控制閥的理想流量特性就改變成為工作特性。如圖5-17所示，顯然這時(shí)管路的總流量Q是控制閥流量Q1與旁路流量Q2之和，即QQ1Q2。圖5-17 并聯(lián)管道的情況以x代表并聯(lián)管道時(shí)控制閥全開(kāi)時(shí)的流量Q1max與總管最大流量Qmax之比，可以得到在壓差p為一定時(shí)，而x為不同數(shù)值時(shí)的工作流量特性曲線(xiàn)。當(dāng)x1，即旁路閥關(guān)閉、Q20時(shí)，控制閥的工作流量特性與它的理想流量特性相同。隨著x值的減小，即旁路閥逐漸打開(kāi)，雖然閥本身的流量特性變化不大，但可調(diào)范圍大大降低了?？刂崎y關(guān)死，即l/L0時(shí)，流量Qmin比控制閥本身Q1min大得多。在實(shí)際使用中總存在著串聯(lián)管道阻力的影響，控

8、制閥上的壓差還會(huì)隨流量的增加而降低，使可調(diào)范圍下降得更多些，控制閥在工作過(guò)程中所能控制的流量變化范圍更小，甚至幾乎不起控制作用。采用打開(kāi)旁路閥的控制方案是不好的，一般認(rèn)為旁路流量最多只能是總流量的百分之十幾，即x值最小不低于0.8。結(jié)論： 串、并聯(lián)管道都會(huì)使閥的理想流量特性發(fā)生畸變，串聯(lián)管道的影響尤為嚴(yán)重。 串、并聯(lián)管道都會(huì)使控制閥的可調(diào)范圍降低，并聯(lián)管道尤為嚴(yán)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。 串、并聯(lián)管道會(huì)使控制閥的放大系數(shù)減小，即輸入信號(hào)變化引起的流量變化值減少。三、控制閥的選擇1.控制閥結(jié)構(gòu)與特性的選擇結(jié)構(gòu)形式選擇：主要根據(jù)工藝條件，如溫度、壓力及介質(zhì)的物理、化

9、學(xué)特性（如腐蝕性、黏度等）來(lái)選擇。特性選擇：先按控制系統(tǒng)的特點(diǎn)來(lái)選擇閥的希望流量特性，然后再考慮工藝配管情況來(lái)選擇相應(yīng)的理想流量特性。目前使用比較多的是等百分比流量特性。2. 氣開(kāi)式與氣關(guān)式的選擇有壓力信號(hào)時(shí)閥關(guān)、無(wú)信號(hào)壓力時(shí)閥開(kāi)的為氣關(guān)式。反之，為氣開(kāi)式。選擇要求：主要從工藝生產(chǎn)上安全要求出發(fā)。信號(hào)壓力中斷時(shí)，應(yīng)保證設(shè)備和操作人員的安全。如果閥處于打開(kāi)位置時(shí)危害性小，則應(yīng)選用氣關(guān)式，以使氣源系統(tǒng)發(fā)生故障，氣源中斷時(shí)，閥門(mén)能自動(dòng)打開(kāi)，保證安全。反之閥處于關(guān)閉時(shí)危害性小，則應(yīng)選用氣開(kāi)閥。組合方式表3、控制閥口徑的選擇 口徑選擇得過(guò)小，會(huì)使流經(jīng)控制閥的介質(zhì)達(dá)不到所需要的最大流量?？趶竭x擇得過(guò)大，會(huì)

10、浪費(fèi)設(shè)備投資，且使控制閥經(jīng)常處于小開(kāi)度工作，控制性能變差，易使控制系統(tǒng)變得不穩(wěn)定?？刂崎y的口徑選擇是由控制閥流量系數(shù)KV值決定的。流量系數(shù)KV的定義為：當(dāng)閥兩端壓差為100kPa，流體密度為1g/cm3，閥全開(kāi)時(shí)，流經(jīng)控制閥的流體流量。對(duì)于不可壓縮的流體，且閥前后壓差p1p2不太大時(shí)，有：四、氣動(dòng)執(zhí)行器的安裝和維護(hù)（1）為便于維護(hù)檢修，氣動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)安裝在靠近地面或樓板的地方。（2）氣動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)安裝在環(huán)境溫度不高于+60和不低于-40的地方，并應(yīng)遠(yuǎn)離振動(dòng)較大的設(shè)備。（3）閥的公稱(chēng)通徑與管道公稱(chēng)通徑不同時(shí)，兩者之間應(yīng)加一段異徑管。（4）氣動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)該是正立垂直安裝于水平管道上。特殊情況下需要水平或

11、傾斜安裝時(shí)，除小口徑閥外，一般應(yīng)加支撐。即使正立垂直安裝，當(dāng)閥的自重較大和有振動(dòng)場(chǎng)合時(shí)，也應(yīng)加支撐。（5）通過(guò)控制閥的流體方向在閥體上有箭頭標(biāo)明，不能裝反。（6）控制閥前后一般要各裝一只切斷閥，以便修理時(shí)拆下控制閥?？紤]到控制閥發(fā)生故障或維修時(shí)，不影響工藝生產(chǎn)的繼續(xù)進(jìn)行，一般應(yīng)裝旁路閥。（7）控制閥安裝前，應(yīng)對(duì)管路進(jìn)行清洗，排去污物和焊渣。安裝后還應(yīng)再次對(duì)管路和閥門(mén)進(jìn)行清洗，并檢查閥門(mén)與管道連接處的密封性能。當(dāng)初次通入介質(zhì)時(shí)，應(yīng)使閥門(mén)處于全開(kāi)位置以免雜質(zhì)卡住。（8）在日常使用中，要對(duì)控制閥經(jīng)常維護(hù)和定期檢修。第二節(jié) 電動(dòng)執(zhí)行器定義：電動(dòng)執(zhí)行器接收來(lái)自控制器的010mA或420mA的直流電流信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直行程位移，去操縱閥門(mén)、擋板等控制機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。分類(lèi)： 角行程 直行程 多轉(zhuǎn)式角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：主要由伺服放大器、伺服電動(dòng)機(jī)、減速器、位置發(fā)送器和操縱器組成。位置