HG第六章執(zhí)行器綜述

1、1基本要求基本要求： 1理解氣動控制閥的基本結構、主要類型及使用理解氣動控制閥的基本結構、主要類型及使用場合。場合。 2理解氣動執(zhí)行器的氣開、氣關型式及其選擇原理解氣動執(zhí)行器的氣開、氣關型式及其選擇原則。則。 3.了解控制閥的流量特性的意義，串聯(lián)管道和并聯(lián)了解控制閥的流量特性的意義，串聯(lián)管道和并聯(lián)管道對流量特性的影響。管道對流量特性的影響。 4了解電氣轉換器及電了解電氣轉換器及電-氣閥門定位器的用途及工氣閥門定位器的用途及工作原理。作原理。 5了解電動、液動執(zhí)行器的基本原理。了解電動、液動執(zhí)行器的基本原理。第六章 執(zhí)行器2概述執(zhí)行器執(zhí)行器是自動控制系統(tǒng)中的一個重要組成部分。是自動控制系統(tǒng)中的一

2、個重要組成部分。作用作用：接受控制器的輸出信號,直接控制能量或物料等調節(jié)介質的輸送量,達到控制溫度、壓力、流量、液位等工藝參數(shù)的目的。 分類分類：按能源形式可分為：按能源形式可分為氣動氣動、電動電動、液動液動三大類。三大類。氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器用壓縮空氣作為能源，特點是結構簡單、動用壓縮空氣作為能源，特點是結構簡單、動作可靠、平穩(wěn)、輸出推力較大、維修方便、防火防爆，而作可靠、平穩(wěn)、輸出推力較大、維修方便、防火防爆，而且價格較低，因此廣泛地應用于化工、煉油等生產(chǎn)過程中。且價格較低，因此廣泛地應用于化工、煉油等生產(chǎn)過程中。它可以方便地與氣動儀表配套使用，經(jīng)過電它可以方便地與氣動儀表配套使用，經(jīng)過電

3、-氣轉換器或氣轉換器或電電-氣閥門定位器可將電信號轉換為氣閥門定位器可將電信號轉換為0.02-0.1MPa的標的標準氣壓信號，仍然可用氣動執(zhí)行器。準氣壓信號，仍然可用氣動執(zhí)行器。電動執(zhí)行器電動執(zhí)行器：以電動機作為動力源，推動機構動作。能：以電動機作為動力源，推動機構動作。能源取用方便，信號傳遞迅速，但結構復雜。源取用方便，信號傳遞迅速，但結構復雜。液動執(zhí)行器液動執(zhí)行器：以液壓站提供的流體（液壓油）高壓為動：以液壓站提供的流體（液壓油）高壓為動力源，推動機構動作。力源，推動機構動作。3第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣氣4一.執(zhí)行機構氣氣輸入信號空氣壓力：0.020.1MPa輸出：直線行程或角行程按連桿最大位

4、移行程確定規(guī)格：10，16，25，40，60，100mm5執(zhí)行機構的作用形式氣動彈簧執(zhí)行機構氣動彈簧執(zhí)行機構在薄膜或活塞上增加彈簧，使其行程與氣壓成正比常用于連續(xù)變化量的調節(jié)。無彈簧氣動執(zhí)行機構，常用于開關方式調節(jié)。6氣動薄膜控制閥外形圖氣動薄膜控制閥外形圖7氣動薄膜執(zhí)行機構圖a. 正作用式氣動薄膜執(zhí)行機構 1上膜蓋； 2波紋膜片； 3下膜蓋 ；4支架；5推桿；6彈簧；7彈簧座；8調節(jié)件；9連接閥桿螺母； 10行程標尺圖b. 反作用式氣動薄膜執(zhí)行機構 1上膜蓋； 2波紋膜片；3下膜蓋；4密封膜片；5密封環(huán)；6填塊；7支架；8推桿；9彈簧；10彈簧座；11襯套；12調節(jié)件；13行程標尺8二二.

5、控制機構控制機構根據(jù)不同根據(jù)不同的使用要求，控制閥的結構形式主要有以下幾種。的使用要求，控制閥的結構形式主要有以下幾種。9閥體內只有一個閥芯與閥座。結構簡單、價格便宜、全關時泄漏量少在壓差大的時候，流體對閥芯上下作用的推力不平衡，這種不平衡力會影響閥芯的移動。 直通單座閥10 閥體內有兩個閥芯和兩個閥座。流體流過的時候，不平衡力小容易泄漏。 11角形閥的兩個接管呈直角形。流路簡單、阻力較小，適于現(xiàn)場管道要求直角連接，介質為高黏度、高壓差和含有少量懸浮物和固體顆粒狀的場合。流向一般是底進側出。12 共有三個出入口與工藝管道連接。合流型和分流型兩種 （A）（B）（A）分流型）分流型（B）合流型）合

6、流型13 采用耐腐蝕襯里的閥體和隔膜。結構簡單、流阻小、流通能力比同口徑的其他種類的閥要大。不易泄漏。耐腐蝕性強，適用于強酸、強堿、強腐蝕性介質的控制，也能用于高黏度及懸浮顆粒狀介質的控制。注意執(zhí)行機構須有足夠的推力。注意執(zhí)行機構須有足夠的推力。14結構簡單、重量輕、價格便宜、流阻極小。泄漏量大。15節(jié)流元件是帶圓孔的球形體（A）或是一種V形缺口球形體（B）。特點：特點：（A）轉動球體可起到控制和切斷的作用（B）轉動球心使V形缺口起節(jié)流和剪切的作用,其特性近似于等百分比型。（A）（B）16 閥芯呈扇形球面狀，與撓曲臂及軸套一起鑄成，固定在轉動軸上。密封性好。重量輕、體積小、安裝方便，適用于要求

7、控制和密封的場合17可調比大、振動小、不平衡力小、結構簡單、套筒互換性好，更換不同的套筒可得到不同的流量特性，閥內部件所受的汽蝕小、噪聲小，是一種性能優(yōu)良的閥，特別適用于要求低噪聲及壓差較大的場合。不適用高溫、高黏度及含有固體顆粒的流體。18三、控制閥的流量特性三、控制閥的流量特性LlfQQmax19直線特性：對數(shù)特性：拋物線特性：快開特性：2max111LlRRQQCLlKQQmaxmaxmax)()(QQKLldQQdCLlKQQmaxln20KLldQQdmax 指控制閥的相對流量與相對開度成直線關系。21CLlKQQmax將前式積分可得（6-3）：l=0時，Q=Qmin; l=L時Q=

8、Qmax把邊界條件代入式（11-3），可分別得RQQKRQQC111,1maxminmaxmin（6-4） Qmin不等于控制閥全關時的泄漏量，一般是不等于控制閥全關時的泄漏量，一般是Qmax的的2 24 4。注意！注意！22將式（11-4）代入式（11-3），可得LlRRQQ111max 23%100%100101020舉例舉例當當R=30,=30,l/L=0=0時，時，Q/Qmaxmax=0.33=0.33假設假設R=,位移變化量為位移變化量為10%10%在在1010時，流量變化的相對值為時，流量變化的相對值為在在5050時，流量變化的相對值為時，流量變化的相對值為在在8080時，流量變化

9、的相對值為時，流量變化的相對值為 %20100505060%5 .12%100808090 在流量小時，流量變化的相對值大；在流量大時，流量變化的相對值小。24是指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成正比關系。maxmaxQQKLldQQd（6-6）CLlKQQmaxln將（6-6）積分RKRRQQCln,ln1lnlnmaxmin 將前述邊界條件代入 )1(maxLlRQQ（6-7）25之間成拋物線關系。與LlQQmax 這種流量特性在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。 快開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)。 26控制閥

10、在調節(jié)過程中，同時將引起管道工況點的變化，進而使閥門兩端壓差發(fā)生變化。閥門兩端壓差的變化又反過來影響通過閥門流體的流量。因此，除非是簡單的兩端恒壓（如水池放水閥），閥門的實際流量特性通常是十分復雜的。串聯(lián)管道的工作流量特性并聯(lián)管道的工作流量特性p在實際生產(chǎn)中，控制閥前后壓差總是變化的，這時的流量特性稱為27串聯(lián)管道的情形12定義s=P1/ P28圖6-16管道串聯(lián)時控制閥的工作流量特性29 控制閥一般都裝有旁路，以便手動操作和維護。當生產(chǎn)量提高或控制閥選小了時，只好將旁路閥打開一些，此時控制閥的理想流量特性就改變成為工作特性。圖6-17 并聯(lián)管道情況顯然這時管路的總流顯然這時管路的總流量量Q是

11、控制閥流量是控制閥流量Q1與與旁路流量旁路流量Q2之和，即之和，即QQ1Q2。30 以x代表并聯(lián)管道時控制閥全開時的流量Q1max與總管最大流量Qmax之比，可以得到在壓差p為一定時，而x為不同數(shù)值時的工作流量特性曲線。 圖6-18并聯(lián)管道時控制閥的工作特性31當x1，即旁路閥關閉時，控制閥的工作流量特性與理想流量特性相同。 隨著x值的減小，即旁路閥逐漸打開，雖然閥本身的流量特性變化不大，但可調范圍大大降低了。 控制閥關死，即l/L0時，流量Qmin大大增加。32在實際使用中總存在著串聯(lián)管道阻力的影響，控制閥上的壓差還會隨流量的增加而降低，使可調范圍下降得更多些，控制閥在工作過程中所能控制的流

12、量變化范圍更小，甚至幾乎不起控制作用。 采用打開旁路閥的控制方案是不好的，一般認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。33 串、并聯(lián)管道都會使閥的理想流量特性發(fā)生畸變，串聯(lián)管道的影響尤為嚴重。 串、并聯(lián)管道都會使控制閥的可調范圍降低，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。 串、并聯(lián)管道會使控制閥的放大系數(shù)減小，串聯(lián)管道時控制閥大開度時影響嚴重，并聯(lián)管道時控制閥小開度時影響嚴重。34四、控制閥的選擇四、控制閥的選擇結構與特性選擇結構與特性選擇結構選擇：依據(jù)工藝條件（溫度、壓力等）和介質的物理、化學性質（腐蝕性、黏度等）進行選擇。流量特性

13、選擇：依據(jù)工藝需要并結合整個管路系統(tǒng)的工況點（管路流量特性）選擇。氣開式與氣關式的選擇氣開式與氣關式的選擇依據(jù)氣源斷開的安全性結合執(zhí)行機構形式選擇。閥門口徑的選擇閥門口徑的選擇依據(jù)實際流量調節(jié)范圍選擇。（流量系數(shù)）35四、控制閥的選擇四、控制閥的選擇結構與特性選擇結構與特性選擇結構選擇：依據(jù)工藝條件（溫度、壓力等）和介質的物理、化學性質（腐蝕性、黏度等）進行選擇。流量特性選擇：依據(jù)工藝需要并結合整個管路系統(tǒng)的工況點（管路流量特性）選擇。氣開式與氣關式的選擇氣開式與氣關式的選擇依據(jù)氣源斷開的安全性結合執(zhí)行機構形式選擇。閥門口徑的選擇閥門口徑的選擇依據(jù)實際流量調節(jié)范圍選擇。（流量系數(shù)）36氣開式氣

14、開式與與氣關式氣關式的選擇的選擇在選擇氣動執(zhí)行器時，還必須考慮氣動執(zhí)行器的作用方式，如氣開（在有信號壓力輸入時閥開，無信號壓力時閥關）或氣關（在有信號壓力時閥關，無信號壓力時閥開）。確定調節(jié)閥開關方式的原則是：當信號壓力中斷時，應保證工藝設備和生產(chǎn)的安全。如閥門在信號中斷后處于打開位置，流體不中斷最安全，則選用氣關閥；如果閥門在信號壓力中斷后處于關閉位置，流體不通過最安全，則選用氣開閥。由于氣動執(zhí)行機構有正、反兩種作用方式，而閥也有正裝和反裝兩種方式，因此，實現(xiàn)氣動調節(jié)閥的氣開、氣關就有四種組合方式 37氣動執(zhí)行機構組合方式 序號序號執(zhí)行執(zhí)行機構機構調節(jié)調節(jié)閥閥氣動氣動執(zhí)行執(zhí)行器器序號序號執(zhí)行

15、執(zhí)行機構機構調節(jié)調節(jié)閥閥氣動氣動執(zhí)行執(zhí)行器器圖8-25(a)圖8-25(b)正正正反氣關氣開圖8-25(c)圖8-25(d)反反正反氣開氣關38五、氣動執(zhí)行機構的安裝與維修保養(yǎng)五、氣動執(zhí)行機構的安裝與維修保養(yǎng)位置選擇應注意方便安裝維修；環(huán)境溫度：+60C-40C盡量直立安裝在水平管道上，其它安裝方式應加設支撐架；控制閥前后一般應安裝手動截止閥，以便維修；安裝前應進行清洗；定期維護檢修。注意觀察密封與磨損情況。39六、電氣轉換在電控系統(tǒng)中，使用氣動執(zhí)行機構必須進行電氣轉換。將控制器輸出的直流電信號轉換為氣壓信號；將執(zhí)行器的位置信號（氣壓）轉換為電信號，反饋給控制器，以便控制器能準確的進行控制。4

16、0第二節(jié)第二節(jié) 電動執(zhí)行器電動執(zhí)行器以電動機為核心動力源，將控制器輸出的直流電信號直接轉換成相應的角位移或直線行程的機構。電動執(zhí)行機構的分類：角行程電動執(zhí)行機構：使輸出軸產(chǎn)生090角位移；直線行程電動執(zhí)行機構：其他411、電動執(zhí)行器的結構原理 伺服 放大器 伺服 電動機減速機 位置 發(fā)送器輸入信號操作器輸出軸離合器手輪422、電動執(zhí)行器的選擇電動電動執(zhí)行器與執(zhí)行器與氣動氣動執(zhí)行器的執(zhí)行器的差異差異主要主要執(zhí)行機執(zhí)行機構，構，其其控制機構基本相同控制機構基本相同。電動執(zhí)行器的選擇：電動執(zhí)行器的選擇：根據(jù)控制機構選擇執(zhí)行機構；根據(jù)控制機構選擇執(zhí)行機構；根據(jù)扭矩選擇角行程執(zhí)行器；根據(jù)扭矩選擇角行程執(zhí)

17、行器；根據(jù)軸位移選擇直線行程執(zhí)行器；根據(jù)軸位移選擇直線行程執(zhí)行器；43補充：電補充：電液執(zhí)行器液執(zhí)行器以直流電信號為控制信號，以液壓為動力以直流電信號為控制信號，以液壓為動力的執(zhí)行器。的執(zhí)行器。主要用途：與大功率、大位移控制機構配主要用途：與大功率、大位移控制機構配套，用于大型設備的控制。套，用于大型設備的控制。 如：大型高壓閥門的控制。如：大型高壓閥門的控制。通常，防爆性能較差，不能用于易燃、易通常，防爆性能較差，不能用于易燃、易爆及高溫場所。爆及高溫場所。44電電液執(zhí)行器的結構原理液執(zhí)行器的結構原理液壓系統(tǒng)電控系統(tǒng)輸入信號反饋信號 位置 發(fā)送器輸出軸45第三節(jié)第三節(jié)、電氣轉換器電氣轉換器和

18、和閥門定位器閥門定位器46一、電氣轉換器一、電氣轉換器47電氣轉換器工作原理電氣轉換器工作原理它是按力平衡原理設計和工作的。在其內部有一線圈，當調節(jié)器（變送器）的電流信號送入線圈后，由于內部永久磁鐵的作用，使線圈和杠桿產(chǎn)生位移，帶動擋板接近（或遠離）噴嘴，引起噴嘴背壓增加（或減少），此背壓作用在內部的氣動功率放大器上，放大后的壓力一路作為轉換器的輸出，另一路饋送到反饋波紋管。輸送到反饋波紋管的壓力，通過杠桿的力傳遞作用在鐵芯的另一端產(chǎn)生一個反向的位移，此位移與輸入信號產(chǎn)生電磁力矩平衡時，輸入信號與輸出壓力成一一對應的比例關系。即輸入信號從4mA.DC改變到20mA.DC時，轉換器的輸出壓力從0.020.1MPa變化，實現(xiàn)了將電流信號轉換成氣動信號的過程。 圖中調零機構，用來調節(jié)轉換器的零位，反饋波紋管起反饋作用。48二、氣動閥門定位器49氣動閥門定位器工作原理