化工儀表與自動化第5章執(zhí)行器ppt課件

1、5.1 概述5.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)5.3 調(diào)理機(jī)構(gòu)5.4 執(zhí)行器的選擇 第五章 執(zhí)行器1.作用： 接受來自控制器的控制信號，改動支配變量流量，使丈量值堅(jiān)持在給定值或一定范圍內(nèi) 相當(dāng)于人工控制中執(zhí)行大腦命令的手的作用。5.1 概述2.重要性 直接與介質(zhì)接觸，是薄弱環(huán)節(jié)，和調(diào)理質(zhì)量親密相關(guān)。任務(wù)在高溫、高壓、腐蝕、振動等惡劣環(huán)境中，需求有足夠的功率以影響消費(fèi)過程。3.種類 根據(jù)控制參數(shù)不同,分為：調(diào)理閥Control Valve最常見: 經(jīng)過改動阻力元件的阻力來改動流體流量風(fēng)門Damper：經(jīng)過改動擋板角度改動氣體流量步進(jìn)電機(jī)Step Motor：將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)變頻調(diào)速器Variable

2、-frequence governor：控制動力源的轉(zhuǎn)速來改動流量5.1 概述4.構(gòu)造 從構(gòu)造功能上分：執(zhí)行構(gòu)造Valve Actuator： 是執(zhí)行器的推進(jìn)安裝，按控制器送來的支配信號產(chǎn)生相應(yīng)的直線行程或轉(zhuǎn)角行程調(diào)理機(jī)構(gòu)Valve Body： 是執(zhí)行器的調(diào)理部分，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)推理作用下，調(diào)理機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一定的位移或轉(zhuǎn)角，改動管道阻力，實(shí)現(xiàn)對流量的控制5.1 概述5.1 概述5.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)5.2.1 分類5.2.2 氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)5.2.3 電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)5.3 調(diào)理機(jī)構(gòu)5.4 執(zhí)行器的選擇 第五章 執(zhí)行器1. 按其能源情勢可分為：1氣動pneumatic 以緊縮空氣(0.14MPa)為能源。輸入

3、信號范圍:0.020.1MPa特點(diǎn)：構(gòu)造簡單、動作可靠、平穩(wěn)、輸出推進(jìn)力大、維修方便、防火防爆，價(jià)錢廉價(jià)。得到廣泛運(yùn)用。利用電/氣轉(zhuǎn)換器(I/P Convertor)420mA 20100KPa315PSI 或閥門定位器(Valve positioner)與電動儀表配用2電動electric motor靠伺服機(jī)構(gòu)帶動，接受電信號，易于電動儀表配用，功率大，易燃易爆場所需防爆3液動hydraulic以液壓為能源、功率大、準(zhǔn)確到位；構(gòu)造復(fù)雜、維護(hù)要求高，只能在某些特殊場所。如：煉廠催化裂化安裝中催化劑的流量控制待生滑閥、再生滑閥4自力式self-operated利用被調(diào)介質(zhì)能量來動作的。5.2.1

4、 分類2.按構(gòu)造分：薄膜式(flexible diaphragm)常用，可與各種方式的直行程閥配用。構(gòu)造簡單、價(jià)錢廉價(jià)、動作可靠、維修方便。輸出作用力小活塞式(piston)氣缸活塞機(jī)構(gòu)，輸出力大、行程長400mm。兩位式，主要用作大口徑、高靜壓、高壓差的直行程閥和蝶閥的推進(jìn)安裝，是一種強(qiáng)力的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。長行程式行程長、轉(zhuǎn)矩大，多與大轉(zhuǎn)矩的蝶閥、閘閥、風(fēng)門等角行程閥配用。5.2.1 分類5.2.2 氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1.構(gòu)造上膜蓋、波紋膜片、下膜蓋、支架、推桿、緊縮彈簧、彈簧支座、調(diào)理件、螺母、行程標(biāo)尺波紋膜片關(guān)鍵部件波紋狀以堅(jiān)持有效面積根本堅(jiān)持不變，提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)的線性度膜片有效面積有200

5、，280，400，630，1000和1600cm2有效面積越大，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推進(jìn)力越大5.2.2 氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1.構(gòu)造緊縮彈簧 剛度全行程范圍內(nèi)堅(jiān)持不變，以提高執(zhí)行構(gòu)造的線性度調(diào)理件 調(diào)整彈簧支座的位置，從而調(diào)整緊縮彈簧的預(yù)緊量，改動信號的起始值行程標(biāo)尺 指示執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推桿位移 行程規(guī)格：10，16，25，40，60和100mm六種緊縮彈簧彈簧支座推桿2.作用：控制信號20100KPa作用在由上膜蓋與波紋膜片組成的氣室中，在波紋膜片中上產(chǎn)生向下的推力，抑制緊縮彈簧的彈力使其產(chǎn)生向下的行程。推桿行程傳送給調(diào)理機(jī)構(gòu)。3.任務(wù)原理：膜片受力分析：F信 信號壓力在膜片上產(chǎn)生的推力 ： Po薄膜氣室

6、內(nèi)的信號壓力 Ad薄膜的有效面積 F0 無信號時(shí)彈簧的預(yù)緊力F彈 彈簧受壓后在膜片上產(chǎn)生的反作用力 推桿位移；Cs彈簧剛度PF信F0F彈5.2.2 氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) PF信F0F彈3.任務(wù)原理：膜片受力分析：根據(jù)力平衡關(guān)系： 可得：結(jié)論：無負(fù)載時(shí)，線性；有負(fù)載時(shí)無法到達(dá)預(yù)定行程5.2.2 氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) 4.正反作用：正作用Direct-Acting信號由薄膜氣室上方通入信號：20100KPa推桿：0全行程反作用Reverse-Acting信號由薄膜氣室下方通入信號：20100KPa推桿：全行程05.2.2 氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) POPO5.2.3 電動執(zhí)行機(jī)構(gòu) 接納420mA支配信號，經(jīng)過控制

7、電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)產(chǎn)生推桿的直行程或角行程直行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)角行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)5.1 概述5.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)5.3 調(diào)理機(jī)構(gòu)5.3.1 構(gòu)造5.3.2 種類5.3.3 調(diào)理機(jī)構(gòu)的性能目的5.3.4 調(diào)理機(jī)構(gòu)的任務(wù)性能目的5.4 執(zhí)行器的選擇 第五章 執(zhí)行器165.3.1 構(gòu)造主要部件：閥桿、壓板、填料、上閥蓋、閥體、閥芯、閥座、下閥蓋上閥蓋(Bonnet) 導(dǎo)向、密封填料(Packing)防止流體沿閥桿向上泄露針對不同流體分為：普通型散熱型高溫長頸型深冷波紋管密封型有毒氣體 5.3.2 種類按閥芯動作不同分為：直行程和角行程直行程Sliding-stem：閥桿帶動閥芯沿直線運(yùn)動 直通單座閥、直通雙

8、座閥、角型閥、套筒閥、隔膜閥、三通閥等角行程兩大類：閥芯按轉(zhuǎn)角運(yùn)動 蝶閥、球閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等閘閥(Gate valve)隔膜閥閥Diaphram valve)蝶閥Butterfly Valve球閥Ball Valve1.直通單座閥(Single ported globe valve)直通：出入口在同一條直線上相對角型和三通調(diào)理閥構(gòu)造：閥體內(nèi)只需一組閥芯和閥座，流通才干小特點(diǎn)：易封鎖，走漏量閥芯壓緊閥座后仍能流過的流量很小，不平衡力大流體對閥芯產(chǎn)生的軸向力，即對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反作用。適用：低壓差，小口徑場所單座閥 5.3.2 種類18全關(guān)full closed 半開half open 全開half

9、open1.直行程式1直通單座閥閥芯安裝閥芯正裝：閥芯向下挪動時(shí)，閥芯與閥座間的流通面積減少；閥芯反裝：閥芯向下挪動時(shí)，閥芯與閥座間的流通面積增大。5.3.2 種類注：管道口徑小于25mm時(shí)閥芯只能正裝不能反裝2.直通雙座閥Double-ported globe valve構(gòu)造：體內(nèi)只需兩套閥芯和閥座，流通才干比同口徑的單座閥大特點(diǎn)： 不平衡力小流體從兩個環(huán)形間隙流過，對上、下兩個閥芯所產(chǎn)生的軸向力可以部分抵消 走漏量較大兩個閥芯不易同時(shí)封鎖適用：壓差大，對泄露量要求不嚴(yán)厲的場所。5.3.2 種類不適用于高溫、低溫場所因資料熱膨脹不同引起較嚴(yán)重的泄露3.角形調(diào)理閥angle valve 構(gòu)造：

10、除閥體為直角形外，其它和直通單座類似 特點(diǎn)：流道簡單，不易堵塞，流通才干同直通雙座閥，閥芯只能正裝適用：高粘度、高壓、含顆粒的場所，或要求直角配角的地方5.3.2 種類注：普通運(yùn)用于底進(jìn)側(cè)出，此時(shí)穩(wěn)定性較好；在高壓差場所，可采用側(cè)進(jìn)底出，減輕流體對閥芯的損傷4. 三通閥three-way globe valve 構(gòu)造： 由三個出入口與管道相連，可分為合流和分流兩種適用： 換熱器溫度控制、簡單的配比調(diào)理5.3.2 種類合流(mixing)分流(diverting)注：合流閥冷熱流溫差不宜超越150C235. 蝶閥(翻板閥 butterfly valve)特點(diǎn)：流通才干大為同口徑雙座閥的1.52倍

11、；阻力損失小；具有自潔才干；走漏量大 適用：廣泛適用于含有懸浮顆粒、渾濁流體； 尤其大口徑、大流量、低壓差的場所，用于調(diào)理液體、氣體和蒸汽的流量5.3.2 分類 調(diào)理閥流通面積可變的節(jié)流元件對不可緊縮流體 A調(diào)理閥接納面積； P調(diào)理閥前后差壓； 調(diào)理閥阻力系數(shù)； 流體密度。1.流量系數(shù)C調(diào)理閥容量的大小定義：在給定開度下，閥前、后的差壓為100kPa， 流體密度為1000kg/m3時(shí)，每小時(shí)經(jīng)過閥門的流體體積m3 ，稱為調(diào)理閥在該開度下的流量系數(shù)。額定流量系數(shù)開度100%全開下的流量系數(shù)，反響了閥的流通才干。5.3.4 調(diào)理機(jī)構(gòu)的性能目的2.可調(diào)比 R 反映調(diào)理閥的可調(diào)理才干定義：調(diào)理閥所能控

12、制的最大流量Qmax與最小流量Qmin之比注：Qmin是調(diào)理閥所能穩(wěn)定有效控制的最小流量，與完全封鎖的走漏量不同，普通為Qmax的24走漏量是指在一定的上、下游壓差且執(zhí)行機(jī)構(gòu)使閥完全封鎖(輸入信號為105Kpa)。僅為Qmax的0.10.01分為理想可調(diào)比和實(shí)踐可調(diào)比1理想可調(diào)比閥前后壓差不變時(shí)的可調(diào)比普通國內(nèi)調(diào)理閥R=30，國外R=30505.3.4 調(diào)理機(jī)構(gòu)的性能目的260S1管道和閥的阻力配置情況2實(shí)踐可調(diào)比 Rr實(shí)踐串并聯(lián)管道閥前后壓差變化串聯(lián)管道普通取S=0.30.7進(jìn)展配管設(shè)計(jì)5.3.4 調(diào)理機(jī)構(gòu)的性能目的RrS301Rr與S的關(guān)系曲線270X1 旁通閥對流量的影響 2實(shí)踐可調(diào)比

13、Rr實(shí)踐串并聯(lián)管道閥前后壓差變化并聯(lián)管道旁路流量XRr 5.3.4 調(diào)理機(jī)構(gòu)的性能目的RrQ2并聯(lián)管道實(shí)踐可調(diào)比曲線注：實(shí)踐運(yùn)用時(shí)應(yīng)盡量防止翻開旁通閥28例:知 Qmax=100m3/h，R=30。 流體密度為1g/cm3閥全關(guān)到全開時(shí)，由于串聯(lián)管道的影響，假設(shè)不思索閥的走漏量的影響，閥兩端的壓差從100kPa降到60KPa。 計(jì)算S。并分析串聯(lián)對可調(diào)比的影響解: S=60/100=0.6 Qmin=Qmax/R=100/30=3.33m3/h R=Qmax/Qmin=23.265.3.3 調(diào)理機(jī)構(gòu)的性能目的2實(shí)踐可調(diào)比 Rr主要有四種：1.快開2.直線3.拋物線4.等百分比對數(shù)5.3.3 調(diào)

14、理機(jī)構(gòu)的性能目的3.流量特性(1)定義：表示調(diào)理閥相對行行程與流過的相對流量之間的關(guān)系 Q/Q100相對流量l/L相對開度固有特性，由閥芯的外形決議(2)理想流量特性：閥前后流量不變時(shí)的流量特性。直線: 等比分比：特點(diǎn)：小開度過于靈敏， 特點(diǎn)：任何開度下相對靈敏度一樣 大開度過于愚鈍有利于系統(tǒng)穩(wěn)定，運(yùn)用最廣拋物線： 快開：特點(diǎn)：介于直線與等百分比之間如三通閥 特點(diǎn)：適用于迅速啟閉的主要為彌補(bǔ)直線特性在小開度時(shí)性能差設(shè)計(jì) 位式或程序控制5.3.3 調(diào)理機(jī)構(gòu)的性能目的31例:知Qmax=100m3/h，R=30。 試計(jì)算在理想情況下 l/L=0.1, 0.2, 0.8, 0.9 時(shí)的流量Q，并比較

15、直線和等百分比流量特性的控制閥在小開度與大開度時(shí)流量變化的情況.解: 1.直線Q0.1=13m3/h Q0.2=22.67m3/h Q0.8=80.57m3/h Q0.9=90.33m3/h 0.10.2 Q相對變化量75.4%；0.80.9 12%小開度時(shí)：控制強(qiáng)，振蕩大開度，控制弱，不及時(shí) 2.等百分比Q0.1=5.68m3/h Q0.2=6.58m3/h Q0.8=50.65mQ0.9=71.17m3/h 0.10.2 Q相對變化量40%；0.80.9 40% 小開度時(shí)：變化小, 平緩大開度，變化大，靈敏運(yùn)用最廣!5.3.3 調(diào)理機(jī)構(gòu)的性能目的2理想流量特性:3任務(wù)流量特性串聯(lián)管道調(diào)理閥

16、開度閥前、后壓差流量特性發(fā)生畸變當(dāng)S1時(shí)，S愈小畸變愈嚴(yán)重。與旁路閥并聯(lián)和X值有關(guān)S=0.1S=0.5S=1直線S=0.1S=0.5S=1等百分比5.3.4 調(diào)理機(jī)構(gòu)的性能目的33結(jié)論：1串、并聯(lián)管道均會使理想流量特性發(fā)生畸變； 畸變程度取決于S和X值。 2串、并聯(lián)管道均會使調(diào)理閥可調(diào)比下降。為保證控制質(zhì)量，盡能夠不運(yùn)用旁路閥或串聯(lián)截止閥調(diào)理流量 5.3.3 調(diào)理機(jī)構(gòu)的性能目的5.1 概述5.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)5.3 調(diào)理機(jī)構(gòu)5.4 執(zhí)行器的選擇5.5.1 執(zhí)行器氣開、氣關(guān)特性的選擇5.5.2 執(zhí)行構(gòu)造的選擇5.5.3 調(diào)理機(jī)構(gòu)的選擇 第五章 執(zhí)行器執(zhí)行機(jī)構(gòu) 調(diào)理機(jī)構(gòu)正作用 正裝 氣風(fēng)關(guān)正作用 反裝

17、 氣風(fēng)開反作用 反裝 氣風(fēng)關(guān)反作用 正裝 氣風(fēng)開1. 什么是氣動執(zhí)行器的氣開氣關(guān)選擇？氣開：Air to Open (Failure to Close)氣關(guān)：Air to Close (Failure to Open)5.5.1 執(zhí)行器氣開、氣關(guān)的選擇注：電動執(zhí)行器內(nèi)部具有掉電自鎖功能，故斷電時(shí)能堅(jiān)持原開度不變。普通不涉及電開/電關(guān)問題365.5.1 執(zhí)行器氣開、氣關(guān)的選擇2.選擇原那么： 保證氣壓中斷回零后閥門自動歸位到工藝平安位置氣開風(fēng)開：有氣那么開，無氣那么關(guān)，信號，開度氣關(guān)風(fēng)關(guān)：有氣那么關(guān)，無氣那么開，信號，開度氣開閥信號中斷下自動切斷燃料假設(shè)防止液位過低,氣開閥5.2.2 氣動薄膜執(zhí)

18、行機(jī)構(gòu) 385.5.2 執(zhí)行構(gòu)造的選擇思索要素：能源、工藝要求、平安、調(diào)理精度、經(jīng)濟(jì)效益及現(xiàn)場情況等普通來說：氣動廉價(jià)，平安防爆；電動能源方便，價(jià)錢貴如無氣源，運(yùn)用電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)或自力式閥門調(diào)理機(jī)構(gòu)為直行程的，應(yīng)選用直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu) 調(diào)理機(jī)構(gòu)為角行程的，應(yīng)選用角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)假設(shè)調(diào)理機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的不平衡力較小，行程較短，選用薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) 假設(shè)調(diào)理機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的不平衡力較大，管徑粗，行程較長，選用活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)1.構(gòu)造方式和材質(zhì)的選擇工藝條件：溫度、壓差、流量、走漏量物性：粘度、密度、結(jié)晶、結(jié)焦切斷、高溫、高壓、大壓差、耐腐蝕、防堵塞、超小流量2.走漏量 走漏量：在全關(guān)位置且施加一定的封鎖力時(shí)，流體在一定壓力、壓差下流過閥的流量。395.5.2 調(diào)理構(gòu)造的選擇 For a 6 i