儀表自動化-第六章執(zhí)行器ppt課件

1、第6章 執(zhí)行器概述 執(zhí)行機構(gòu) 調(diào)理機構(gòu) 調(diào)理閥的流量系數(shù)和流量特性 閥門定位器 執(zhí)行器的選擇計算和安裝.關(guān)鍵點：氣開、氣關(guān)閥芯構(gòu)造及其特點 流量系數(shù) Kv可調(diào)比R流量特性 重點2種閥門定位器了解 執(zhí)行器的簡單計算安裝.6.1 概述對執(zhí)行器的初步認識執(zhí)行器在自動控制系統(tǒng)中的作用 執(zhí)行器的構(gòu)成 執(zhí)行器的分類 執(zhí)行器的作用方式 .氣動薄膜直通單座閥氣動薄膜直通雙座閥氣動蝶閥氣動球閥氣動切斷閥電動直通單座閥電動隔膜閥電動三通閥氣動薄膜角形閥電磁閥手動截止閥.執(zhí)行器在自控系統(tǒng)中的作用執(zhí)行器是指：閥門調(diào)理閥(延續(xù)的)、開關(guān)閥(過程控制范疇) 電機延續(xù)的、開關(guān)的(屬于流體機械的范疇，起執(zhí)行器的作用)執(zhí)行器是

2、控制系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)。執(zhí)行器任務(wù)，運用條件惡劣，它也是控制系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)緣由：執(zhí)行器與介質(zhì)操作變量直接接觸 (強)腐蝕性、(高)粘度、(易)結(jié)晶、 高溫、深冷、高壓、高差壓 執(zhí)行器在自控系統(tǒng)中的作用：接納調(diào)理器計算機輸出的控制信號，使調(diào)理閥的開度產(chǎn)生相應(yīng)變化，從而到達調(diào)理操作變量流量的目的。 執(zhí)行器通常專指閥門.執(zhí)行器的構(gòu)成圖6-2 氣動薄膜調(diào)理閥的外形和內(nèi)部構(gòu)造1薄膜 2平衡彈簧 3閥桿 4閥芯 5閥體 6閥座PO氣動執(zhí)行機構(gòu)調(diào)理機構(gòu)123456.輔助安裝：閥門定位器 和 手動操作機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)調(diào)理機構(gòu)POIOF lM流通截面積支配變量的流量執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)控制信號產(chǎn)生推力(薄膜、活塞、馬達

3、)。 它是執(zhí)行器的推進安裝，它按控制信號的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推進控制機構(gòu)動作，所以它是將信號的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的安裝 控制機構(gòu)根據(jù)推力產(chǎn)生位移或轉(zhuǎn)角，改動開度。 它是執(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)換為流過閥的流量的安裝 手操機構(gòu)手輪機構(gòu)的作用是當(dāng)控制系統(tǒng)因停電、停氣、控制器無輸出或執(zhí)行機構(gòu)失靈時，利用它可以直接支配控制閥，以維持消費的正常進展。 .氣動執(zhí)行器分類按運用的能源方式：電動執(zhí)行器液動執(zhí)行器 氣動閥電動閥在過程控制領(lǐng)域運用很少按閥門的輸出：延續(xù)式(0100)開關(guān)式(ON/OFF)調(diào)理閥*.氣動調(diào)理閥采用氣動執(zhí)行機構(gòu)優(yōu)點：構(gòu)造簡單、動作

4、可靠穩(wěn)定、輸出力大、安裝維修方便、價錢廉價和防火防爆缺陷：呼應(yīng)時間大，信號不適于遠傳 采用電/氣轉(zhuǎn)換器或電/氣閥門定位器，使傳送信號為電信號，現(xiàn)場操作為氣動信號氣動調(diào)理閥電信號氣信號電動調(diào)理閥電動調(diào)理閥采用電動執(zhí)行機構(gòu)優(yōu)點：動作較快、能源獲取方便，特別適于遠間隔的信號傳送缺陷：輸出力較小、價錢貴， 且普通只適用于防爆要求不高的場所.直通雙座調(diào)理閥直通單座調(diào)理閥 籠式套筒調(diào)理閥 角型調(diào)理閥 三通調(diào)理閥 高壓調(diào)理閥隔膜調(diào)理閥波紋管密封調(diào)理閥超高壓調(diào)理閥小流量調(diào)理閥低噪音調(diào)理閥直行程式調(diào)節(jié)機構(gòu)角 行程式調(diào)節(jié)機構(gòu) 同一類型的氣動/電動調(diào)理閥，分別采用氣動執(zhí)行機構(gòu)和電動執(zhí)行機構(gòu)蝶閥凸輪撓曲調(diào)理閥V型球閥

5、O型球閥 分類按運用的調(diào)理機構(gòu)：.反作用：當(dāng)輸入信號增大時，流過執(zhí)行器的流量減小 氣動調(diào)理閥通常稱為氣關(guān)閥 正作用：當(dāng)輸入信號增大時，執(zhí)行器的開度增大，即流過執(zhí)行器的流量增大 氣動調(diào)理閥通常稱為氣開閥執(zhí)行器的作用方式從平安消費的角度來確定正反作用H假設(shè)，介質(zhì)是由強腐蝕性的，再消費過程中不允許溢出，調(diào)理閥的作用方式？假設(shè)后面的環(huán)節(jié)不允許沒有物料，調(diào)理閥的作用方式？.根據(jù)控制信號的大小，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出力F和位移M(直線位移l或角位移)輸出力F用于抑制調(diào)理機構(gòu)中流動流體對閥芯產(chǎn)生的作用力或作用力矩，以及摩擦力等其他各種阻力；位移(l或)用于帶動調(diào)理機構(gòu)閥芯動作 6.2. 執(zhí)行機構(gòu)氣動執(zhí)行機構(gòu) 電動執(zhí)

6、行機構(gòu) .氣動執(zhí)行機構(gòu)主要分為兩大類：薄膜式與活塞式薄膜式與活塞式執(zhí)行機構(gòu)又可分為：有彈簧和無彈簧兩種 6.2.1. 氣動執(zhí)行機構(gòu) .氣源 PO氣源PO氣動執(zhí)行機構(gòu)的動態(tài)特性為一階滯后環(huán)節(jié)。其時間常數(shù)的大小與薄膜氣室大小及引壓導(dǎo)管長短粗細有關(guān)，普通為數(shù)秒到數(shù)十秒之間。 氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)根本構(gòu)造和任務(wù)原理.氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)根本構(gòu)造和任務(wù)原理根本部件：活塞和氣缸活塞在氣缸內(nèi)隨活塞兩側(cè)壓差而挪動兩側(cè)可以分別輸入一個固定信號和一個變動信號，或兩側(cè)都輸入變動信號。它的輸出特性有比例式及兩位式兩種。兩位式是根據(jù)輸入執(zhí)行活塞兩側(cè)的操作壓力的大小，活塞從高壓側(cè)推向低壓側(cè)，使推桿從一個位置移到另一極端位置比

7、例式是在兩位式根底上加有閥門定位器后，使推桿位移與信號壓力成比例關(guān)系。 P1P2.構(gòu)成原理 6.2.2. 電動執(zhí)行機構(gòu)輸入信號伺服放大器伺服電機減速器輸出位置發(fā)生器.調(diào)理機構(gòu)是執(zhí)行器的調(diào)理部分，在執(zhí)行機構(gòu)的輸出力和輸出位移作用下，調(diào)理機構(gòu)閥芯的運動，改動了閥芯與閥座之間的流通截面積，即改動了調(diào)理閥的阻力系數(shù)，使被控介質(zhì)流體的流量發(fā)生相應(yīng)變化。6.3. 調(diào)理機構(gòu).1執(zhí)行機構(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)軸調(diào)理機構(gòu)的構(gòu)造和特點.單導(dǎo)向構(gòu)造直通單座調(diào)理閥：閥體內(nèi)只需一個閥芯和一個閥座。構(gòu)造簡單、走漏量小甚至可以完全切斷允許壓差小雙導(dǎo)向構(gòu)造的允許壓差較單導(dǎo)

8、向構(gòu)造大。 常用調(diào)理閥構(gòu)造表示圖及特點直通單座調(diào)理閥雙導(dǎo)向構(gòu)造它適用于要求走漏量小，任務(wù)壓差較小的干凈介質(zhì)的場所。在運用中應(yīng)特別留意其允許壓差，防止閥門關(guān)不死。 .直通雙座調(diào)理閥：閥體內(nèi)有兩個閥芯和閥座 。由于流體對上、下兩閥芯上的作用力可以相互抵消，因此雙座閥具有允許壓差大上、下兩閥芯不易同時封鎖，因此走漏量較大的特點。 常用調(diào)理閥構(gòu)造表示圖及特點直通雙座調(diào)理閥均為雙導(dǎo)向構(gòu)造它適用于閥兩端壓差較大，走漏量要求不高的干凈介質(zhì)場所，不適用于高粘度和含纖維的場所。 .角形調(diào)理閥：閥體為直角形流路簡單、阻力小，適用于高壓差、高粘度、含有懸浮物和顆粒狀物質(zhì)的調(diào)理。角形閥普通運用于底進側(cè)出，此時調(diào)理閥穩(wěn)

9、定性好，在高壓差場所下，為了延伸閥芯運用壽命，也可采用側(cè)進底出。但側(cè)進底出在小開度時易發(fā)生振蕩。角形閥還適用于工藝管道直角形配管的場所。 常用調(diào)理閥構(gòu)造表示圖及特點角形調(diào)理閥.分流三通調(diào)理閥三通調(diào)理閥：閥體有三個接納口，適用于三個方向流體的管路控制系統(tǒng)，大多用于熱交換器的溫度調(diào)理、配比調(diào)理和旁路調(diào)理。在運用中應(yīng)留意流體溫差不宜過大，通常小于是150，否那么會使三通閥產(chǎn)生較大應(yīng)力而引起變形，呵斥銜接處走漏或損壞。三通閥有三通合流閥和三通分流閥兩種類型。三通合流閥為介質(zhì)由兩個輸入口流進混合后由一出口流出；三通分流閥為介質(zhì)由一入口流進，分為兩個出口流出。 常用調(diào)理閥構(gòu)造表示圖及特點三通調(diào)理閥合流三通

10、調(diào)理閥.蝶閥：蝶閥是經(jīng)過擋板以轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)來控制流體的流量。構(gòu)造緊湊、體積小、本錢低，流通才干大特別適用于低壓差、大口徑、大流量的氣體形或帶有懸浮物流體的場所走漏較大蝶閥通常任務(wù)轉(zhuǎn)角應(yīng)小于70，此時流量特性與等百分比特性類似多用于開關(guān)閥常用調(diào)理閥構(gòu)造表示圖及特點蝶閥蝶閥.偏心旋轉(zhuǎn)閥： 轉(zhuǎn)軸帶動閥芯偏心旋轉(zhuǎn)體積小，分量輕，運用可靠，維修方便，通用性強，流體阻力小等優(yōu)點，適用于粘度較大的場所，在石灰、泥漿等流體中，具有較好的運用性能。常用調(diào)理閥構(gòu)造表示圖及特點偏心旋轉(zhuǎn)閥偏心旋轉(zhuǎn)閥.“O形球閥： 閥芯為一球體閥芯上開有一個直徑和管道直徑相等的通孔，轉(zhuǎn)軸帶動球體旋轉(zhuǎn)，起調(diào)理和切斷作用。該閥構(gòu)造簡單，

11、維修方便，密封可靠，流通才干大流量特性為快開特性，普通用于位式控制。 常用調(diào)理閥構(gòu)造表示圖及特點“O形球閥“O形球閥.“V形球閥： 閥芯也為一球體但球體上開孔為V形口，隨著球體的旋轉(zhuǎn)，流通截面積不斷發(fā)生變化，但流通截面的外形一直堅持為三角形。該閥構(gòu)造簡單，維修方便，封鎖性能好，流通才干大，可調(diào)比大流量特性近似為等百分比特性，適用于纖維、紙漿及含顆粒的介質(zhì)。 常用調(diào)理閥構(gòu)造表示圖及特點“V形球閥“V形球閥.孔板流量計的公式？6.4. 流量系數(shù)和流量特性 調(diào)理閥的流量方程根據(jù)的原理：伯努利方程能量守恒.流量系數(shù)是反映調(diào)理閥口徑大小的一個重要參數(shù) 流量系數(shù)KV的定義 :在調(diào)理閥前后壓差為100KPa

12、，流體密度為1g/cm3 即540的水的條件下，調(diào)理閥全開時，每小時經(jīng)過閥門的流體量m3 6.4.1. 調(diào)理閥的流量系數(shù) 把上述參數(shù)代入流量方程，即可算出實踐工況的流經(jīng)閥門的流量 現(xiàn)實上，這里提出流量系數(shù)的概念，意圖不在流量的計算上，真正目的是根據(jù)工藝要求如何來選擇一臺適宜的調(diào)理閥。 .可調(diào)比R反映調(diào)理閥的調(diào)理才干的大小 定義:調(diào)理閥所能調(diào)理的最大流量和最小流量之比 調(diào)理閥前后壓差的變化，會引起可調(diào)比變化，將可調(diào)比分為理想可調(diào)比和實踐可調(diào)比。 6.4.3. 調(diào)理閥的可調(diào)比 .理想可調(diào)比由構(gòu)造設(shè)計決議，通常 (1) 理想可調(diào)比R (P 一定) .串聯(lián)管道時的可調(diào)比 (2)實踐可調(diào)比 Rr (P

13、變化) .并聯(lián)管道時的可調(diào)比 R 1 設(shè) .調(diào)理閥流量特性：介質(zhì)流過調(diào)理閥的相對流量與相對位移即閥的相對開度之間的關(guān)系 調(diào)理閥前后壓差的變化，會引起流量變化。流量特性分為理想流量特性和實踐流量特性6.4.2. 調(diào)理閥的流量特性 最大流量最大位移實踐位移實踐流量.調(diào)理閥的固有特性，由閥芯的外形所決議。1-快開特性2-直線特性3-拋物線特性4-等百分比對數(shù)特性 理想流量特性 (P 一定).特點：a.放大系數(shù)是常數(shù) 調(diào)理閥的相對流量與相對位移成直線關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù) b. Q 流量相對變化值 (1) 直線流量特性 .特點：a. Q 放大系數(shù)單位相對位移變化所引起的相對流量變化

14、與此點的相對流量成正比關(guān)系b. 流量相對變化值是常數(shù) (2) 等百分比流量特性對數(shù)流量特性.單位相對位移的變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量值的平方值的平方根成正比關(guān)系 (3) 拋物線流量特性 為了彌補直線特性在小開度時調(diào)理性能差的缺陷，在拋物線特性根底上派生出一種修正拋物線特性，它在相對位移30%及相對流量變20%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。 .在開度較小時就有較大的流量，隨著開度的增大，流量很快就到達最大；以后再添加開度，流量變化很小 有效位移普通為閥座直徑的1/4 適用于迅速啟閉的位式控制或程序控制系統(tǒng) (4) 快開流量特性 上述4種流量特性中：直線和等百分

15、比最常用。.(1)串聯(lián)管道時* 流量特性發(fā)生畸變 直線特性快開特性 等百分比特性直線特性 * 可調(diào)比減小 任務(wù)流量特性 (P 變化).(2)并聯(lián)管道時的任務(wù)流量特性 通常普通X 值不能低于0.8，即旁路流量只能為總流量的百分數(shù)之十幾。 可調(diào)比將大大下降供參考.執(zhí)行器的選用能否得當(dāng)，將直接影響控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量、平安性和可靠性 執(zhí)行器的選擇，主要是從以下三方面思索：1.調(diào)理閥的構(gòu)造方式；2.調(diào)理閥的流量特性；3.調(diào)理閥的口徑。6.6. 執(zhí)行器的選擇計算. 執(zhí)行機構(gòu)的選擇 6.6.1. 執(zhí)行器構(gòu)造方式的選擇 比較項目氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)電動執(zhí)行機構(gòu)可靠性高（簡單、可靠）較低驅(qū)動能源需另設(shè)氣源簡單方便價

16、格低高輸出力大小剛度小大防爆好差工作環(huán)境大（4080）?。?055）.可以根據(jù)實踐運用要求，綜合思索確定選擇執(zhí)行機構(gòu)時，還必需思索執(zhí)行機構(gòu)的輸出力力矩應(yīng)大于它所遭到的負荷力力矩 負荷力力矩包括流體對閥芯產(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、分量以及緊縮彈簧的預(yù)緊力 對于氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu):任務(wù)壓差小于最大允許壓差但當(dāng)所用調(diào)理閥的口徑較大或壓差較高時，執(zhí)行機構(gòu)要求有更大的輸出力，此時可思索用活塞式執(zhí)行機構(gòu)，也可選用薄膜執(zhí)行機構(gòu)再配上閥門定位器。 (1)執(zhí)行機構(gòu)的選擇 .氣開式調(diào)理閥:有信號壓力輸入時閥翻開 無信號壓力時閥全關(guān)氣關(guān)式調(diào)理閥:有信號壓力時閥封鎖 無信號壓力時閥全開氣開氣

17、關(guān)的選擇思索原那么是： 信號壓力中斷時，應(yīng)保證設(shè)備和操作人員的發(fā)全，如閥門處于翻開位置時危害性小，那么應(yīng)選用氣關(guān)式；反之，那么用氣開式。 確定整個調(diào)理閥的作用方式 .主要根據(jù)是：1 流體性質(zhì) 如流體種類、粘度、腐蝕性、能否含懸浮顆粒2 工藝條件 如溫度、壓力、流量、壓差、走漏量3 過程控制要求 控制系統(tǒng)精度、可調(diào)比、噪音 根據(jù)以上各點進展綜合思索，并參照各種調(diào)理機構(gòu)的特點及其適用場所，同時兼顧經(jīng)濟性，來選擇滿足工藝要求的調(diào)理機構(gòu)。(2) 調(diào)理機構(gòu)的選擇 .實踐上是指如何選擇直線特性和等百分比特性 閱歷準那么 :適當(dāng)?shù)剡x擇調(diào)理閥的特性，以閥的放大系數(shù)的變化來補償控制對象放大系數(shù)的變化，使控制系統(tǒng)

18、總的放大系數(shù)堅持不變或近似不變1思索系統(tǒng)的控制質(zhì)量6.6.2. 執(zhí)行器流量特性的選擇 .調(diào)理閥在串聯(lián)管道時的任務(wù)流量特性與S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，還必需思索工藝配管情況。2思索工藝管道情況1.根據(jù)系統(tǒng)的特點選擇所需求的任務(wù)流量特性2.思索工藝配管情況確定相應(yīng)的理想流量特性P182 表5-5詳細做法:.直線特性調(diào)理閥在小開度時流量相對變化值大，控制過于靈敏，易引起振蕩，且閥芯、閥座也易遭到破壞，因此在S值小、負荷變化大的場所，不宜采用。等百分比特性調(diào)理閥的放大系數(shù)隨調(diào)理閥行程添加而增大，流量相對變化值是恒定不變的，因此它對負荷變化有較強的順應(yīng)性。 3思索負荷變化情況結(jié)論：常用的調(diào)理閥流量特性為“線性和“等百分比 在設(shè)計過程中，當(dāng)流量特性難以確定時，優(yōu)先選用“等百分比特性，它的順應(yīng)性更強。.首先必需求合理確定調(diào)理閥流量和壓差的數(shù)據(jù)。通常把代入計算公式中的流量和壓差分別稱為計算流量和計算壓差。而在根據(jù)計算所得到的流量系數(shù)選擇調(diào)