化工儀表與自動化第5章執(zhí)行器資料

1、共四十二頁5.1 概述5.2 執(zhí)行機構5.3 調節(jié)(tioji)機構5.4 執(zhí)行器的選擇 第五章 執(zhí)行器共四十二頁1.作用： 接受來自控制器的控制信號，改變操縱變量流量，使測量值保持在給定值或一定范圍內 相當于人工控制中執(zhí)行(zhxng)大腦命令的手的作用。5.1 概述(i sh)共四十二頁2.重要性 直接與介質接觸，是薄弱環(huán)節(jié)，和調節(jié)質量密切相關。工作在高溫、高壓、腐蝕、振動等惡劣環(huán)境中，需要有足夠的功率以影響生產過程。3.種類 根據控制參數不同,分為：調節(jié)閥Control Valve（最常見）: 通過改變(gibin)阻力元件的阻力來改變流體流量風門Damper：通過改變擋板角度改變氣體流

2、量步進電機Step Motor：將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構變頻調速器Variable-frequence governor：控制動力源的轉速來改變流量5.1 概述(i sh)共四十二頁4.結構 從結構功能上分：執(zhí)行結構（Valve Actuator）： 是執(zhí)行器的推動裝置，按控制器送來的操縱信號產生(chnshng)相應的直線行程或轉角行程調節(jié)機構（Valve Body）： 是執(zhí)行器的調節(jié)部分，在執(zhí)行機構推理作用下，調節(jié)機構產生一定的位移或轉角，改變管道阻力，實現對流量的控制5.1 概述(i sh)共四十二頁5.1 概述5.2 執(zhí)行機構5.2.1 分類(fn li)5.2.2 氣動薄膜執(zhí)行

3、機構5.2.3 電動執(zhí)行機構5.3 調節(jié)機構5.4 執(zhí)行器的選擇 第五章 執(zhí)行器共四十二頁1. 按其能源形勢可分為：（1）氣動（pneumatic） 以壓縮空氣(0.14MPa)為能源。輸入信號范圍:0.020.1MPa特點：結構簡單、動作可靠、平穩(wěn)、輸出推動力大、維修(wixi)方便、防火防爆，價格便宜。得到廣泛應用。利用電/氣轉換器(I/P Convertor)420mA 20100KPa（315PSI） 或閥門定位器(Valve positioner)與電動儀表配用（2）電動（electric motor）靠伺服機構帶動，接受電信號，易于電動儀表配用，功率大，易燃易爆場合需防爆（3）液動

4、（hydraulic）以液壓為能源、功率大、準確到位；結構復雜、維護要求高，只能在某些特殊場合。如：煉廠催化裂化裝置中催化劑的流量控制（待生滑閥、再生滑閥）（4）自力式（self-operated）利用被調介質能量來動作的。5.2.1 分類(fn li)共四十二頁2.按結構分：薄膜式(flexible diaphragm)常用，可與各種形式的直行程閥配用。結構簡單、價格便宜、動作可靠、維修方便。輸出作用力小活塞式(piston)氣缸(q n)活塞機構，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動裝置，是一種強力的氣動執(zhí)行機構。長行程式行程長、轉矩

5、大，多與大轉矩的蝶閥、閘閥、風門等角行程閥配用。5.2.1 分類(fn li)共四十二頁5.2.2 氣動(q dn)薄膜執(zhí)行機構 1.結構上膜蓋、波紋膜片、下膜蓋、支架、推桿、壓縮彈簧、彈簧支座、調節(jié)(tioji)件、螺母、行程標尺波紋膜片關鍵部件波紋狀以保持有效面積基本保持不變，提高執(zhí)行機構的線性度膜片有效面積有200，280，400，630，1000和1600cm2有效面積越大，執(zhí)行機構的推動力越大共四十二頁5.2.2 氣動(q dn)薄膜執(zhí)行機構 1.結構壓縮彈簧 剛度全行程范圍內保持不變，以提高執(zhí)行結構的線性度調節(jié)件 調整彈簧支座的位置，從而調整壓縮彈簧的預緊量，改變信號的起始值行程標

6、尺 指示(zhsh)執(zhí)行機構的推桿位移 行程規(guī)格：10，16，25，40，60和100mm六種壓縮彈簧彈簧支座推桿共四十二頁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，在波紋膜片中上產生向下的推力，克服壓縮彈簧的彈力使其產生向下的行程。推桿行程傳遞給調節(jié)機構。3.工作原理：膜片受力分析：F信 信號壓力(yl)在膜片上產生的推力 ： Po薄膜氣室內的信號壓力 Ad薄膜的有效面積 F0 無信號時彈簧的預緊力F彈 彈簧受壓后在膜片上產生的反作用力 推桿位移；Cs彈簧剛度PF信F0F彈5.2.2 氣動(q dn)薄膜執(zhí)行機構 共四十二頁PF信F0F彈3.工作(gngzu

7、)原理：膜片受力分析：根據力平衡關系： 可得：結論：無負載時，線性；有負載時無法達到預定行程5.2.2 氣動(q dn)薄膜執(zhí)行機構 共四十二頁4.正反作用(zuyng)：正作用（Direct-Acting）信號(xnho)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)行機構 POPO共四十二頁5.2.3 電動(din dn)執(zhí)行機構 接收420mA操縱信號(xnho)，通過控制電動機的正、反轉產生推桿的直行程或角行程直行程電動執(zhí)行機構角行程電動執(zhí)行機構共四十二頁5.1

8、 概述5.2 執(zhí)行機構5.3 調節(jié)機構(jgu)5.3.1 結構5.3.2 種類5.3.3 調節(jié)機構的性能指標5.3.4 調節(jié)機構的工作性能指標5.4 執(zhí)行器的選擇 第五章 執(zhí)行器共四十二頁165.3.1 結構(jigu)主要部件：閥桿、壓板(y bn)、填料、上閥蓋、閥體、閥芯、閥座、下閥蓋上閥蓋(Bonnet) 導向、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） 共四十二頁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(didng)閥芯沿直線運動 直通單座閥、直通

9、雙座閥、角型閥、套筒閥、隔膜閥、三通閥等角行程兩大類：閥芯按轉角運動 蝶閥、球閥、偏心旋轉閥等閘閥(Gate valve)隔膜閥閥（Diaphram valve)蝶閥（Butterfly Valve）球閥（Ball Valve）共四十二頁1.直通單座閥(Single ported globe valve)直通：出入口在同一條直線上（相對角型和三通調節(jié)閥）結構：閥體內(t ni)只有一組閥芯和閥座，流通能力小特點：易關閉，泄漏量（閥芯壓緊閥座后仍能流過的流量）很小，不平衡力大（流體對閥芯產生的軸向力，即對執(zhí)行機構的反作用）。適用：低壓差，小口徑場合單座閥 5.3.2 種類18全關（full cl

10、osed） 半開（half open） 全開(qunki)（half open）共四十二頁1.直行程式（1）直通單座閥閥芯安裝閥芯正裝：閥芯向下移動時，閥芯與閥座間的流通面積(min j)減少；閥芯反裝：閥芯向下移動時，閥芯與閥座間的流通面積增大。5.3.2 種類(zhngli)注：管道口徑小于25mm時閥芯只能正裝不能反裝共四十二頁2.直通雙座閥Double-ported globe valve結構：體內只有兩套閥芯和閥座，流通能力比同口徑的單座閥大特點： 不平衡力小流體從兩個環(huán)形間隙流過，對上、下兩個閥芯所產生(chnshng)的軸向力可以部分抵消 泄漏量較大兩個閥芯不易同時關閉適用：壓差

11、大，對泄露量要求不嚴格的場合。5.3.2 種類不適(bsh)用于高溫、低溫場合（因材料熱膨脹不同引起較嚴重的泄露）共四十二頁3.角形調節(jié)閥angle valve 結構：除閥體為直角形外，其它和直通單座相似 特點：流道簡單，不易堵塞，流通能力同直通雙座閥，閥芯只能正裝適用：高粘度、高壓(goy)、含顆粒的場合，或要求直角配角的地方5.3.2 種類注：一般使用于底進側出，此時穩(wěn)定性較好；在高壓差場合，可采用側進底出，減輕流體(lit)對閥芯的損傷共四十二頁4. 三通閥（three-way globe valve） 結構(jigu)： 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

12、制、簡單的配比調節(jié)5.3.2 種類合流(hli)(mixing)分流(diverting)注：合流閥冷熱流溫差不宜超過150C共四十二頁235. 蝶閥(翻板閥 butterfly valve)特點：流通能力大（為同口徑雙座閥的1.52倍）；阻力損失??；具有自潔能力；泄漏量大 適用：廣泛適用于含有懸浮顆粒、渾濁流體； 尤其(yuq)大口徑、大流量、低壓差的場合，用于調節(jié)液體、氣體和蒸汽的流量5.3.2 分類(fn li) 共四十二頁 調節(jié)閥流通(litng)面積可變的節(jié)流元件對不可壓縮流體 A調節(jié)閥接管面積(min j)； P調節(jié)閥前后差壓； 調節(jié)閥阻力系數； 流體密度。1.流量系數C調節(jié)閥容量

13、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，每小時通過閥門的流體體積m3 ，稱為調節(jié)閥在該開度下的流量系數。額定流量系數開度100%（全開）下的流量系數，反應了閥的流通能力。5.3.4 調節(jié)機構的性能指標共四十二頁2.可調比 R 反映調節(jié)閥的可調節(jié)能力定義：調節(jié)閥所能控制的最大流量Qmax與最小流量Qmin之比注：Qmin是調節(jié)閥所能穩(wěn)定有效控制的最小流量，與完全關閉的泄漏量不同，一般為Qmax的24泄漏量是指在一定的上、下游壓差(y ch)且執(zhí)行機構使閥完全關閉(輸入信號為105Kpa)。僅為Qmax的0.10.01分為理想可調比和實際可調比（1

14、）理想可調比閥前后壓差不變時的可調比一般國內調節(jié)閥R=30，國外R=30505.3.4 調節(jié)(tioji)機構的性能指標共四十二頁26（0S1）管道和閥的阻力配置(pizh)情況（2）實際可調比 Rr實際串并聯管道閥前后(qinhu)壓差變化串聯管道一般取S=0.30.7進行配管設計5.3.4 調節(jié)機構的性能指標RrS301Rr與S的關系曲線共四十二頁27（0X1） 旁通(pn tn)閥對流量的影響 （2）實際可調比 Rr實際串并聯管道閥前后壓差(y ch)變化并聯管道旁路流量XRr 5.3.4 調節(jié)機構的性能指標RrQ2并聯管道實際可調比曲線注：實際使用時應盡量避免打開旁通閥共四十二頁28例

15、:已知 Qmax=100m3/h，R=30。 流體密度為1g/cm3閥全關到全開時，由于串聯管道的影響(yngxing)，若不考慮閥的泄漏量的影響(yngxing)，閥兩端的壓差從100kPa降到60KPa。 計算S。并分析串聯對可調比的影響解: S=60/100=0.6 Qmin=Qmax/R=100/30=3.33m3/h R=Qmax/Qmin=23.265.3.3 調節(jié)(tioji)機構的性能指標（2）實際可調比 Rr共四十二頁主要(zhyo)有四種：1.快開2.直線3.拋物線4.等百分比（對數）5.3.3 調節(jié)(tioji)機構的性能指標3.流量特性(1)定義：表示調節(jié)閥相對行行程與

16、流過的相對流量之間的關系 Q/Q100相對流量l/L相對開度固有特性，由閥芯的形狀決定共四十二頁(2)理想流量(liling)特性：閥前后流量不變時的流量特性。直線: 等比分比：特點：小開(xio ki)度過于靈敏， 特點：任何開度下相對靈敏度相同 大開度過于遲鈍有利于系統(tǒng)穩(wěn)定，使用最廣拋物線： 快開：特點：介于直線與等百分比之間（如三通閥） 特點：適用于迅速啟閉的主要為彌補直線特性在小開度時性能差設計 位式或程序控制5.3.3 調節(jié)機構的性能指標共四十二頁31例:已知Qmax=100m3/h，R=30。 試計算在理想情況下 l/L=0.1, 0.2, 0.8, 0.9 時的流量Q，并比較(b

17、jio)直線和等百分比流量特性的控制閥在小開度與大開度時流量變化的情況.解: 1.直線(zhxin)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：控制強，振蕩大開度，控制弱，不及時） 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：變化小, 平緩大開度，變化大，靈敏使用最廣!）5.3.3 調節(jié)機構的性能指標（2）理想流量

18、特性:共四十二頁（3）工作(gngzu)流量特性串聯管道調節(jié)閥開度閥前、后壓差流量特性發(fā)生畸變當S1時，S愈小畸變愈嚴重。與旁路閥并聯(bnglin)和X值有關S=0.1S=0.5S=1直線S=0.1S=0.5S=1等百分比5.3.4 調節(jié)機構的性能指標共四十二頁33結論：（1）串、并聯管道(gundo)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、并聯管道均會使調節(jié)閥可調比下降。為保證控制質量，盡可能不使用旁路閥或串聯截止閥調節(jié)流量 5.3.3 調節(jié)(tioji)機構的性能指標共四十二頁5.1 概述5.2 執(zhí)行機構5.3 調節(jié)機構5.4 執(zhí)行器的選擇(xunz)5.5.1

19、 執(zhí)行器氣開、氣關特性的選擇5.5.2 執(zhí)行結構的選擇5.5.3 調節(jié)機構的選擇 第五章 執(zhí)行器共四十二頁執(zhí)行機構 調節(jié)機構(jgu)正作用 正裝 氣（風）關正作用 反裝 氣（風）開反作用 反裝 氣（風）關反作用 正裝 氣（風）開1. 什么是氣動(q dn)執(zhí)行器的氣開氣關選擇？氣開：Air to Open (Failure to Close)氣關：Air to Close (Failure to Open)5.5.1 執(zhí)行器氣開、氣關的選擇注：電動執(zhí)行器內部具有掉電自鎖功能，故斷電時能保持原開度不變。一般不涉及電開/電關問題共四十二頁365.5.1 執(zhí)行器氣開、氣關的選擇(xunz)2.選擇

20、原則： 保證氣壓中斷（回零）后閥門自動歸位到工藝安全位置氣開（風開）：有氣(yu q)則開，無氣則關，信號，開度氣關（風關）：有氣則關，無氣則開，信號，開度氣開閥（信號中斷下自動切斷燃料）若防止液位過低,氣開閥共四十二頁5.2.2 氣動(q dn)薄膜執(zhí)行機構 共四十二頁385.5.2 執(zhí)行(zhxng)結構的選擇考慮因素：能源、工藝要求、安全、調節(jié)精度、經濟效益及現場情況(qngkung)等一般來說：氣動便宜，安全防爆；電動能源方便，價格貴如無氣源，使用電動執(zhí)行機構或自力式閥門調節(jié)機構為直行程的，應選用直行程執(zhí)行機構 調節(jié)機構為角行程的，應選用角行程執(zhí)行機構若調節(jié)機構產生的不平衡力較小，行程較短，選用薄膜執(zhí)行機構 若調節(jié)機構產生的不平衡力較大，管徑粗，行程較長，選用活塞執(zhí)行機構共四十二頁1.結構形式和材質的選擇工藝條件：溫度、壓差、流量、泄漏量物性：粘度、密度、結晶、結焦切斷、高溫、高壓、大壓差、耐腐蝕、防堵塞、超小流量2.泄漏量 泄漏量：在全關位置