執(zhí)行器和防爆柵公式轉(zhuǎn)圖市公開(kāi)課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、第4章 執(zhí)行器和防爆柵 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，接受調(diào)整器指令； 經(jīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)角位移或直線位移； 經(jīng)操縱調(diào)整機(jī)構(gòu)，改變被控對(duì)象進(jìn)、出能量或物料； 0、概述 1. 作用安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，直接與介質(zhì)接觸；通常在高溫、高壓、高粘度、強(qiáng)腐蝕、易結(jié)晶、易燃易爆、劇毒等場(chǎng)合下工作；第1頁(yè)第1頁(yè)2. 構(gòu)成（驅(qū)動(dòng)）（閥芯）3. 類(lèi)型 分為三大類(lèi)：以壓縮空氣為能源氣動(dòng)執(zhí)行器（即氣動(dòng)調(diào)整閥），氣動(dòng)執(zhí)行器輸入信號(hào)為20100kPa；以電為能源電動(dòng)執(zhí)行器（即電動(dòng)調(diào)整閥），電動(dòng)執(zhí)行器輸入信號(hào)為420mA DC；以高壓液體為能源液動(dòng)執(zhí)行器（即液動(dòng)調(diào)整閥）。 第2頁(yè)第2頁(yè)氣動(dòng)執(zhí)行器 執(zhí)行機(jī)構(gòu)由膜片、推桿和平衡彈簧等部分

2、構(gòu)成；接受調(diào)整器或電-氣閥門(mén)定位器輸出氣壓信號(hào)，經(jīng)膜片轉(zhuǎn)換成推力，使推桿（閥桿）產(chǎn)生位移，同時(shí)帶動(dòng)閥心動(dòng)作；氣動(dòng)執(zhí)行器執(zhí)行機(jī)構(gòu)可當(dāng)作一階慣性環(huán)節(jié)（而電動(dòng)執(zhí)行器可當(dāng)作百分比環(huán)節(jié)）。 第3頁(yè)第3頁(yè)(一)、氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1、構(gòu)成：由膜片、推桿、彈簧等構(gòu)成。 2、作用方式 正作用控制氣壓增長(zhǎng)時(shí)，其開(kāi)度增長(zhǎng)。 反作用-控制氣壓增長(zhǎng)時(shí)，其開(kāi)度減小。 第4頁(yè)第4頁(yè)二、控制閥流量特性 抱負(fù)(固有)流量特性-假定閥前后差壓不變。 工作(實(shí)際)流量特性. 調(diào)整閥 局部阻力可變節(jié)流元件；通過(guò)改變閥芯行程能夠改變調(diào)整閥阻力系數(shù)，達(dá)到控制流量目的。第5頁(yè)第5頁(yè)調(diào)整閥流量特性 指介質(zhì)流過(guò)閥門(mén)相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度之間關(guān)系

3、 qv/qvmax相對(duì)流量，即調(diào)整閥某一開(kāi)度流量與全開(kāi)流量之比； l/L相對(duì)開(kāi)度，即調(diào)整閥某一開(kāi)度行程與全行程之比。 第6頁(yè)第6頁(yè)抱負(fù)流量特性 調(diào)整閥前后壓差不變時(shí)，得到流量特性；流量特性完全取決于閥芯形狀；抱負(fù)流量特性有：直線對(duì)數(shù)拋物線快開(kāi)第7頁(yè)第7頁(yè) 1、直線流量特性 (1)、定義：控制閥相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度成直線關(guān)系，即 第8頁(yè)第8頁(yè) 2、其它流量特性 對(duì)數(shù)特性：小流量時(shí)，控制作用平緩；大流量時(shí)，控制作用靈敏有效，克服了直流特性不足。 快開(kāi)特性：適于要求快速開(kāi)、閉控制系統(tǒng)。 第9頁(yè)第9頁(yè)直線流量特性特點(diǎn)閥心相對(duì)開(kāi)度改變所引發(fā)流量改變是相等流量相對(duì)改變量（流量改變量與原有流量之比）是不同：在

4、小開(kāi)度時(shí)，流量相對(duì)改變量大；在大開(kāi)度時(shí)，其流量相對(duì)改變最小。直線流量特性調(diào)整閥在小開(kāi)度時(shí)，控制作用強(qiáng)，易引發(fā)振蕩；在大開(kāi)度時(shí)，控制作用弱，控制遲緩。 第10頁(yè)第10頁(yè)對(duì)數(shù)（等百分比）流量特性 其數(shù)學(xué)表示式 行程改變相同百分?jǐn)?shù)，流量在本來(lái)基礎(chǔ)上改變相對(duì)百分?jǐn)?shù)是相等，即含有等百分比流量特性。對(duì)數(shù)（等百分比）流量特性特點(diǎn)：調(diào)整閥在小開(kāi)度時(shí)，控制緩和平穩(wěn)調(diào)整閥在大開(kāi)度時(shí)，控制及時(shí)有效。第11頁(yè)第11頁(yè)工作流量特性 實(shí)際應(yīng)用時(shí)，調(diào)整閥兩端壓差是改變，此時(shí)調(diào)整閥相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度之間關(guān)系稱(chēng)為工作流量特性。第12頁(yè)第12頁(yè)為衡量調(diào)整閥實(shí)際工作流量特性相對(duì)于抱負(fù)流量特性改變程度，用阻力比系數(shù)S來(lái)表示：閥全開(kāi)時(shí)

5、閥前后最小壓差S=1時(shí)，即管道壓力為0，閥前后壓差始終等于總壓力。第13頁(yè)第13頁(yè)串聯(lián)管道，流量特性發(fā)生兩個(gè)改變一是調(diào)整閥全開(kāi)時(shí)流量減小，即調(diào)整閥可調(diào)范圍變??；另一個(gè)是流量特性曲線向上拱，抱負(fù)直線特性變成快開(kāi)特性。S值越小，畸變?cè)絿?yán)重。實(shí)際中，諸多對(duì)象放大倍數(shù)是隨負(fù)荷加大而減小，這時(shí)如能選取放大倍數(shù)隨負(fù)荷加大而增長(zhǎng)調(diào)整閥，便能使得兩者互相補(bǔ)償。第14頁(yè)第14頁(yè) 2、流量方程 當(dāng)口徑A和差壓(P1-P2)一定期，流量Q僅隨阻尼改變而變 化。改變閥門(mén)啟動(dòng)程度，可改變流通阻力而控制介質(zhì)流量。 3、調(diào)整原理若面積A單位取cm2，壓差P單位取kPa，密度單位取kg/m3，則上式為：（通常做為調(diào)整閥結(jié)構(gòu)參

6、數(shù)，閥門(mén)前后壓差為100kPa，流體密度為1000kg/m3條件下，閥門(mén)全開(kāi)每小時(shí)能通過(guò)流體體積）第15頁(yè)第15頁(yè)調(diào)整閥空化及其避免 閃蒸： 流體流經(jīng)節(jié)流件（閥芯）時(shí)，在節(jié)流件后某處?kù)o壓下降到最低，當(dāng)靜壓力下降到甚至低于該液體所在工況下飽和蒸汽壓時(shí)，部分液體就會(huì)汽化成氣體，形成汽液混合兩相流體?？栈洪W蒸發(fā)生后，伴隨流體流動(dòng)，其靜壓力又要上升。當(dāng)靜壓力回升到該液體所在工況下飽和蒸汽壓以上時(shí)，閃蒸形成氣泡會(huì)破裂重新轉(zhuǎn)化為液體，這種氣泡形成和破裂過(guò)程稱(chēng)為空化。 第16頁(yè)第16頁(yè)避免空化和汽蝕辦法 主要從壓差選擇、材料、結(jié)構(gòu)上考慮。最主線辦法是使調(diào)整閥前后壓差小于最大允許壓差：可采用多級(jí)閥芯高壓調(diào)整

7、閥；用兩個(gè)以上調(diào)整閥相串聯(lián)。第17頁(yè)第17頁(yè)選擇調(diào)整閥氣開(kāi)、氣關(guān)形式 所謂氣開(kāi)式，即當(dāng)信號(hào)壓力增長(zhǎng)時(shí)，閥門(mén)開(kāi)大；氣關(guān)式則相反，即信號(hào)壓力增長(zhǎng)時(shí)，閥門(mén)關(guān)小。 考慮事故狀態(tài)時(shí)人身、工藝設(shè)備安全；考慮在事故狀態(tài)下減少經(jīng)濟(jì)損失，確保產(chǎn)品質(zhì)量。第18頁(yè)第18頁(yè)4.1.2 電氣轉(zhuǎn)換器出于氣動(dòng)執(zhí)行器安全性和大功率特性，諸多電動(dòng)調(diào)整器也使用氣動(dòng)執(zhí)行器。因此，必須設(shè)置電氣轉(zhuǎn)換器將420mA原則電信號(hào)轉(zhuǎn)換為20100kP原則氣壓信號(hào)。相稱(chēng)于力平衡式壓力變送器反向利用第19頁(yè)第19頁(yè) 電動(dòng)調(diào)整器送來(lái)電流I流入線圈（該線圈在永久磁鐵氣隙中），當(dāng)電流大時(shí)，線圈與磁鐵吸力增大，使得杠杠作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)擋板靠近噴嘴，改變

8、擋板與噴嘴之間間隙，進(jìn)而改變輸出氣壓。能夠?qū)崿F(xiàn)P與I之間正比關(guān)系。擋板機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)換過(guò)程中相稱(chēng)關(guān)鍵，它能夠?qū)醢鍖?duì)于噴嘴微小位移靈敏地變換為氣壓信號(hào)。第20頁(yè)第20頁(yè)噴嘴擋板機(jī)構(gòu)工作原理恒節(jié)流孔：細(xì)長(zhǎng)氣體通道，成為一個(gè)固定氣阻噴嘴擋板：可變氣阻，背壓室：構(gòu)成：噴嘴擋板氣隙幾種絲米（百分之幾毫米）位移，能夠使得P壓力產(chǎn)生滿(mǎn)幅度改變。第21頁(yè)第21頁(yè)4.1.3閥門(mén)定位器如圖氣動(dòng)執(zhí)行器，由于填料摩擦和閥心受到作用力，會(huì)影響定位精度。從而引入閥門(mén)定位器。第22頁(yè)第22頁(yè)虛線方框部分，能夠認(rèn)為是一個(gè)氣動(dòng)功率放大器，其放大倍數(shù)很高，且輸出功率大。第23頁(yè)第23頁(yè)電氣閥門(mén)定位器；事實(shí)上是將電氣轉(zhuǎn)換器與氣動(dòng)閥門(mén)定

9、位器結(jié)合。 電氣閥門(mén)定位器力線圈，是一個(gè)高儲(chǔ)能危險(xiǎn)元件，常需用環(huán)氧樹(shù)脂固封，并接上防爆電路。第24頁(yè)第24頁(yè)4.1.4電動(dòng)執(zhí)行器執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用電動(dòng)機(jī)帶減速器，而調(diào)整閥部分仍然與氣動(dòng)執(zhí)行器相同。第25頁(yè)第25頁(yè)帶傍磁制動(dòng)機(jī)構(gòu)兩相伺服電機(jī)普通伺服電機(jī)在斷電后會(huì)按慣性繼續(xù)“惰走”。第26頁(yè)第26頁(yè)4.2 防爆柵 又稱(chēng)安全保持器，是一個(gè)對(duì)送往現(xiàn)場(chǎng)電壓和電流進(jìn)行嚴(yán)格控制單元，它接在現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室之間。能夠確保在短路、短路等各種情況下，進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)電功率在安全范圍之內(nèi)，也許發(fā)生火花都在爆炸氣體點(diǎn)火能量之下。它屬于本質(zhì)安全型，其安全性高于結(jié)構(gòu)防爆。使用安全火花防爆儀表，且現(xiàn)場(chǎng)儀表和非危險(xiǎn)場(chǎng)合之間電路通過(guò)防爆柵連

10、接就能夠構(gòu)建安全火花防爆系統(tǒng)。第27頁(yè)第27頁(yè)4.2.2 安全火花防爆等級(jí)1.爆炸性混合物依據(jù)其引爆電流分為三個(gè)等級(jí) 級(jí)：引爆電流120mA,甲烷、汽油、乙醇、一氧化碳級(jí)：70mA引爆電流120mA,乙烯、乙醚級(jí)：引爆電流70mA ，氫、乙炔、市用煤氣2.安全火花防爆儀表也相應(yīng)分為3級(jí)。3.依據(jù)氣體自燃溫度分為a,b,c,d,e五組或T1T6六組，e或T6自燃溫度最低（85度）第28頁(yè)第28頁(yè)4.2.3 防爆柵基本工作原理1.齊納式防爆柵當(dāng)Vi在24V以?xún)?nèi)時(shí)，VD1和VD2不反向?qū)ǎ划?dāng)Vi超出24V時(shí)，齊納管導(dǎo)通，F(xiàn)熔斷。同時(shí)R1和R2起到限流作用。缺點(diǎn)：1、R1和R2在正常工作時(shí)，存在壓降

11、損耗； 2、兩點(diǎn)接地容易引入干擾。第29頁(yè)第29頁(yè)2.改進(jìn)型齊納防爆柵 VT1、VT2、VT3構(gòu)成晶體管限流電路。正常工作時(shí)，VT3向VT1提供基極電流，使得VT1飽和；當(dāng)電流超出正常范圍時(shí)，R1上電壓超出0.6V，VT2導(dǎo)通，分流VT1基極電流，VT1退出飽和。 Vi電壓超出限壓范圍時(shí)，齊納管導(dǎo)通；正常工作時(shí)，電路沒(méi)有直接接地。第30頁(yè)第30頁(yè)4.2.4 隔離式防爆柵以變壓器為隔離元件，將輸入、輸出和電源進(jìn)行隔離，以預(yù)防危險(xiǎn)能量竄入。分為：檢測(cè)端防爆柵和執(zhí)行端防爆柵。第31頁(yè)第31頁(yè)簡(jiǎn)化原理圖第32頁(yè)第32頁(yè)限壓限流電路原理正常工作時(shí)，VT3不導(dǎo)通，VT4飽和。過(guò)電壓時(shí)，齊納管導(dǎo)通，使得VT3導(dǎo)通，對(duì)VT4基極電流分流，VT4趨于截止；過(guò)電流時(shí)，R6上電壓加大，當(dāng)R5和R6上電壓超出0.6V時(shí)，VT