過(guò)程控制42執(zhí)行器

結(jié)構(gòu)工作原理電動(dòng)調(diào)節(jié)閥

電/氣閥門定位器電/氣轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)閥的選擇與計(jì)算調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的流通能力調(diào)節(jié)閥的作用方向氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥

第一頁(yè)，共四十七頁(yè)。3.4執(zhí)行器執(zhí)行器作用：它將控制器送來(lái)的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成執(zhí)行動(dòng)作，從而操縱進(jìn)入設(shè)備的能量，將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥液動(dòng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門控制電機(jī)執(zhí)行器給定值被控變量干擾f

控制器

測(cè)量變送器執(zhí)行器被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值－自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖第二頁(yè)，共四十七頁(yè)。3.4.1氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥是由氣壓信號(hào)控制的閥門。氣動(dòng)薄膜室推桿閥門閥位指示標(biāo)牌閥桿根據(jù)流體力學(xué)，對(duì)不可壓縮流體，在通過(guò)調(diào)節(jié)閥時(shí)產(chǎn)生的壓力損失與流體速度之間關(guān)系為：第三頁(yè)，共四十七頁(yè)。調(diào)節(jié)閥的輸入輸出關(guān)系：U(s)Q(s)luQKv—調(diào)節(jié)閥的增益第四頁(yè)，共四十七頁(yè)。一.氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)與分類氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)（閥）兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是推動(dòng)裝置，它是將信號(hào)壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置。控制機(jī)構(gòu)是閥門，它將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流通面積的大小。第五頁(yè)，共四十七頁(yè)。氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)P正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)

1.執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)按調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。第六頁(yè)，共四十七頁(yè)。（1）直通單座閥2．調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)就是閥門，是一個(gè)局部阻力可以改變的節(jié)流元件。（2）直通雙座閥

第七頁(yè)，共四十七頁(yè)。正裝閥閥芯下移時(shí)，閥芯與閥座間的流通截面積增大閥門中的柱式閥芯可以正裝，也可以反裝。反裝閥閥芯下移時(shí)，閥芯與閥座間的流通截面積減小第八頁(yè)，共四十七頁(yè)。（3）角形控制閥第九頁(yè)，共四十七頁(yè)。（4）三通控制閥

第十頁(yè)，共四十七頁(yè)。（5）隔膜控制閥

采用耐腐蝕材料作隔膜，將閥芯與流體隔開(kāi)。（6）球閥閥芯與閥體都呈球形體，閥芯內(nèi)開(kāi)孔。轉(zhuǎn)動(dòng)閥芯使之與閥體處于不同的相對(duì)位置時(shí)，就有不同的流通面積。第十一頁(yè)，共四十七頁(yè)。二.調(diào)節(jié)閥的流量特性流量特性的定義：被控介質(zhì)流過(guò)閥門的相對(duì)流量與閥門的相對(duì)開(kāi)度（相對(duì)位移）間的關(guān)系稱為調(diào)節(jié)閥的流量特性。Q/Qmax—相對(duì)流量

l/L—相對(duì)開(kāi)度LQ第十二頁(yè)，共四十七頁(yè)。1、固有（理想）流量特性在將控制閥前后壓差固定時(shí)得到的流量特性稱為固有流量特性。它取決于閥芯的形狀。321343142（1）直線特性（2）等百分比特性（3）快開(kāi)特性（4）拋物線特性第十三頁(yè)，共四十七頁(yè)。（1）直線流量特性控制閥的相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度成直線關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)。3142(l/L)/%

R—調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比系數(shù)。

可調(diào)比R為調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量與最小流量的比值。R=Qmax/Qmin直線閥的流量放大系數(shù)在任何一點(diǎn)上都是相同的。即在任何一點(diǎn)相同的行程變化所引起的流量變化都是相同的，但流量變化的相對(duì)值不同。流量，相對(duì)流量，流量變化，相對(duì)流量變化第十四頁(yè)，共四十七頁(yè)?？刂屏Γ洪y門開(kāi)度改變時(shí)，相對(duì)流量的改變比值。例：對(duì)直線閥，分別在在10%開(kāi)度，50%開(kāi)度，80％開(kāi)度上，再分別增加10%開(kāi)度時(shí)，各自相對(duì)流量的變化比值是多少？解：10％時(shí)：[（20-10）/10]×100%=100%50％時(shí)：[（60-50）/50]×100%=20%80％時(shí)：[（90-80）/80]×100%=12.5%Q/Q100L/Lmaxs=1

結(jié)論：直線閥在小開(kāi)度時(shí)控制作用很強(qiáng)，易引起系統(tǒng)振蕩；而在大開(kāi)度時(shí)控制作用很弱，控制不及時(shí)。第十五頁(yè)，共四十七頁(yè)。（2）等百分比（對(duì)數(shù)）流量特性單位相對(duì)行程變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系：3142曲線斜率（放大系數(shù)）隨行程的增大而增大。第十六頁(yè)，共四十七頁(yè)。等百分比閥在各流量點(diǎn)的放大系數(shù)不同，但對(duì)流量的控制力卻是相同的。流量小時(shí)，流量變化小,控制比較平穩(wěn)緩和；流量大時(shí)，流量變化大，控制比較靈敏有效。解：10%處：（6.58%-4.68%）/4.68%≈41%50%處：（25.7%-18.2%）/18.2%≈41%80%處：（71.2%-50.6%）/50.6%≈41%例：對(duì)等百分比閥，同樣以10％、50％及80％三點(diǎn)為例，分別增加10%開(kāi)度，求相對(duì)流量變化的比值。Q/Q100L/Lmaxs=1第十七頁(yè)，共四十七頁(yè)。（4）拋物線流量特性（3）快開(kāi)特性3142開(kāi)度較小時(shí)就有較大流量，隨開(kāi)度的增大，流量很快就達(dá)到最大，故稱為快開(kāi)特性。適用于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。第十八頁(yè)，共四十七頁(yè)。2、調(diào)節(jié)閥的工作流量特性實(shí)際使用時(shí)，調(diào)節(jié)閥裝在具有阻力的管道系統(tǒng)中。管道對(duì)流體的阻力隨流量而變化，閥前后壓差也是變化的，這時(shí)流量特性叫調(diào)節(jié)閥的工作流量特性第十九頁(yè)，共四十七頁(yè)。壓降比s表示調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)，閥前后最小壓差△PTmin與總壓力△

P之比。s=PTmin

/△

PP△PGQ△PT管路及設(shè)備△PG△PT調(diào)節(jié)閥△P△P例：管道串聯(lián)時(shí)的工作流量特性流量特性畸變：對(duì)數(shù)閥變?yōu)橹本€閥直線閥變?yōu)榭扉_(kāi)閥s↓第二十頁(yè)，共四十七頁(yè)。結(jié)論串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量特性發(fā)生畸變。串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量可調(diào)范圍降低，最大流量減小。串聯(lián)管道會(huì)使調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)減小，調(diào)節(jié)能力降低，s值低于0.3時(shí)，調(diào)節(jié)閥能力基本喪失。第二十一頁(yè)，共四十七頁(yè)。三.調(diào)節(jié)閥的選擇1．調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)的選擇由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成，接受調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)，轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移，來(lái)改變調(diào)節(jié)閥的流通截面積。第二十二頁(yè)，共四十七頁(yè)。（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)（驅(qū)動(dòng)）薄膜式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，使用最廣泛?；钊剑狠敵鐾屏_(dá)，常用于高靜壓、高壓差和需較大推力的場(chǎng)合。長(zhǎng)行程式：行程大，轉(zhuǎn)矩大，適用于轉(zhuǎn)角的蝶閥、風(fēng)門等。（2）調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（閥芯）直通閥、角閥、三通閥、球形閥、閥體分離閥、隔膜閥、蝶閥、高壓閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥和套筒閥等。

第二十三頁(yè)，共四十七頁(yè)。2．氣開(kāi)式與氣關(guān)式的選擇（重要）

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在氣壓信號(hào)中斷后閥門會(huì)復(fù)位。無(wú)壓力信號(hào)時(shí)閥全開(kāi)，隨著信號(hào)增大，閥門逐漸關(guān)小的稱為氣關(guān)式。無(wú)壓力信號(hào)時(shí)閥全閉，隨著信號(hào)增大，閥門逐漸開(kāi)大稱的為氣開(kāi)式。氣關(guān)式氣關(guān)式氣開(kāi)式氣開(kāi)式氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)式與氣關(guān)式：第二十四頁(yè)，共四十七頁(yè)。第二十五頁(yè)，共四十七頁(yè)。選擇原則：從工藝生產(chǎn)安全要求出發(fā)．當(dāng)工廠發(fā)生斷電或其他事故引起信號(hào)壓力中斷時(shí)，應(yīng)(1)保證設(shè)備和操作人員的安全，如閥門處于打開(kāi)位置時(shí)危害性小，則應(yīng)選用氣關(guān)閥；反之，則用氣開(kāi)閥．(2)從保證產(chǎn)品質(zhì)量出發(fā)(3)從降低原料,成本,動(dòng)力損耗出發(fā)(4)從介質(zhì)特點(diǎn)考慮第二十六頁(yè)，共四十七頁(yè)。

給水閥燃?xì)忾y蒸汽例：選擇蒸汽鍋爐的控制閥門時(shí)，為保證失控狀態(tài)下鍋爐的安全：

給水閥應(yīng)選氣關(guān)式

燃?xì)忾y應(yīng)選氣開(kāi)式例：調(diào)節(jié)進(jìn)入設(shè)備的工藝介質(zhì)流量的調(diào)節(jié)閥，若介質(zhì)為易爆氣體，應(yīng)選用氣開(kāi)閥，以免信號(hào)中斷時(shí)介質(zhì)溢出設(shè)備而引起爆炸．例：精餾塔塔釜加熱蒸汽閥一般選氣開(kāi)閥但是若塔釜釜液是易結(jié)晶,易聚合的物料時(shí),加熱蒸汽閥應(yīng)選氣關(guān)閥,以免調(diào)節(jié)閥失去能源時(shí)閥門閉合,停止蒸汽進(jìn)入而導(dǎo)致釜內(nèi)液體結(jié)晶凝固.第二十七頁(yè)，共四十七頁(yè)。3.調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇保證控制品質(zhì)的重要因素之一是：保持控制系統(tǒng)的總放大倍數(shù)在工作范圍內(nèi)盡可能恒定。給定值被控量干擾f

控制器傳感器執(zhí)行器被控對(duì)象+eWc(s)－W3(s)W1(s)W2(s)K=K1K2K3Kc第二十八頁(yè)，共四十七頁(yè)。適當(dāng)選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性能補(bǔ)償對(duì)象的靜特性。（1）若調(diào)節(jié)對(duì)象的靜特性是非線性的，工藝負(fù)荷變化又大，用等百分比特性補(bǔ)償。（2）若調(diào)節(jié)對(duì)象的靜特性是線性的，或工藝負(fù)荷變化不大，用直線閥。第二十九頁(yè)，共四十七頁(yè)。(1)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)第三十頁(yè)，共四十七頁(yè)。(2)、定值控制系統(tǒng)

第三十一頁(yè)，共四十七頁(yè)。4.調(diào)節(jié)閥口徑的選擇調(diào)節(jié)閥的口徑?jīng)Q定了調(diào)節(jié)閥的流通能力。

調(diào)節(jié)閥的流通能力用流量系數(shù)C值表示。流量系數(shù)C的定義：在閥兩端壓差100kPa，流體為水（103Kg／m3）的條件下，閥門全開(kāi)時(shí)每小時(shí)能通過(guò)調(diào)節(jié)閥的流體流量（m3/h）。CDg例如，某一閥門全開(kāi)、閥兩端壓差為100kPa時(shí)，流經(jīng)閥的水流量為20m3/h，則該調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)為：C=20。第三十二頁(yè)，共四十七頁(yè)。將流量系數(shù)的定義條件代入基本流量公式：（1）液體流量系數(shù)C值的計(jì)算根據(jù)基本流量公式兩式相除得QDg?P（2）氣體、蒸汽C值的計(jì)算第三十三頁(yè)，共四十七頁(yè)。例

某供暖系統(tǒng)，流過(guò)加熱盤管的水流量為Q=31m3/h熱水為80℃，Pm-Pr=1.7×100kPa，所裝閥門取多大？

?P=（0.5～0.7）×1.7×100kPa≈100kPa80℃熱水的密度ρ=971Kg/m3代入給水泵熱水鍋爐盤管PmPrM得C≈31

，取標(biāo)準(zhǔn)C=32在此檔中，選取和管道直徑相配的口徑。解：Pm-Pr是管網(wǎng)入口壓差，設(shè)配管S=0.5～0.7，第三十四頁(yè)，共四十七頁(yè)。氣源恒節(jié)流孔ps背壓室噴嘴擋板1．噴嘴擋板機(jī)構(gòu)

圖噴嘴擋板機(jī)構(gòu)的構(gòu)造與特性四。其他輔助單元結(jié)論(1)噴嘴擋板機(jī)構(gòu)是一種位移檢測(cè)機(jī)構(gòu)．輸入：噴嘴擋板間的微小位移．輸出：背壓室的氣壓信號(hào)(2)由于恒節(jié)流孔與噴嘴的孔徑都很小，所以輸出氣量很小，不能直接驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行器與遠(yuǎn)距離傳輸?shù)谌屙?yè)，共四十七頁(yè)。將4～20mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成20～100KPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)。2電/氣轉(zhuǎn)換器電/氣轉(zhuǎn)換器作用：第三十六頁(yè)，共四十七頁(yè)。I↑吸力Fi↑

杠桿偏轉(zhuǎn)擋板與噴嘴間隙↓

背壓↑

放大器輸入↑

輸出壓力P↑

杠桿的反饋力Ff

↑

杠桿平衡P∝I工作原理負(fù)反饋磁鐵調(diào)零FiFf背壓第三十七頁(yè)，共四十七頁(yè)。4閥門定位器在調(diào)節(jié)閥上加裝閥門定位器，引入閥桿位移負(fù)反饋。使閥桿能按輸入信號(hào)精確地確定自己的開(kāi)度。第三十八頁(yè)，共四十七頁(yè)。氣動(dòng)薄膜單座(套筒)調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)薄膜雙座調(diào)節(jié)閥第三十九頁(yè)，共四十七頁(yè)。

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥第四十頁(yè)，共四十七頁(yè)。3.4.5電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（閱讀）電動(dòng)調(diào)節(jié)閥接受來(lái)自調(diào)節(jié)器的電流信號(hào)，閥門開(kāi)度連續(xù)可調(diào)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推動(dòng)裝置，它將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的動(dòng)力，帶動(dòng)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作。閥門是調(diào)節(jié)閥的控制機(jī)構(gòu)，它與氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的閥門是通用的。執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制機(jī)構(gòu)第四十一頁(yè)，共四十七頁(yè)。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)用控制電機(jī)作動(dòng)力裝置。輸出形式有：角行程：電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)減速器后輸出。直行程：電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)減速器減速并轉(zhuǎn)換為直線位移輸出。多轉(zhuǎn)式：轉(zhuǎn)角輸出，功率比較大，主要用來(lái)控制閘閥、截止閥等多轉(zhuǎn)式閥門。這幾種執(zhí)行機(jī)構(gòu)在電氣原理上基本相同，只是減速器不一樣。第四十二頁(yè)，共四十七頁(yè)。輸入信號(hào)與位置反饋信號(hào)進(jìn)行比較，將差值放大。驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)減速輸出，帶動(dòng)閥門直到位置發(fā)送器檢測(cè)到的位置信號(hào)與輸入信號(hào)相等時(shí)，放大器輸出為零。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理方框圖

第四十三頁(yè)，共四十七頁(yè)。電動(dòng)V形球閥電動(dòng)O形球閥電動(dòng)三通球閥電動(dòng)蝶閥電動(dòng)高溫蝶閥智能電動(dòng)蝶閥第四十四頁(yè)，共四十七頁(yè)。電動(dòng)小型調(diào)節(jié)閥電動(dòng)直角調(diào)節(jié)閥電動(dòng)雙座調(diào)節(jié)閥電動(dòng)漿液閥電動(dòng)刀型閘閥電動(dòng)閘閥第四十五頁(yè)，共四十七頁(yè)。小結(jié)結(jié)構(gòu)工作原理電動(dòng)調(diào)節(jié)閥

電/氣閥門定位器電/氣轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)閥的選擇與計(jì)算調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的流通能力調(diào)節(jié)閥的作用方向氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥

第四十六頁(yè)，共四十七頁(yè)。內(nèi)容總結(jié)結(jié)構(gòu)。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥。閥門中的柱式