《化工儀表及自動(dòng)化》第5章

第五章執(zhí)行器

氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類控制閥的流量特性控制閥的選擇氣動(dòng)執(zhí)行器的安裝和維護(hù)電動(dòng)執(zhí)行器電-氣轉(zhuǎn)換器及電-氣閥門定位器電-氣轉(zhuǎn)換器電-氣閥門定位器數(shù)字閥與智能控制閥數(shù)字閥智能控制閥TTTICM蒸汽冷液熱液應(yīng)用示例：執(zhí)行器的作用

接收控制器送來的控制信號(hào)，改變被控介質(zhì)的流量，從而將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。執(zhí)行器的構(gòu)成：

執(zhí)行機(jī)構(gòu)－產(chǎn)生推力或位移的裝置。

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)－直接改變能量或物料輸送量的裝置，通常稱為控制閥或調(diào)節(jié)閥。

執(zhí)行器的分類：

氣動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)電動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器液動(dòng)執(zhí)行器第一節(jié)氣動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)執(zhí)行結(jié)構(gòu)

執(zhí)行器的推動(dòng)裝置，它按控制信號(hào)壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動(dòng)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作，所以它是將信號(hào)壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置?？刂茩C(jī)構(gòu)

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裝置。一、氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類1.執(zhí)行機(jī)構(gòu)薄膜式活塞式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、維修方便，應(yīng)用廣泛。

推力較大，用于大口徑、高壓降控制閥或蝶閥的推動(dòng)裝置。長(zhǎng)行程行程長(zhǎng)、轉(zhuǎn)矩大，適于輸出轉(zhuǎn)角（60°～90°）和力矩。氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正作用和反作用兩種形式。

根據(jù)有無彈簧可分為有彈簧的及無彈簧的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

氣信號(hào)氣信號(hào)薄膜式活塞式2.控制機(jī)構(gòu)根據(jù)不同的使用要求，控制閥的結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾種。（1）直通單座控制閥閥體內(nèi)只有一個(gè)閥芯與閥座。特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、泄漏量小，易保證關(guān)閉，甚至完全切斷。缺點(diǎn)在壓差大的時(shí)候，流體對(duì)閥芯上下作用的推力不平衡，這種不平衡力會(huì)影響閥芯的移動(dòng)。直通單座閥（2）直通雙座控制閥

閥體內(nèi)有兩個(gè)閥芯和閥座。

特點(diǎn)流體流過的時(shí)候，不平衡力小。缺點(diǎn)容易泄漏（3）角形控制閥

角形閥的兩個(gè)接管呈直角形，一般為底進(jìn)側(cè)出。特點(diǎn)流路簡(jiǎn)單、阻力較小，適于現(xiàn)場(chǎng)管道要求直角連接，介質(zhì)為高黏度、高壓差和含有少量懸浮物和固體顆粒狀的場(chǎng)合。（4）三通控制閥

（5）隔膜控制閥

采用耐腐蝕襯里的閥體和隔膜。特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流阻小、流通能力比同口徑的其他種類的閥要大。不易泄漏。耐腐蝕性強(qiáng)，適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的控制，也能用于高黏度及懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。（6）蝶閥

特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、價(jià)格便宜、流阻極小。缺點(diǎn)泄漏量大。（7）球閥

球閥的閥芯與閥體都呈球形體，轉(zhuǎn)動(dòng)閥芯使之與閥體處于不同的相對(duì)位置時(shí)，就具有不同的流通面積，以達(dá)到流量控制的目的。（8）凸輪撓曲閥

特點(diǎn)密封性好。重量輕、體積小、安裝方便，適用于高黏度或帶有懸浮物的介質(zhì)流量控制。（9）籠式閥

特點(diǎn)可調(diào)比大、振動(dòng)小、不平衡力小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、套筒互換性好，更換不同的套筒可得到不同的流量特性，閥內(nèi)部件所受的汽蝕小、噪聲小，是一種性能優(yōu)良的閥，特別適用于要求低噪聲及壓差較大的場(chǎng)合。缺點(diǎn)不適用高溫、高黏度及含有固體顆粒的流體。

1.控制閥的理想流量特性(閥前后壓差不隨閥的開度而變)不同流量特性的閥芯形狀1—快開；2—直線；3—拋物線；4—等百分比在不考慮控制閥前后壓差變化時(shí)得到的流量特性稱為理想流量特性。它取決于閥芯的形狀。

二、控制閥的流量特性

控制閥的流量特性是指被控介質(zhì)流過閥門的相對(duì)流量與閥門的相對(duì)開度（相對(duì)位移）間的關(guān)系，即（1）直線流量特性

指控制閥的相對(duì)流量與相對(duì)開度成直線關(guān)系。（2）等百分比（對(duì)數(shù)）流量特性

等百分比流量特性是指單位相對(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。1

快開；2

直線；3

拋物線；3‘

修正拋物線；4

等百分比（3）拋物線流量特性（4）快開特性

這種流量特性在開度較小時(shí)就有較大流量，隨開度的增大，流量很快就達(dá)到最大。

快開特性的閥芯形式是平板形的，適用于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。

２.控制閥的工作流量特性

在實(shí)際生產(chǎn)中，控制閥前后壓差總是變化的，這時(shí)的流量特性稱為工作流量特性。（1）串聯(lián)管道的工作流量特性圖5-14串聯(lián)管道的情形圖5-15管道串聯(lián)時(shí)控制閥壓差變化情況圖5-16管道串聯(lián)時(shí)控制閥的工作特性（2）并聯(lián)管道的工作流量特性

控制閥一般都裝有旁路，以便手動(dòng)操作和維護(hù)。當(dāng)生產(chǎn)量提高或控制閥選小了時(shí)，只好將旁路閥打開一些，此時(shí)控制閥的理想流量特性就改變成為工作特性。圖5-17并聯(lián)管道的情況如圖5-17所示，顯然這時(shí)管路的總流量Q是控制閥流量Q1與旁路流量Q2之和，即Q＝Q1＋Q2。以x代表并聯(lián)管道時(shí)控制閥全開時(shí)的流量Q1max與總管最大流量Qmax之比，可以得到在壓差Δp為一定時(shí)，而x為不同數(shù)值時(shí)的工作流量特性曲線。圖5-18并聯(lián)管道時(shí)控制閥的工作特性三、控制閥的選擇1.控制閥結(jié)構(gòu)與特性的選擇

主要根據(jù)工藝條件，如溫度、壓力及介質(zhì)的物理、化學(xué)特性（如腐蝕性、黏度等）來選擇。

結(jié)構(gòu)形式選擇特性選擇

先按控制系統(tǒng)的特點(diǎn)來選擇閥的希望流量特性，然后再考慮工藝配管情況來選擇相應(yīng)的理想流量特性。有壓力信號(hào)時(shí)閥關(guān)、無信號(hào)壓力時(shí)閥開的為氣關(guān)式。反之，為氣開式。

2.氣開式與氣關(guān)式的選擇序號(hào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制閥氣動(dòng)執(zhí)行器（a）（b）（c）（d）正正反反正反正反氣關(guān)（正）氣開（反）氣開（反）氣關(guān)（正）表5-1組合方式表

主要從工藝生產(chǎn)上安全要求出發(fā)。信號(hào)壓力中斷時(shí)，應(yīng)保證設(shè)備和操作人員的安全。如果閥處于打開位置時(shí)危害性小，則應(yīng)選用氣關(guān)式，以使氣源系統(tǒng)發(fā)生故障，氣源中斷時(shí)，閥門能自動(dòng)打開，保證安全。反之閥處于關(guān)閉時(shí)危害性小，則應(yīng)選用氣開閥。選擇要求TTTCM加熱爐FTFfFICMFT2煤氣Q1空氣Q2FC1M3.控制閥口徑的選擇

口徑選擇得過小，會(huì)使流經(jīng)控制閥的介質(zhì)達(dá)不到所需要的最大流量?？趶竭x擇得過大，會(huì)浪費(fèi)設(shè)備投資，且使控制閥經(jīng)常處于小開度工作，控制性能變差，易使控制系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。第二節(jié)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有角行程和直行程兩種，是以兩相交流電機(jī)為動(dòng)力的位置伺服機(jī)構(gòu)，它將輸入的直流電流信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換成位移量。（一）基本結(jié)構(gòu)和工作原理伺服放大器位置發(fā)送器伺服電機(jī)減速器閥位指示放大器執(zhí)行機(jī)構(gòu)4～20mAIiIfθ電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)方框圖0~90O操作器0°90°0mmχmm角行程直行程（二）伺服放大器作用：將信號(hào)Ii和If綜合、比較并放大，然后通過可控硅交流開關(guān)去控制伺服電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)。（三）執(zhí)行機(jī)構(gòu)伺服電機(jī)減速器位置發(fā)送器0～90°220VAC4～20mADCCDW1W2220VAC一、電-氣轉(zhuǎn)換器1—噴嘴擋板；2—調(diào)零彈簧；3—負(fù)反饋波紋管；4—十字彈簧；5—正反饋波紋管；6—杠桿；7—測(cè)量線圈；8—磁鋼；9—鐵芯；10—放大器第三節(jié)電-氣轉(zhuǎn)換器及電-氣閥門定位器電-氣轉(zhuǎn)換器把電動(dòng)控制器的輸出信號(hào)變?yōu)闅庑盘?hào)去驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行器，此時(shí)常用電-氣閥門定位器，它具有電-氣轉(zhuǎn)換器和氣動(dòng)閥門定位器兩種作用。按力矩平衡原理工作。二、電-氣閥門定位器作用：具有電-氣轉(zhuǎn)換器的作用，可用電動(dòng)控制器輸出的4～20mADC信號(hào)去操縱氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；具有氣動(dòng)閥門定位器的作用，可以使閥門位置按控制器送來的信號(hào)準(zhǔn)確定位。改變圖5-24中反饋凸輪5的形狀或安裝位置，還可以改變控制閥的流量特性和實(shí)現(xiàn)正、反作用。圖5-24電-氣閥門定位器1—力矩馬達(dá)；2—主杠桿；3—平衡彈簧；4—反饋凸輪支點(diǎn)；5—反饋凸輪；6—副杠桿；7—副杠桿支點(diǎn)；8—薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)；9—反饋桿；10—滾輪；11—反饋彈簧；12—調(diào)零彈簧；13—擋板；14—噴嘴；15—主杠桿支點(diǎn)一、數(shù)字閥

數(shù)字閥是一種位式的數(shù)字執(zhí)行器，由一系列并聯(lián)安裝而且按二進(jìn)制排列的閥門所組成。組成流孔閥體執(zhí)行機(jī)