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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第,4,章 執(zhí)行器和防爆柵,在自動控制系統(tǒng)中，接受調(diào)節(jié)器的指令；,經(jīng)執(zhí)行機構將其轉(zhuǎn)換為相應的角位移或直線位移；,經(jīng)操縱調(diào)節(jié)機構，改變被控對象進、出的能量或物料；,0,、概述,1.,作用,安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，直接與介質(zhì)接觸；,通常在高溫、高壓、高粘度、強腐蝕、易結晶、易燃易爆、劇毒等場合下工作；,2.組成,（驅(qū)動）,（閥芯）,3.類型,分為三大類：,以壓縮空氣為能源的氣動執(zhí)行器（即氣動調(diào)節(jié)閥），氣動執(zhí)行器的輸入信號為20100,kPa,；,以電為能源的電動執(zhí)行器（即電動調(diào)節(jié)閥），電動執(zhí)行器的輸入信號為420,mA

2、,DC；,以高壓液體為能源的液動執(zhí)行器（即液動調(diào)節(jié)閥）。,氣動執(zhí)行器,執(zhí)行機構由膜片、推桿和平衡彈簧等部分組成,；,接受調(diào)節(jié)器或電,-,氣閥門定位器輸出的氣壓信號，經(jīng)膜片轉(zhuǎn)換成推力，使推桿（閥桿）產(chǎn)生位移，同時帶動閥心動作；,氣動執(zhí)行器的執(zhí)行機構可看成一階慣性環(huán)節(jié)（而電動執(zhí)行器可看成比例環(huán)節(jié)）。,(一)、氣動薄膜執(zhí)行機構,1、組成：,由膜片、推桿、彈簧等組成。,2、作用方式,正作用控制氣壓增加時，其開度增加。,反作用-控制氣壓增加時，其開度減小。,二、控制閥的流量特性,理想(固有)流量特性-假定閥前后差壓不變。,工作(實際)流量特性.,調(diào)節(jié)閥,局部阻力可變的節(jié)流元件；,通過改變閥芯的行程可以改

3、變調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)，達到控制流量的目的。,調(diào)節(jié)閥的流量特性,指介質(zhì)流過閥門的相對流量與相對開度之間的關系,q,v,/,q,vmax,相對流量，即調(diào)節(jié)閥某一開度流量與全開流量之比；,l/L,相對開度，即調(diào)節(jié)閥某一開度行程與全行程之比。,理想流量特性,調(diào)節(jié)閥前后壓差不變時，得到的流量特性；,流量特性完全取決于閥芯的形狀；,理想流量特性有：,直線,對數(shù),拋物線,快開,1、直線流量特性,(1)、定義：控制閥的相對流量與相對開度成直線關系，即,2、其他流量特性,對數(shù)特性：小流量時，控制作用平緩；大流量時，控制作用靈敏有效，克服了直流特性的不足。,快開特性：適于要求快速開、閉的控制系統(tǒng)。,直線流量特性特點

4、,閥心相對開度變化所引起的流量變化是相等的,流量相對變化量（流量變化量與原有流量之比）是不同的：,在小開度時，流量相對變化量大；,在大開度時，其流量相對變化最小。,直線流量特性調(diào)節(jié)閥在小開度時，控制作用強，易引起振蕩；在大開度時，控制作用弱，控制緩慢。,對數(shù)（等百分比）流量特性,其數(shù)學表達式,行程變化相同的百分數(shù)，流量在原來基礎上變化的相對百分數(shù)是相等的，即具有等百分比流量特性。,對數(shù)（等百分比）流量特性特點：,調(diào)節(jié)閥在小開度時，控制緩和平穩(wěn),調(diào)節(jié)閥在大開度時，控制及時有效。,工作流量特性,實際應用時，調(diào)節(jié)閥兩端的壓差是變化的，此時調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對開度之間的關系稱為工作流量特性。,為衡量

5、調(diào)節(jié)閥實際工作流量特性相對于理想流量特性的變化程度，用阻力比系數(shù),S,來表示：,閥,全開時閥前后的最小壓差,S=1,時，即管道壓力為0，閥前后的壓差始終等于總壓力。,串聯(lián)管道，流量特性發(fā)生兩個變化,一是調(diào)節(jié)閥全開時流量減小，即調(diào)節(jié)閥可調(diào)范圍變??；,另一個是流量特性曲線向上拱，理想直線特性變成快開特性。,S,值越小，畸變越嚴重。,實際中，很多對象的放大倍數(shù)是隨負荷加大而減小，這時如能選用放大倍數(shù)隨負荷加大而增加的調(diào)節(jié)閥，便能使得兩者互相補償。,2、流量方程,當口徑,A和差壓(P1-P2)一定時，流量Q僅隨阻尼,的變化而變 化。改變閥門的開啟程度，可改變流通阻力而控制介質(zhì)流量,。,3、調(diào)節(jié)原理,若

6、,面積,A,的單位取,cm,2,，,壓差,P,的單位取,kPa,，,密度,的單位取,kg/m,3,，,則上式為：,（,通常做為調(diào)節(jié)閥的結構參數(shù)，閥門前后壓差為100,kPa,，,流體密度為1000,kg/m,3,的條件下，閥門全開每小時能通過的流體體積）,調(diào)節(jié)閥的空化及其避免,閃蒸：,流體流經(jīng)節(jié)流件（閥芯）時，在節(jié)流件后某處靜壓下降到最低，當靜壓力下降到甚至低于該液體所在工況下的飽和蒸汽壓時，部分液體就會汽化成氣體，形成汽液混合的兩相流體。,空化：,閃蒸發(fā)生后，隨著流體的流動，其靜壓力又要上升。當靜壓力回升到該液體所在工況下的飽和蒸汽壓以上時，閃蒸形成的氣泡會破裂重新轉(zhuǎn)化為液體，這種氣泡形成和

7、破裂的過程稱為空化。,避免空化和汽蝕的方法,主要從壓差的選擇、材料、結構上考慮。,最根本的方法是使調(diào)節(jié)閥前后壓差不大于最大允許壓差：,可采用多級閥芯的高壓調(diào)節(jié)閥；,用兩個以上的調(diào)節(jié)閥相串聯(lián)。,選擇調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關形式,所謂氣開式，即當信號壓力增加時，閥門開大；氣關式則相反，即信號壓力增加時，閥門關小。,考慮事故狀態(tài)時人身、工藝設備的安全；,考慮在事故狀態(tài)下減少經(jīng)濟損失，保證產(chǎn)品質(zhì)量。,4.1.2,電氣轉(zhuǎn)換器,出于氣動執(zhí)行器的安全性和大功率特性，很多電動調(diào)節(jié)器也使用氣動執(zhí)行器。因此，必須設置電氣轉(zhuǎn)換器將,4,20mA,標準電信號轉(zhuǎn)換為,20,100kPa,的標準氣壓信號。,相當于力平衡式壓力變

8、送器的反向運用,電動調(diào)節(jié)器送來的電流,I,流入線圈（該線圈在永久磁鐵的氣隙中），當電流大時，線圈與磁鐵的吸力增大，使得杠杠作逆時針轉(zhuǎn)動，帶動擋板靠近噴嘴，改變擋板與噴嘴之間的間隙，進而改變輸出氣壓?？梢詫崿F(xiàn),P,與,I,之間的正比關系。,擋板機構在轉(zhuǎn)換過程中相當關鍵，它可以將擋板對于噴嘴的微小位移靈敏地變換為氣壓信號。,噴嘴擋板機構工作原理,恒節(jié)流孔：細長的氣體通道，成為一個固定的氣阻,噴嘴擋板：可變氣阻，,背壓室：,組成：,噴嘴擋板氣隙的幾個絲米（百分之幾毫米）的位移，可以使得,P,的壓力產(chǎn)生滿幅度變化。,4.1.3閥門定位器,如圖的氣動執(zhí)行器，由于填料的摩擦和閥心受到的作用力，會影響定位精

9、度。從而引入閥門定位器。,虛線方框部分，可以認為是一個氣動功率放大器，其放大倍數(shù)很高，且輸出功率大。,電氣閥門定位器；,實際上是將電氣轉(zhuǎn)換器與氣動閥門定位器的結合。,電氣閥門定位器的力線圈，是一個高儲能的危險元件，常需用環(huán)氧樹脂固封，并接上防爆電路。,4.1.4電動執(zhí)行器,執(zhí)行機構采用電動機帶減速器，而調(diào)節(jié)閥部分仍然與氣動執(zhí)行器相同。,帶,傍磁制動機構的兩相伺服電機,普通伺服電機在斷電后會按慣性繼續(xù)“惰走”。,4.2,防爆柵,又,稱,安全保持器，是一種對送往現(xiàn)場的電壓和電流進行嚴格控制的單元，它接在現(xiàn)場儀表與控制室之間。可以保證在短路、開路等各種情況下，進入現(xiàn)場的電功率在安全的范圍之內(nèi)，可能發(fā)

10、生的火花都在爆炸氣體的點火能量之下。,它,屬于本質(zhì)安全型，其安全性高于結構防爆。,使用安全火花防爆儀表，且現(xiàn)場儀表和非危險場所之間的電路通過防爆柵連接就可以構建安全火花防爆系統(tǒng)。,4.2.2 安全火花防爆的等級,1.爆炸性混合物根據(jù)其引爆電流分為三個等級,級：引爆電流120,mA,甲烷、汽油、乙醇、一氧化碳,級：70,mA,引爆電流,120,mA,乙烯、乙醚,級：引爆電流70,mA,，,氫、乙炔、市用煤氣,2.安全火花防爆儀表也相應分為3級。,3.根據(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）,4.2.3,防爆柵的基本工作原理,1.,齊

11、納式防爆柵,當,Vi,在,24V,以內(nèi)時，,VD1,和,VD2,不反向?qū)ǎ划?Vi,超過,24V,時，齊納管導通，,F,熔斷。同時,R1,和,R2,起到限流作用。,缺點：,1,、,R1,和,R2,在正常工作時，存在壓降損耗；,2,、兩點接地容易引入干擾。,2.改進型齊納防爆柵,VT1、VT2、VT3,構成晶體管限流電路。正常工作時，,VT3,向,VT1,提供基極電流，使得,VT1,飽和；當電流超過正常范圍時，,R1,上電壓超過0.6,V，VT2,導通，分流,VT1,基極電流，,VT1,退出飽和。,Vi,電壓超過限壓范圍時，齊納管導通；正常工作時，電路沒有直接接地。,4.2.4 隔離式防爆柵,

12、以,變壓器為隔離元件，將輸入、輸出和電源進行隔離，以防止危險能量竄入。分為：檢測端防爆柵和執(zhí)行端防爆柵。,簡化原理圖,限壓限流電路原理,正常工作時，,VT3,不導通，,VT4,飽和。,過,電壓時，齊納管導通，使得,VT3,導通，對,VT4,基極電流分流，,VT4,趨于截止；,過電流時，,R6,上電壓加大，當,R5,和,R6,上電壓超過0.6,V,時，,VT3,開始導通，,VT4,退出飽和。,限壓限流特性曲線,調(diào)制、解調(diào)部分工作原理,VD9、VD10、VD13、VD14,構成全波整流，將420,mA,直流信號交替送入變壓器,T2,的上下部分，耦合到其次級；,VT7、VT8,復合管和,VT9、VT10,復合管此處構成了兩個共基極放大電路，對電流進行放大。,2.執(zhí)行端防爆柵,