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了解執(zhí)行器的種類、特點及正反作用方式 掌握氣動執(zhí)行機構的結構及工作原理 理解電動執(zhí)行機構的組成及各部分作用 了解控制閥的結構及特點 理解控制閥的流量系數(shù)、可調比和流量特性的概念 了解閥門定位器的作用及使用場合 掌握控制閥的選用原則,能夠應用控制閥的選用原則正確選用控制閥 能夠對執(zhí)行器進行正確的調校 能夠正確的安裝執(zhí)行器 能夠處理執(zhí)行器在使用、維護中的問題,第4章 執(zhí)行器,知識目標,技能目標,4.1 概述,4.4 閥門定位器,4.2 執(zhí)行機構,4.3 調節(jié)機構,第4章 執(zhí)行器,4.7 執(zhí)行器的安裝與維護,4.5 執(zhí)行器的選擇,4.6 氣動薄膜控制閥性能測試,4.1 概述：,,,,一、執(zhí)行器的結構組成 組成： 執(zhí)行機構 調節(jié)機構 二、執(zhí)行器的分類,氣動執(zhí)行器 Pλ→L→Q 按能源分： 電動執(zhí)行器 Ii→L→Q 液動執(zhí)行器,,直行程 角行程,,三種執(zhí)行器的特點比較,,電動執(zhí)行器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,氣動執(zhí)行器,4.2 執(zhí)行機構,,,,1. 特點 它是以140kP的壓縮空氣為能源，以20 ~ 100kP氣壓信號為輸入控制信號； 具有結構簡單、動作可靠、性能穩(wěn)定、輸出推力大、維修方便、本質安全防暴和價格低廉等特點。 2.構成原理,,（一）結構組成： 執(zhí)行機構 Pλ →L → Q 調節(jié)機構,一、氣動執(zhí)行器,氣動薄膜控制閥,外形,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,反裝閥,,,,氣開式 執(zhí)行器,正作用執(zhí)行機構,P入,正作用式 氣動薄膜 控制閥,閥芯的正裝與反裝形成氣開、氣關,正裝,反裝,反作用式氣動薄膜控制閥,結構 原理,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,氣關式 控制閥,,,,,,O型環(huán),氣開式 執(zhí)行器,反作用執(zhí) 行機構,P入,四種組合,氣關式,氣關式,氣開式,氣開式,反裝閥,反裝閥,正裝閥,正裝閥,P入,P入,P入,P入,Q,Q,Q,Q,Q,氣動活塞式執(zhí)行機構按其作用方式可分成比例式和兩位式兩種。 比例式是指輸入信號壓力與推桿的行程成比例關系，這時它必須與閥門定位器配用。 兩位式是根據(jù)輸入執(zhí)行機構活塞兩側的操作壓力差來完成的?；钊筛邏簜韧葡虻蛪簜?，就使推桿由一個極端位置推移至另一個極端位置。,氣動活塞式執(zhí)行機構,二、電動執(zhí)行器,電動執(zhí)行機構由伺服放大器和執(zhí)行機構兩部分組成。執(zhí)行機構又包括兩相伺服電動機、減速器和位置發(fā)送器,伺服放大器：前置磁放大器、觸發(fā)器，可控硅主回路及電源等部分。 作用：綜合輸入信號和反饋信號，并將該結果信號加以放大，使之有足夠大的功率來控制伺服電動機的轉動。 根據(jù)綜合后結果信號的極性，放大器應輸出相應極性的信號，以控制電動機的正、反運轉。,1.伺服放大器,操作器：是用來完成手動自動之間的切換、遠方操作和自動跟蹤無擾動切換等任務,2.執(zhí)行機構,伺服電機：是執(zhí)行機構的動力部分,減速器 ：將高轉速、低轉矩變成低轉速、高轉矩,位置發(fā)送器：根據(jù)差動變壓器的工作原理，利用輸出軸的位移來改變鐵芯在差動線圈中的位置，以產生反饋信號和位置信號。,一、控制閥的結構特點,直通,4.3 調節(jié)機構,角形,三通控制閥：合流；分流,碟閥,角行程式閥芯,凸輪撓曲閥,蝶閥,球閥,1、控制閥的節(jié)流原理,二、控制閥的流量系數(shù),2、閥門的流量系數(shù)C的定義,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,P入,Q,,,Q,P1,P2,ρ,流量方程： 實用流量方程：,,,,,C稱為流量系數(shù)，在控制閥中又稱為為閥的流通能力。 流通能力C被定義為：當控制閥全開時，閥前后壓差ΔP為0.1Mpa、流體重度為1g/cm3時，每小時通過控制閥流體的流量數(shù)。 控制閥的尺寸通常用公稱直徑Dg和閥座直徑dg來表示。主要依據(jù)是計算出流通能力C來進行選擇 。,二、控制閥的流量系數(shù),三、控制閥的可調比,控制閥的可調比就是控制閥所能控制的最大流量與最小流量之比?？烧{比也稱為可調范圍，用R表示。,1.理想可調比 當控制閥上壓差一定時，這時的可調比稱為理想可調比。 2.實際可調比 控制閥在實際工作時，與管路系統(tǒng)相串聯(lián)或與旁路閥相并聯(lián)，此時的可調比就稱為實際可調比。,(1)串聯(lián)管道時的可調比,ΔPmax為控制閥全關時閥前后的壓差（近似等于系統(tǒng)的總壓差）； ΔPmin為控制閥全開時閥前后的壓差； S為控制閥全開時閥前后壓差與系統(tǒng)總壓差之比,(2)并聯(lián)管道時的可調比,四、控制閥的流量特性,,式中： 相對流量，即某一開度的流量與全開流量之比 相對開度，即某一開度下的行程與全行程之比,1.理想流量特性,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2.工作流量特性,在實際使用時，控制閥安裝在管道上，與其它設備串聯(lián)，或者與旁路管道并聯(lián)，因而控制閥前后的壓差是變化的。此時，控制閥的相對流量與閥芯相對開度之間的關系稱為工作流量特性。,串聯(lián)管道的工作流量特性,并聯(lián)管道的工作流量特性,圖中S′為閥全開時的工作流量與總管最大流量之比。 根據(jù)實際經(jīng)驗，S′的值不能低于0.8,4.4 閥門定位器,提高閥桿位置的線性度，克服閥桿的摩擦力，消除被控介 質壓力變化與高壓差對閥位的影響； 增加執(zhí)行機構的動作速度，改善控制系統(tǒng)的動態(tài)特性； 可用20～100kPa的標準信號壓力去操作40～200kPa的非標準 號壓力的氣動執(zhí)行機構； 可實現(xiàn)分程控制，用一臺控制儀表去操作兩臺控制閥 ； 可實現(xiàn)反作用動作； 可修正控制閥的流量特性； 可使活塞執(zhí)行機構和長行程執(zhí)行機構的兩位式動作變?yōu)楸壤?式動作； 采用電/氣閥門定位器后，可用4～20mADC電流信號去操作氣 動執(zhí)行機構，一臺電/氣閥門定位器具有電/氣轉換器和氣動閥 門定位器的雙重作用。,用途：,一、氣動閥門定位器,氣動閥門定位器接受由氣動控制器或電/氣轉換器轉換的控制器的輸出信號，然后產生和控制器輸出信號成比例的氣壓信號，用以控制氣動執(zhí)行器。,1-波紋管 2-主杠桿 3-遷移彈簧 4-凸輪支點 5-凸輪 6-副杠桿7-支點 8-執(zhí)行機構 9-反饋桿 10-滾輪 11-反饋彈簧 12-調零彈簧 13-擋板 14-噴嘴 15主杠桿支點 16-放大器,閥門定位器與氣動執(zhí)行器連接,力矩平衡式氣動閥門定位器,二、電/氣閥門定位器,電/氣閥門定位器實際上是電氣轉換器和閥門定位器的組合。,先看電氣轉換器的動作原理,二、電/氣閥門定位器,電/氣閥門定位器將來自控制器或其它單元的4～20mADC電流信號轉換成氣壓信號去驅動執(zhí)行機構。同時，從閥桿的位移取得反饋信號，構成具有閥位負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，因而不僅改善了執(zhí)行器的靜態(tài)特性，使輸入電流與閥桿位移之間保持良好的線性關系；而且改善了氣動執(zhí)行器的動態(tài)特性，使閥桿的移動速度加快，減少了信號的傳遞滯后。,1噴嘴 2 擋板 3 杠桿 4 調零彈簧 5 永久磁鋼 6、7 線圈 8 反饋彈簧 9 夾子 10 拉桿 11 固定螺釘 12 放大器 13 反饋軸 14反饋壓板 15 調量程支點 16 反饋機體,4.5 執(zhí)行器的選擇,執(zhí)行器的選擇應從四方面來考慮： 控制閥結構型式及材料的選擇 控制閥口徑的選擇 控制閥氣開、氣關形式的選擇 控制閥流量特性的選擇,一、執(zhí)行器結構形式選擇,首先應根據(jù)生產工藝要求選擇控制閥的結構型式，然后再選擇執(zhí)行機構的結構型式。 控制閥結構形式的選擇要根據(jù)控制介質的工藝條件，如壓力、流量等和被控介質的流體特性等進行全面考慮。,,電動執(zhí)行器,氣動執(zhí)行器,1、執(zhí)行機構的選擇,依據(jù)：各種控制閥結構類型及特點,2、氣開氣關的選擇原則,氣關式,氣開式,P入,P入,Q,Q,,,,,控制閥的流通形式不同,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3、控制閥的結構種類的選擇,,,,,直通單座閥,單座角形閥,3、控制閥的結構種類的選擇,直通雙座閥,蝶閥,三通： 合流 分流,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3、控制閥的結構種類的選擇,執(zhí)行機構的靜態(tài)特性和動態(tài)特性,執(zhí)行器結構形式選擇,執(zhí)行機構結構型式的選擇一般要考慮下列因素：,執(zhí)行機構的輸出動作規(guī)律,執(zhí)行機構的輸出動作方式和行程,當采用氣動儀表時，應選用氣動執(zhí)行機構。,執(zhí)行器分氣開式和氣關式兩種。一般根據(jù)生產上安全要求選擇。如果供氣系統(tǒng)發(fā)生故障時，控制閥處于全開位置造成的危害較小，則選用氣關式，反之選用氣開式。,執(zhí)行器結構形式選擇,根據(jù)各種執(zhí)行機構的特點，一般按下列原則進行選擇：,控制信號為連續(xù)模擬量時，選用比例式執(zhí)行機構，而控制信號為斷續(xù)（開/關）形式時，應選擇積分式執(zhí)行機構。,當系統(tǒng)中要求程序控制時，可選用能接受斷續(xù)信號的電動執(zhí)行機構。,對于具有爆炸危險或環(huán)境條件比較惡劣的場所，可選用氣動執(zhí)行機構。,二、 控制閥的流量特性選擇,控制閥的流量特性，在生產中常用的是直線、等百分比和快開三種。而快開特性主要用于兩位式控制及程序控制中，因此，在考慮控制閥流量特性選擇時通常是指如何合理選擇直線和等百分比流量特性。,控制閥流量特性的選擇目前較多采用經(jīng)驗法。 一般可以從下面的幾個方面來考慮： 根據(jù)過程特性選擇 根據(jù)配管情況選擇 根據(jù)負荷變化情況選擇,三、控制閥口徑的確定,控制閥口徑的選擇需經(jīng)以下幾個步驟： 計算流量的確定 計算壓差的確定 流通能力的計算 流通能力C 值的選用 控制閥開度驗算 控制閥實際可調比的驗算 控制閥口徑的確定,控制閥口徑的大小決定于流通能力C,4.6 氣動薄膜控制閥性能測試,,,一、氣動薄膜控制閥主要性能指標,二、性能測試方法,1.非線性偏差 測試裝置如圖,2.正反行程變差 測試裝置與方法：和非線性偏差的測試裝置與方法相同。 要求：同一信號壓力值下的閥桿正反位移值的最大差值，不應超過表中所列指標。 3.靈敏限 測試裝置：和非線性偏差的測試裝置相同。 要求：所需要的信號壓力變化值不得超過表中所列指標,1—定值器；2—壓力表；3—百分表,4.流通能力 測試裝置如圖所示，與一般流量校驗裝置相似。,5.流量特性 測試裝置如流通能力測試圖所示 測試方法：按流通能力的測試方法進行，分別測取相對開度為5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%時的相對應流通能力，即由此得到控制閥的實測流量特性。 要求：實測流量特性與理論流量特性最大偏差不應超過表中所列指標。,6.允許泄漏 在薄膜氣室中輸入規(guī)定的氣壓，使閥關閉，并將室溫的水以規(guī)定的壓力按流開方向輸入閥中，測量閥另一端流出的泄漏量。允許的泄漏量不能超過表中所規(guī)定的數(shù)值。,1—高位槽；2—壓力表；3—定值器；4—計量槽,4.7 執(zhí)行器的安裝與維護,執(zhí)行器最好是正立垂直安裝于水平管道上。 執(zhí)行器應安裝在靠近地面或樓板的地方，在其上、下方應留有足夠的間隙。 選擇執(zhí)行器的安裝位置時，應采取其前后有不小于10D（D為管道直徑）的直管段。,執(zhí)行器應安裝在便于調整、檢查和拆卸的地方。在保證安全生產的同時也應該考慮節(jié)約投資、整齊美觀。這里介紹一些安裝的原則。,一、執(zhí)行器的安裝,控制閥安裝在管道上時，閥體上的箭頭方向與管道中流體流動方向應相同。如果控制閥的口徑與管道的管徑不同時，兩者之間應加一個漸縮管來連接。 為防止執(zhí)行機構的薄膜老化，執(zhí)行器應盡量安裝在遠離高溫、振動、有毒、及腐蝕嚴重的場地。,當生產現(xiàn)場有檢測儀表時，控制閥應盡量與其靠近，以利于調整。外要注意工藝過程對控制閥位置的要求。 為了安全起見，控制閥應加旁通管路，并裝有切斷閥及旁路閥。以便在控制閥發(fā)生故障或維修時，通過旁路使生產過程繼續(xù)進行。,一、執(zhí)行器的安裝,旁路組合的形式較多，現(xiàn)舉常用的四種方案如圖所示。,(a)是過去習慣采用的方案，旁路可以自動放空，但由于兩個切斷閥與控制閥在一根管線上，難于拆卸、安裝，且所占空間大。 (b)這種方案比較好，布置緊湊，占地面積小，便于拆卸。 (c)這種形式也比較好，便于拆卸，但占地面積比(b)大一些。 (d)這種方案只適用于小口徑控制閥，否則執(zhí)行器安裝位置高，拆裝不便。,,一、執(zhí)行器的安裝,二、 執(zhí)行器的維護,閥體內壁 閥座 閥芯 膜片和“O”形密封 密封填料,執(zhí)行器的正常工作與維護檢修有很大關系。日常維護工作主要是觀察閥的工作狀態(tài)，使填料密封部分保持良好的潤滑狀態(tài)。定期檢修能夠及時發(fā)現(xiàn)問題并更換零件。維護檢修時重點檢查的部位是：,本章小結,執(zhí)行器按能源形式分有氣動執(zhí)行器、電動執(zhí)行器和液動執(zhí)行器三大類。 執(zhí)行器由執(zhí)行機構和調節(jié)機構兩個部分組成，各類執(zhí)行器調節(jié)機構的種類和構造大致相同，主要是執(zhí)行機構不同。 執(zhí)行機構是執(zhí)行器的推動裝置，它根據(jù)控制信號的大小，產生相應的推力，推動調節(jié)機構動作。 氣動執(zhí)行機構常用的有薄膜執(zhí)行機構和活塞執(zhí)行機構。電動執(zhí)行機構由伺服放大器和執(zhí)行機構兩部分組成。,調節(jié)閥是執(zhí)行器的調節(jié)部分，在執(zhí)行機構推力的作用下，調節(jié)閥通過閥芯行程的改變，也就是改變閥門的開度，直接調節(jié)流體的流量。 閥門定位器是執(zhí)行器的一種輔助儀表，它與執(zhí)行器配套使用。 執(zhí)行器在控制系統(tǒng)中處于重要的地位，使用時主要考慮結構形式的選擇、流量特性的選擇和口徑的選擇等問題。 氣動執(zhí)行器有始點偏差、終點偏差、非線性偏差、正反行程變差、靈敏限、全行程偏差、流通能力誤差、流量特性誤差、薄膜氣室或汽缸的氣密性、調節(jié)閥的密封性、閥座關閉時允許的泄漏量等技術性能指標。,1.執(zhí)行器在過程控制中起什么作用？常用的電動執(zhí)行器與氣動執(zhí)行器有何特點？ 2.執(zhí)行器由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？ 3.簡述電動執(zhí)行器的構成原理，伺服電機的轉向和位置與輸入信號有什么關系？ 4.伺服放大器是如何控制電機的正反轉？ 5.確定控制閥的氣開、氣關作用方式有哪些原則？試舉例說明。 6.直通單、雙座控制閥有何特點，適用于哪些場合？ 7.什么是控制閥的可調比？串聯(lián)或并聯(lián)管道時會使實際可調比若何變化？ 8.什么是控制閥的流通能力？確定流通能力的目的是什么？ 9.什么是控制閥的流量特性？什么是控制閥的理想流量特性和工作流量特性？為什么說流量特性的選擇是非常重要的？ 10.為什么要使用閥門定位器？它的作用是什么？,思考與練習題,謝謝大家！,再見！,