過控第四章執(zhí)行機構(gòu)資料教學(xué)內(nèi)容

1、過控第四章執(zhí)行機構(gòu)資料4.1 執(zhí)行器的工作原理與分類-組成按使用能源分電動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器輸入0-10mADC或4-20mADC電流信號。方便、信號傳輸速度快、傳輸距離遠; 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安全防爆性能差、推力小、價格貴，適用于防爆要求不高及缺乏氣源的場所 4.1 執(zhí)行器的工作原理與分類-分類液動執(zhí)行器推力大，體積較大，適用于被控制壓力高的場合 輸入0.02-0.1MPa氣壓信號。結(jié)構(gòu)簡單、動作平穩(wěn)可靠、輸出推力大、維護方便、價格便宜、安全防爆系數(shù)高。動作時間長，不適合遠傳（傳輸距離150m），而且不能與數(shù)字設(shè)備直接連接。 按輸出位移形式轉(zhuǎn)角型90（或360） 4.1 執(zhí)行器的工作原理與分類-分類直

2、線型短行程和長行程 按動作規(guī)律開關(guān)型全開和全關(guān)兩種狀態(tài)，如電磁閥 積分型正向等速運動、反向等速運動和停止三種狀態(tài)，實現(xiàn)任意閥門開度的調(diào)節(jié) 比例型輸出位移和輸入信號成比例關(guān)系 電動調(diào)節(jié)閥電動調(diào)節(jié)閥接受來自調(diào)節(jié)器的電接受來自調(diào)節(jié)器的電流信號，閥門開度連續(xù)可調(diào)。流信號，閥門開度連續(xù)可調(diào)。電磁閥電磁閥也接受來自調(diào)節(jié)器的電流也接受來自調(diào)節(jié)器的電流信號，但閥門開度是位式調(diào)節(jié)。信號，但閥門開度是位式調(diào)節(jié)。執(zhí)執(zhí)行行機機構(gòu)構(gòu)常用閥門智能式調(diào)節(jié)閥智能式調(diào)節(jié)閥 隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器也被引入到隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器也被引入到調(diào)節(jié)閥中，出現(xiàn)了智能式調(diào)節(jié)閥。主要功能如下：調(diào)節(jié)閥中，出現(xiàn)了智能式調(diào)節(jié)閥

3、。主要功能如下：1控制及執(zhí)行功能控制及執(zhí)行功能2補償及校正功能補償及校正功能3通信功能通信功能4診斷功能診斷功能5保護功能保護功能 智能電動執(zhí)行機構(gòu)智能電動執(zhí)行機構(gòu)常用閥門接收來自控制器的0-10mA.DC或4-20mA.DC電流信號，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移（輸出力矩）或直線位移（輸出力），去操縱閥門、檔板等調(diào)節(jié)機構(gòu)。 4.2 電動執(zhí)行機構(gòu)-概念角行程以電動機作為動力元件，將輸入的直流電流信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移（0-90），適用于操縱蝶閥、檔板之類的旋轉(zhuǎn)式調(diào)節(jié)閥 直行程將輸入的直流電流信號，通過電動機和減速器，轉(zhuǎn)換為直線位移輸出，適用于操縱單座、雙座、三通等直線式調(diào)節(jié)閥 多轉(zhuǎn)式開啟和關(guān)閉閘閥

4、、截止閥等多轉(zhuǎn)式閥門 4.2 電動執(zhí)行機構(gòu)-工作原理可與控制器配合實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，還可通過操作器實現(xiàn)系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)和手動調(diào)節(jié)的相互切換。當操作器的切換開關(guān)置于手動操作位置時，由正、反操作按鈕直接控制電機的電源，以實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)輸出軸的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。 4.2 電動執(zhí)行機構(gòu)-執(zhí)行機構(gòu)將伺服放大器輸出的電功率轉(zhuǎn)換成機械轉(zhuǎn)矩，并當伺服放大器沒有輸出時，電機能可靠地制動。把伺服電機高轉(zhuǎn)速、小力矩的輸出功率轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機構(gòu)輸出軸的低轉(zhuǎn)速、大力矩的輸出功率，從而推動調(diào)節(jié)機構(gòu)。將執(zhí)行機構(gòu)輸出軸的位移線性地轉(zhuǎn)換成0-10mA.DC或4-20mA.DC反饋信號，并作為位置反饋信號反饋到伺服放大器的輸入端。 兩相電機伺服驅(qū)

5、動電路兩相電機伺服驅(qū)動電路 線圈線圈、 CF例例 a（+）b（-）時）時 觸發(fā)電路觸發(fā)電路1工作工作 SCR1導(dǎo)通導(dǎo)通c、d間短接間短接線圈線圈 電機正轉(zhuǎn)電機正轉(zhuǎn)220V通路通路 90 相移相移4.2 電動執(zhí)行機構(gòu)-執(zhí)行機構(gòu)4.2 電動執(zhí)行機構(gòu)-執(zhí)行機構(gòu) 當鐵芯在中間位置時，因兩副邊繞組的磁路對稱，故感應(yīng)電壓U1=U2，但因兩繞組反向串聯(lián)，所以輸出電壓U0=0； 當鐵芯自中間位置向上移動時，磁路對兩繞組不對稱，故感應(yīng)電壓U1U2，因而輸出電壓U0= U1-U2； 當鐵芯向下移動時，兩繞組中的感應(yīng)電壓U10.3到0.5。 S=1時，為理想流量特性； S0.8： X減小，調(diào)節(jié)閥可調(diào)范圍減小。 X=

6、1時，旁路閥全開，為理想特性曲線；（2）流量特性-并聯(lián)管道的工作流量特性4.4 調(diào)節(jié)機構(gòu)-調(diào)節(jié)閥特性 （2）流量特性-工作流量特性4.4 調(diào)節(jié)機構(gòu)-調(diào)節(jié)閥特性-使理想流量特性發(fā)生畸變，串聯(lián)管道的影響尤為嚴重。-使調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍降低，并聯(lián)管道尤為嚴重。-串聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量減少，并聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量增加。-使調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)減小，即輸入信號變化引起的流量變化減小。串聯(lián)管道時，若調(diào)節(jié)閥處于大開度，則S值降低對放大系數(shù)影響更為嚴重。并聯(lián)管道時，若調(diào)節(jié)閥處于小開度，則X值降低對放大系數(shù)影響更為嚴重。4.5 電-氣轉(zhuǎn)換器目的：控制器輸出通常是電動信號，若執(zhí)行器采用氣動執(zhí)行器，就必須將控制器輸出的標準電

7、流信號轉(zhuǎn)換為0.02-0.1MPa的標準氣壓信號，才能與氣動執(zhí)行器配接。4.5 電-氣轉(zhuǎn)換器4.6 閥門定位器目的： 為防止閥桿引出處泄漏，填料通常壓得很緊，使摩擦力很大； 對具有高黏度等特性的被調(diào)介質(zhì)，會對閥芯的作用力產(chǎn)生影響； 影響執(zhí)行機構(gòu)與輸入信號間定位關(guān)系，使調(diào)節(jié)閥不能準確定位。 4.6 閥門定位器（1）閥門定位器增加執(zhí)行機構(gòu)的輸出功率，克服閥桿與填料之間的摩擦力和介質(zhì)對閥芯產(chǎn)生的不平衡力。 -適于高壓差、大口徑和含有固體懸浮物介質(zhì)或黏性流體場合。（2）減少控制信號的傳遞滯后，加快閥桿的移動速度。（3）提高控制信號與執(zhí)行機構(gòu)輸出位移之間的線性度，保證調(diào)節(jié)閥的準確定位。一般在快速響應(yīng)系統(tǒng)

8、中，采用電氣轉(zhuǎn)換器；在慢速響應(yīng)系統(tǒng)中采用電氣閥門定位器。 4.4 調(diào)節(jié)機構(gòu)-調(diào)節(jié)閥特性（3）調(diào)節(jié)閥口徑-口徑選擇過小，會使流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的介質(zhì)達不到所需要的最大流量。在大干擾情況下，會因介質(zhì)流量不足而失控。-口徑選擇過大，不僅會浪費設(shè)備投資，而且會使調(diào)節(jié)閥處于小開度工作，導(dǎo)致調(diào)節(jié)性能變差，引起系統(tǒng)振蕩，降低閥門壽命。 -調(diào)節(jié)閥的口徑是依據(jù)調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)C確定。 -流通能力C ：表示調(diào)節(jié)閥容量. 為閥全開時，p=0.1Mpa，流體重度為1g/cm3時，每小時通過閥門流體流量m3或kg選用調(diào)節(jié)閥時，一般應(yīng)考慮以下幾個方面。選用調(diào)節(jié)閥時，一般應(yīng)考慮以下幾個方面。1調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)的選擇調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)的選擇 通常根

9、據(jù)工藝條件，如使用溫度、壓力，介通常根據(jù)工藝條件，如使用溫度、壓力，介質(zhì)的物理、化學(xué)特性（如腐蝕性、粘度等），對流質(zhì)的物理、化學(xué)特性（如腐蝕性、粘度等），對流量的控制要求等，來選擇調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式。量的控制要求等，來選擇調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式。 例如，一般介質(zhì)條件選用直通單座閥或直通例如，一般介質(zhì)條件選用直通單座閥或直通雙座閥；高壓介質(zhì)選用高壓閥；強腐蝕介質(zhì)采用隔雙座閥；高壓介質(zhì)選用高壓閥；強腐蝕介質(zhì)采用隔膜閥等。膜閥等。調(diào)節(jié)閥的選擇調(diào)節(jié)閥的選擇4.7 執(zhí)行器選擇4.7 執(zhí)行器選擇-氣動和電動執(zhí)行機構(gòu)選擇。特別對于氣動執(zhí)行機構(gòu)，必須確定氣動執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)作用方式。 -調(diào)節(jié)機構(gòu)選擇要充分考慮流體性

10、質(zhì)（如黏度、腐蝕性、毒性等）、工藝條件（如溫度、壓力、流量等）和系統(tǒng)要求，兼顧經(jīng)濟性和工藝要求。 可靠性驅(qū)動能源價格輸出力防爆性能氣動執(zhí)行機構(gòu)高壓縮氣體，氣源裝置低小好電動執(zhí)行機構(gòu)較低電，方便高大差氣動薄膜三通調(diào)節(jié)閥氣動薄膜三通調(diào)節(jié)閥氣動薄膜精氣動薄膜精小型調(diào)節(jié)閥小型調(diào)節(jié)閥氣動薄膜式隔膜閥氣動薄膜式隔膜閥2氣開式與氣關(guān)式的選擇氣開式與氣關(guān)式的選擇 氣動調(diào)節(jié)閥在氣壓信號中斷后閥門會復(fù)位。氣動調(diào)節(jié)閥在氣壓信號中斷后閥門會復(fù)位。 無壓力信號時閥全開，隨著信號增大，閥門無壓力信號時閥全開，隨著信號增大，閥門逐漸關(guān)小的稱為逐漸關(guān)小的稱為氣關(guān)式。氣關(guān)式。反之，無壓力信號時閥全反之，無壓力信號時閥全閉，隨著

11、信號增大，閥門逐漸開大稱的為閉，隨著信號增大，閥門逐漸開大稱的為氣開式氣開式。 如氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的氣開式與氣關(guān)式：如氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的氣開式與氣關(guān)式：氣關(guān)式氣關(guān)式氣關(guān)式氣關(guān)式氣開式氣開式氣開式氣開式 給水閥給水閥燃氣閥燃氣閥蒸汽蒸汽例如：例如： 選擇蒸汽鍋爐的控選擇蒸汽鍋爐的控制閥門時，為保證失控制閥門時，為保證失控狀態(tài)下鍋爐的安全：狀態(tài)下鍋爐的安全： 給水閥應(yīng)選氣關(guān)式給水閥應(yīng)選氣關(guān)式 燃氣閥應(yīng)選氣開式燃氣閥應(yīng)選氣開式v閥門氣開氣關(guān)式的選擇原則：閥門氣開氣關(guān)式的選擇原則：當控制信號中斷時，閥門的復(fù)位位置能使工藝當控制信號中斷時，閥門的復(fù)位位置能使工藝設(shè)備處于安全狀態(tài)。設(shè)備處于安全狀態(tài)。FC 從保

12、護鍋爐出發(fā)，應(yīng)選用氣閉閥；從保護后續(xù)設(shè)備出發(fā)，應(yīng)選用氣開閥。主要要分清主次矛盾。 生產(chǎn)工藝對控制閥的開閉形式?jīng)]有嚴格的要求開閉開形式可以任選。LC給水蒸汽1）首先從生產(chǎn)安全考慮：供氣、供電中斷，保證 裝置和人身設(shè)備安全。 2）考慮原料及成品動力消耗：如控制精餾塔進料的調(diào)節(jié)閥就采用氣開式，一旦氣源中斷，不再給塔進料，以免造成浪費。3）考慮產(chǎn)品質(zhì)量：如控制精餾塔回流量調(diào)節(jié)閥就采用氣關(guān)式，一旦發(fā)生事故，使全回流，防止不合格產(chǎn)品的蒸出，保證產(chǎn)品質(zhì)量4）考慮介質(zhì)性質(zhì)：調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇調(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

13、范圍內(nèi)盡可能恒定。系統(tǒng)的總放大倍數(shù)在工作范圍內(nèi)盡可能恒定。給定值給定值被控量被控量干擾干擾f 控制器控制器 傳感器傳感器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象+eW c(s)W3(s)W1(s)W2(s)K=K1K2K3Kc有的被控對象的有的被控對象的放大倍數(shù)，在不同的工藝點不同。放大倍數(shù)，在不同的工藝點不同。如熱水加熱器的熱水流量與送風溫度的靜特性如熱水加熱器的熱水流量與送風溫度的靜特性MTT熱水熱水Q/ /maxQ/ Qmax050%50%100%100%K 由圖可見，隨著熱水流量增大，對送風的加熱效由圖可見，隨著熱水流量增大，對送風的加熱效果越來越差。因為熱交換需要時間，熱水很快流走，果越來越差。

14、因為熱交換需要時間，熱水很快流走，不能充分熱交換所致。但若用蒸汽加熱，由于冷凝放不能充分熱交換所致。但若用蒸汽加熱，由于冷凝放熱很快，該特性為直線特性。熱很快，該特性為直線特性。很多對象在工作區(qū)域內(nèi)穩(wěn)態(tài)放大倍數(shù)很多對象在工作區(qū)域內(nèi)穩(wěn)態(tài)放大倍數(shù)K不是常不是常數(shù)，在不同的工藝負荷點，數(shù)，在不同的工藝負荷點，K不相同。因此希望不相同。因此希望調(diào)調(diào)節(jié)閥的流量特性能補償對象的靜特性。節(jié)閥的流量特性能補償對象的靜特性。（1 1）若調(diào)節(jié)對象的靜特性是非線性的，）若調(diào)節(jié)對象的靜特性是非線性的，工藝負荷變工藝負荷變化又大，化又大，用等百分比特性補償。用等百分比特性補償。（3）配配管阻力大、管阻力大、s值低，值低

15、，等等百分比閥會畸變成直線閥。百分比閥會畸變成直線閥。（2）若）若調(diào)節(jié)對象的靜特性是調(diào)節(jié)對象的靜特性是線性的，或線性的，或工藝負荷變化不大，工藝負荷變化不大，用直線閥。用直線閥。4.7 執(zhí)行器選擇-考慮工藝管路情況。先根據(jù)系統(tǒng)的特點確定閥門預(yù)期的工作流量特性，然后再根據(jù)工藝管道情況選擇理想流量特性。配管情況S=0.6-1S=0.3-0.6閥的工作流量特性直線拋物線等百分比直線拋物線等百分比閥的理想流量特性直線拋物線等百分比等百分比直線等百分比一般選取S=0.3-0.5。對于高壓系統(tǒng)，考慮到節(jié)約動力，S可以小于0.3。對于氣體，考慮到阻力損失較小，一般選取S0.5。 4. 調(diào)節(jié)閥口徑的選擇調(diào)節(jié)閥

16、口徑的選擇 為保證工藝的正常進行，必須合理選擇調(diào)節(jié)閥的為保證工藝的正常進行，必須合理選擇調(diào)節(jié)閥的尺寸。如果調(diào)節(jié)閥的口徑選得太大，使閥門經(jīng)常工作尺寸。如果調(diào)節(jié)閥的口徑選得太大，使閥門經(jīng)常工作在小開度位置，造成調(diào)節(jié)質(zhì)量不好。如果口徑選得太在小開度位置，造成調(diào)節(jié)質(zhì)量不好。如果口徑選得太小，閥門完全打開也不能滿足最大流量的需要，就難小，閥門完全打開也不能滿足最大流量的需要，就難以保證生產(chǎn)的正常進行。以保證生產(chǎn)的正常進行。 調(diào)節(jié)閥的口徑?jīng)Q定了調(diào)調(diào)節(jié)閥的口徑?jīng)Q定了調(diào)節(jié)閥的流通能力。節(jié)閥的流通能力。 調(diào)節(jié)閥的流通能力用流調(diào)節(jié)閥的流通能力用流量系數(shù)量系數(shù)C值表示。值表示。流量系數(shù)流量系數(shù)C的定義：的定義：在閥

17、兩端壓差在閥兩端壓差100kPa，流體為水（，流體為水（103Kgm3）的條件下，閥門全開時每小時能通過調(diào)節(jié)閥的流體流的條件下，閥門全開時每小時能通過調(diào)節(jié)閥的流體流量（量（m3 /h）。）。例如，某一閥門全開、閥兩端壓差為例如，某一閥門全開、閥兩端壓差為100kPa時，時，流經(jīng)閥的水流量為流經(jīng)閥的水流量為20 m3 /h，則該調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)，則該調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)為：為：C=20。 在調(diào)節(jié)閥技術(shù)手冊上，在調(diào)節(jié)閥技術(shù)手冊上，給出了各種閥門的口徑和流給出了各種閥門的口徑和流通能力通能力 C ，供用戶查閱。，供用戶查閱。CDg 將流量系數(shù)的定義條件代入基本流量公式：將流量系數(shù)的定義條件代入基本流量公

18、式：0022CA100A100010 實際應(yīng)用中閥門兩端壓差不一定是實際應(yīng)用中閥門兩端壓差不一定是100kPa，流，流經(jīng)閥門的流體也不一定是水，因此必須換算。經(jīng)閥門的流體也不一定是水，因此必須換算。02APQ（1）液體）液體流量系數(shù)流量系數(shù)C值值的計算的計算 根據(jù)基本流量公式根據(jù)基本流量公式兩式相除得兩式相除得QDgPCQ10 P （2）氣體、蒸汽）氣體、蒸汽C值的計算值的計算 氣體、蒸汽都具有可壓縮性，其氣體、蒸汽都具有可壓縮性，其C值的計算必須值的計算必須考慮氣體的可壓縮性和二相流問題，計算時進行相考慮氣體的可壓縮性和二相流問題，計算時進行相應(yīng)的修正。應(yīng)的修正。 CkQ10 P 根據(jù)實際的工藝流量和管根據(jù)實際的工藝流量和管道壓力換算出道壓力換算出C值后，查閥門值后，查閥門手冊確定口徑。手冊確定口徑。QDgP例例 某供暖系統(tǒng)，流過加熱盤管的水流量為某供暖系統(tǒng)，流過加熱盤管的水流量為Q=