第4章執(zhí)行器

1、第四章第四章 執(zhí)行器執(zhí)行器（1）組成：執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)閥組成。1、概述（2）作用：接受調(diào)節(jié)器的輸出信號，將其轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移，從而改變調(diào)節(jié)閥的流通面積、控制流入或流出被控過程的物料或能量，從而實(shí)現(xiàn)對過程參數(shù)的自動控制。（3）分類：根據(jù)使用的能源不同電動、氣動、液動。 氣動執(zhí)行器：結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價(jià)格便宜、維護(hù)方便、防火防爆、應(yīng)用廣泛。 電動執(zhí)行器：能源取用方便、信號傳輸速度快、便于運(yùn)轉(zhuǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格貴、防爆等級不高。 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。 根據(jù)輸出位移形式不同轉(zhuǎn)角型、直線型 。按動作規(guī)律不同開關(guān)型、積分型和比例型。 （二）執(zhí)行器（二）執(zhí)行

2、器2、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)：（2）工作原理：改變調(diào)節(jié)閥的開度。減速器減速伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)放大后控制兩相位置反饋信號來自調(diào)節(jié)器的電流fiII（1）結(jié)構(gòu)框圖：輸入信號與位置反饋信號輸入信號與位置反饋信號進(jìn)行比較，將差值放大。進(jìn)行比較，將差值放大。驅(qū)動驅(qū)動電機(jī)電機(jī)經(jīng)減速輸出，經(jīng)減速輸出，帶動閥門帶動閥門直到位置發(fā)送器檢測到的直到位置發(fā)送器檢測到的位置信號與輸入信號相等位置信號與輸入信號相等時，放大器輸出為零。時，放大器輸出為零。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理方框圖原理方框圖 （二）執(zhí)行器（二）執(zhí)行器（3）電動伺服放大器：兩相電機(jī)伺服驅(qū)動電路兩相電機(jī)伺服驅(qū)動電路 線圈線圈、 CF例例 a（+）b（-）時時 觸發(fā)

3、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(jī)正轉(zhuǎn)電機(jī)正轉(zhuǎn)220V通路通路 90 相移相移（二）執(zhí)行器（二）執(zhí)行器 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 電功率機(jī)械轉(zhuǎn)矩 a伺服電機(jī) 特性:低啟動電流、高啟動轉(zhuǎn)矩b減速器高轉(zhuǎn)速、小力矩的輸出功率低轉(zhuǎn)速、大力矩的輸出功率 （二）執(zhí)行器（二）執(zhí)行器c位置發(fā)送器 通常采用差動變壓器式位移傳感器實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)輸出軸的位移檢測 U1U2U0鐵芯在中間位置 U1=U2 鐵芯自中間位置向上移動 U1U2，U0= U1-U2 鐵芯自中間位置向下移動 U1U2 （二）執(zhí)行器（二）執(zhí)行器3、氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)（2）工作原理：閥芯工作位移（閥桿）氣壓克服彈力膜片 FP（

4、1）結(jié)構(gòu)圖：（3）作用方式：反作用閥桿正作用閥桿PPP2456731氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)1上蓋；2膜片；3平衡彈簧； 4閥桿；5閥體；6閥芯；7閥座 正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)（二）執(zhí)行器（二）執(zhí)行器（4）靜特性：KPAL 彈簧的彈性系數(shù)膜片的有效面積調(diào)節(jié)器輸出壓力KAP（1） 直通單座閥直通單座閥q流體對閥芯的不平流體對閥芯的不平衡作用力大。一般用在小衡作用力大。一般用在小口徑、低壓差的場合?？趶健⒌蛪翰畹膱龊?。q結(jié)構(gòu)簡單、泄漏量小。結(jié)構(gòu)簡單、泄漏量小。直通單座、直通雙座、碟閥、三通閥、隔膜閥、角形閥等。4、 調(diào)節(jié)閥 結(jié)構(gòu)正裝閥正裝閥閥芯下移時，閥芯與閥閥芯下移

5、時，閥芯與閥座間的流通截面積增大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。閥門中的柱式閥芯可以正裝，也可以反裝。 反裝閥反裝閥閥芯下移時，閥芯與閥閥芯下移時，閥芯與閥座間的流通截面積減小座間的流通截面積減?。? 2） 直通雙座閥直通雙座閥 閥體內(nèi)有兩個閥芯和閥座。閥體內(nèi)有兩個閥芯和閥座。q流體流過時，作用在上、下兩個閥芯上的推流體流過時，作用在上、下兩個閥芯上的推力方向相反且大小相近，可以互相抵消，所以不平力方向相反且大小相近，可以互相抵消，所以不平衡力小。衡力小。q但是，由于加工的但是，由于加工的限制，上下兩個閥芯閥限制，上下兩個閥芯閥座不易保證同時密閉，座不易保證同時密閉，

6、因此泄漏量較大。因此泄漏量較大。（3）角形控制閥角形控制閥兩個接管呈直角形，一般為底進(jìn)側(cè)出，這種閥的兩個接管呈直角形，一般為底進(jìn)側(cè)出，這種閥的流路簡單、對流體的阻力較小。流路簡單、對流體的阻力較小。q適用于現(xiàn)場管道適用于現(xiàn)場管道要求直角連接，介質(zhì)要求直角連接，介質(zhì)為高粘度、高壓差和為高粘度、高壓差和含有少量懸浮物和固含有少量懸浮物和固體顆粒狀的場合。體顆粒狀的場合。 （4 4） 三通控制閥三通控制閥 有三個出入口與工藝管道連接。流通方式有合有三個出入口與工藝管道連接。流通方式有合流型（兩種介質(zhì)混合成一路）和分流型（一種介質(zhì)流型（兩種介質(zhì)混合成一路）和分流型（一種介質(zhì)分成兩路）兩種。適用于配比控

7、制與旁路控制。分成兩路）兩種。適用于配比控制與旁路控制。（5）隔膜控制閥隔膜控制閥 采用耐腐蝕材料作采用耐腐蝕材料作隔膜，將閥芯與流體隔隔膜，將閥芯與流體隔開。開。q結(jié)構(gòu)簡單、流阻小、流通能力比同口徑的其他結(jié)構(gòu)簡單、流阻小、流通能力比同口徑的其他種類的閥要大。由于介質(zhì)用隔膜與外界隔離，故無填種類的閥要大。由于介質(zhì)用隔膜與外界隔離，故無填料，介質(zhì)也不會泄漏。料，介質(zhì)也不會泄漏。q耐腐蝕能力強(qiáng)，適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕性耐腐蝕能力強(qiáng)，適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的控制，也能用于高粘度及懸浮顆粒狀介質(zhì)的控介質(zhì)的控制，也能用于高粘度及懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。制。 q適用于大口徑、適用于大口徑、大流量、

8、低壓差的場大流量、低壓差的場合，也可以用于含少合，也可以用于含少量纖維或懸浮顆粒狀量纖維或懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。介質(zhì)的控制。（6）蝶閥蝶閥又名翻板閥。又名翻板閥。結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、流阻極小，但泄漏量大。結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、流阻極小，但泄漏量大。（7） 球閥球閥閥芯與閥體都呈球形體，閥芯內(nèi)開孔。轉(zhuǎn)動閥閥芯與閥體都呈球形體，閥芯內(nèi)開孔。轉(zhuǎn)動閥芯使之與閥體處于不同的相對位置時，就有不同的芯使之與閥體處于不同的相對位置時，就有不同的流通面積。流通面積。q流量變化較快，可起控制和切斷的作用，常用流量變化較快，可起控制和切斷的作用，常用于雙位式控制。于雙位式控制。（8）籠式閥籠式閥閥內(nèi)有一個圓柱形套筒（籠子

9、）。套筒壁上有閥內(nèi)有一個圓柱形套筒（籠子）。套筒壁上有一個或幾個不同形狀的孔（窗口），利用套筒導(dǎo)向，一個或幾個不同形狀的孔（窗口），利用套筒導(dǎo)向，閥芯在套筒內(nèi)上下移動，改變閥的節(jié)流孔面積。閥芯在套筒內(nèi)上下移動，改變閥的節(jié)流孔面積。q可調(diào)比大，不平衡可調(diào)比大，不平衡力小，更換開孔不同的力小，更換開孔不同的套筒，就可得到不同的套筒，就可得到不同的流量特性。但不適于高流量特性。但不適于高粘度或帶有懸浮物的介粘度或帶有懸浮物的介質(zhì)流量控制。質(zhì)流量控制。 調(diào)節(jié)閥特性1氣動執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)形式 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氣關(guān)式： 無壓力信號時調(diào)節(jié)閥全開FO型 氣開式： 無壓力信號時

10、調(diào)節(jié)閥全關(guān)FC型給水閥給水閥燃?xì)忾y燃?xì)忾y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?xì)忾y應(yīng)選氣開式燃?xì)忾y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(dāng)控制信號中斷時，閥門的復(fù)位位置能使工藝當(dāng)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)。 理想流量特性：當(dāng)調(diào)節(jié)閥前后壓差一定的情況下的流量特性。理想流量特性的類型：)(maxLlfQQ 定義：介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門相對開度之間的關(guān)系. 即：2調(diào)節(jié)閥的流量特性 重要概念重要概

11、念：當(dāng)可調(diào)范圍一定時，直線特性的放大系數(shù)為常數(shù)，當(dāng)閥芯位移即相對開度變化相同時，其相對流量變化的增量相同，但在不同的相對開度，其相對流量變化的相對百分比卻不同，如：a）直線流量特性：相對流量與相對開度成直線關(guān)系。CLlKQQmaxRCQQQQl1, 0maxminmin則當(dāng)為可調(diào)范圍其中：minmaxQQR KLldQQd)/()/(maxRCKQQLl111,max則當(dāng)（二）執(zhí)行器（二）執(zhí)行器已知相對開度與相對流量變化如下表（R=30）10090.380.671.061.351.742.032.322.713.03.3直線特性1009080706050403020100 )%(Ll)%max

12、(QQ3 1 42Q/Q100L/Lmaxs=1%11%1006 .806 .803 .9080%19%10051.77 .513 .6150%72%10013137 .22%10開度時：在開度時：在開度時：在 由表可見，當(dāng)相對開度每增加10%時，相對流量增加9.67%。但在不同開度，相對流量增加的相對百分比卻不相同，如：%67. 911maxmaxllRQQ（二）執(zhí)行器（二）執(zhí)行器 可見直線流量特性的調(diào)節(jié)閥在小開度工作時，控制作用強(qiáng)，容易引起超調(diào)，產(chǎn)生振蕩；在大開度工作時，控制作用又太弱，控制作用不及時。b）對數(shù)流量特性 閥桿的相對開度變化所引起的相對流量的變化與該點(diǎn)的相對流量成正比，即：)

13、1(maxmaxmax()/()/(LlvRQQKQQKLldQQd可變化）或已知 相對開度與相對流量變化如下表（R=30）3 1 42（二）執(zhí)行器（二）執(zhí)行器%40%10050.850.8-71.280%40%10018.318.3-25.650%40%10067. 467. 458. 6%10開度時：在開度時：在開度時：在10071.250.836.225.618.313.09.266.584.673.3對數(shù)特性1009080706050403020100 )%(Ll)%(maxQQ 可見，相對流量的變化量與該點(diǎn)的相對流量的相對百分比總是相等的，故又稱為等百分比流量特性。Q/Q100L/L

14、maxs=1（二）執(zhí)行器（二）執(zhí)行器 從控制角度，該流量特性在小開度時，Kv小，控制緩和平穩(wěn)；在大開度時Kv大，控制及時有效。C）快開流量特性：小開度時流量較大，隨開度增大，流量快速達(dá)到最大，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：其輸入-輸出如下頁表所示（R=30）10099.0396.1391.384.575.865.252.638.121.73.3快開特性1009080706050403020100 )%(Ll)%(maxQQ2maxmax1111llRQQD） 拋物線流量特性拋物線流量特性特性曲線為拋物線，介于直線和對數(shù)曲線之間，使用特性曲線為拋物線，介于直線和對數(shù)曲線之間，使用較少。較少。定義：是指閥桿相對

15、開度變化所引起的相對流量變化與該點(diǎn)的相對流量的平方根成正比關(guān)系。 maxmaxmaxddQQKllQQ2maxmax111llRRQQ特點(diǎn)：閥門的相對開度與相對流量之間為拋物線關(guān)系 。3 1 42（二）執(zhí)行器（二）執(zhí)行器工作流量特性：當(dāng)調(diào)節(jié)閥前后的壓差變化時，其流量特性稱為工作流量特性。a）串聯(lián)管道時的工作流量特性vPQ由圖可見：當(dāng)PPGQPV管路及設(shè)備管路及設(shè)備PGPV調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥PP（二）執(zhí)行器（二）執(zhí)行器PPSvmin定義：閥全開時閥前后壓差minvP想流量特性。故工作流量特性即為理時，當(dāng), 01minPPPSvG）。圖下圖（見生變化，其變化情況如時，理想流量特性將產(chǎn)當(dāng)27-4P1451

16、Sv流量特性畸變：流量特性畸變：對數(shù)閥變?yōu)橹本€閥對數(shù)閥變?yōu)橹本€閥 直線閥變?yōu)榭扉_閥直線閥變?yōu)榭扉_閥s q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)閥的流量特性發(fā)生畸變。q串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量可調(diào)范圍降低，最串聯(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。大流量減小。q串聯(lián)管道會使調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)減小，調(diào)節(jié)串聯(lián)管道會使調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)減小，調(diào)節(jié)能力降低，能力降低，s值低于值低于0.3時，調(diào)節(jié)閥能力基本喪失。時，調(diào)節(jié)閥能力基本喪失。（二）執(zhí)行器（二）執(zhí)行器QQSmax1定義：閥全開時流量max1Q想流量特性。理工作流量特性閥關(guān)閉旁路時，當(dāng),1max1QQSb）并聯(lián)管道時的工作流量特性并

17、聯(lián)管道：）。圖右圖（見時，流量特性的變化如當(dāng)29-4P1451SpQQ1Q2（a）直線調(diào)節(jié)閥 （b）等百分比調(diào)節(jié)閥 串聯(lián)、并聯(lián)管道都會使調(diào)節(jié)閥的理想流量特性發(fā)生畸變，串聯(lián)管道的影響尤為嚴(yán)重。串聯(lián)、并聯(lián)管道都會使調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍降低，并聯(lián)管道尤為嚴(yán)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。串聯(lián)、并聯(lián)管道會使調(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(yán)重。并聯(lián)管道時，若調(diào)節(jié)閥處于小開度，則S值降低對放大系數(shù)影響更為嚴(yán)重。結(jié)論：（三）（三）電-氣轉(zhuǎn)換器器（三）電-氣轉(zhuǎn)換器電動調(diào)節(jié)器電-氣轉(zhuǎn)換器氣動執(zhí)行器ImA20

18、4PkPa10020力矩平衡原理 I 吸力吸力Fi 杠桿偏轉(zhuǎn)杠桿偏轉(zhuǎn) 擋板與噴嘴間隙擋板與噴嘴間隙 背壓背壓 放大器輸入放大器輸入 輸出壓力輸出壓力P 杠桿杠桿的反饋力的反饋力Ff 杠桿平衡杠桿平衡 PI工作原理工作原理負(fù)反饋負(fù)反饋磁鐵磁鐵調(diào)零調(diào)零FiFf背壓背壓氣動調(diào)節(jié)閥中，閥桿氣動調(diào)節(jié)閥中，閥桿的位移是由薄膜上氣壓推的位移是由薄膜上氣壓推力與彈簧反作用力平衡確力與彈簧反作用力平衡確定的。定的。為了防止閥桿處的泄為了防止閥桿處的泄漏要壓緊填料，使閥桿摩漏要壓緊填料，使閥桿摩擦力增大，且個體差異較擦力增大，且個體差異較大，這會影響輸入信號大，這會影響輸入信號P P的的執(zhí)行精度。執(zhí)行精度。（四）

19、（四） 閥門定位器閥門定位器 解決措施解決措施 在調(diào)節(jié)閥上加裝在調(diào)節(jié)閥上加裝閥門定位器，引入閥桿閥門定位器，引入閥桿位移負(fù)反饋。使閥桿能位移負(fù)反饋。使閥桿能按輸入信號精確地確定按輸入信號精確地確定自己的開度。自己的開度。補(bǔ)充：智能式電動執(zhí)行器補(bǔ)充：智能式電動執(zhí)行器適應(yīng)現(xiàn)場總線控制的需要特點(diǎn)：具有智能化和高精度的控制功能一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想具有智能化的通信功能具有智能化的自診斷與保護(hù)功能具有靈活的組態(tài)功能（二）執(zhí)行器（二）執(zhí)行器5、執(zhí)行器的選用 執(zhí)行器結(jié)構(gòu)形式 可靠性驅(qū)動能源價(jià)格輸出力防爆性能氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)高壓縮氣體，氣源裝置低小好電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)較低電，方便高大差（2）調(diào)節(jié)閥尺寸的選擇：?；蛄啃r通過閥門的流體流時，每、流體重度為差為調(diào)節(jié)