執(zhí)行器與調(diào)節(jié)閥（上）（2012.5.12）

1、執(zhí)行器與調(diào)節(jié)閥（上）自動(dòng)化公司服務(wù)事業(yè)部藺永強(qiáng)2012.5.12氣動(dòng)薄膜直通單座閥氣動(dòng)薄膜直通雙座閥氣動(dòng)蝶閥氣動(dòng)球閥氣動(dòng)切斷閥電動(dòng)直通單座閥電動(dòng)隔膜閥電動(dòng)三通閥氣動(dòng)薄膜角形閥電磁閥手動(dòng)截止閥對(duì)執(zhí)行器的初步認(rèn)識(shí)一、概 述執(zhí)行器在自控系統(tǒng)中的作用執(zhí)行器是指：閥門(mén)控制閥(連續(xù)的)、開(kāi)關(guān)閥(過(guò)程控制范疇) 電機(jī)連續(xù)的、開(kāi)關(guān)的(屬于流體機(jī)械的范疇，起執(zhí)行器作用)執(zhí)行器是控制系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)。 手執(zhí)行器工作/使用條件惡劣，它也是控制系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)。原因：執(zhí)行器與介質(zhì)直接接觸； (強(qiáng))腐蝕性、(高)粘度、(易)結(jié)晶、高溫、深冷、高壓。執(zhí)行器在自控系統(tǒng)中的作用：接收控制器（計(jì)算機(jī)）輸出的控制信號(hào)，使控制閥

2、的開(kāi)度產(chǎn)生相應(yīng)變化，從而達(dá)到調(diào)節(jié)操作變量的目的。 調(diào)節(jié)閥的定義 調(diào)節(jié)閥又稱控制閥，他是過(guò)程控制系統(tǒng)中用動(dòng)力操作去改變流體流量的裝置。 國(guó)際電工委員會(huì)IEC對(duì)調(diào)節(jié)閥（國(guó)外稱控制閥 Control Valve）的定義為：“工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中由動(dòng)力操作的裝置形成的終端元件，他包括一個(gè)閥部件，內(nèi)部有一個(gè)改變過(guò)程流體流率的組件。閥體部件又與一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連接。執(zhí)行機(jī)構(gòu)用來(lái)響應(yīng)控制元件送來(lái)的信號(hào)”。 可見(jiàn)，調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門(mén)部件兩部分組成。執(zhí)行器的構(gòu)成氣動(dòng)薄膜控制閥的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)1薄膜 2平衡彈簧 3閥桿 4閥芯 5閥體 6閥座PO氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制機(jī)構(gòu) 123456 調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)控制閥閥體執(zhí)行

3、器定位器(附件)標(biāo)準(zhǔn)型單座閥閥座膜片彈簧閥體 閥芯墊片執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制(調(diào)節(jié))機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分構(gòu)成 輔助裝置：閥門(mén)定位器 和 手動(dòng)操作機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制機(jī)構(gòu)POIOF lM流通截面積操縱變量的流量執(zhí)行機(jī)構(gòu)推動(dòng)裝置。根據(jù)控制信號(hào)產(chǎn)生推力(薄膜、活塞、)。 是將信號(hào)的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置。 控制機(jī)構(gòu)控制部分。根據(jù)推力產(chǎn)生位移或轉(zhuǎn)角，改變開(kāi)度。 是將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流過(guò)閥的流量的裝置 。閥門(mén)定位利用反饋原理來(lái)改善執(zhí)行器的性能，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位。手操機(jī)構(gòu)當(dāng)控制系統(tǒng)無(wú)輸出或執(zhí)行機(jī)構(gòu)失靈時(shí)，直接操縱控制閥。 氣動(dòng)執(zhí)行器 分類按使用的能源形式：電動(dòng)執(zhí)行器液動(dòng)執(zhí)行器 氣動(dòng)閥電動(dòng)閥在過(guò)程控制領(lǐng)域應(yīng)用很少按閥

4、門(mén)的輸出：連續(xù)式(0100)開(kāi)關(guān)式(ON/OFF)調(diào)節(jié)閥*切斷閥氣動(dòng)控制閥采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠穩(wěn)定、輸出力大、安裝維修方 便、價(jià)格便宜和防火防爆；缺點(diǎn)：響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，信號(hào)不適于遠(yuǎn)傳； 采用電/氣轉(zhuǎn)換器或電/氣閥門(mén)定位器，使傳送信號(hào)為電信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)操作為氣動(dòng)信號(hào)。氣動(dòng)控制閥電信號(hào)氣信號(hào)電動(dòng)控制閥電動(dòng)控制閥采用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)作較快、能源獲取方便，特別適于 遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳送；缺點(diǎn)：輸出力較小、價(jià)格貴，且一般只適用 于防爆要求不高的場(chǎng)合。直通雙座控制閥直通單座控制閥 籠式（套筒）控制閥 角型控制閥 三通控制閥 高壓控制閥隔膜控制閥波紋管密封控制閥超高壓控制閥小流量控制閥低噪音控制

5、閥直行程式控制機(jī)構(gòu)角 行程式調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 同一類型的氣動(dòng)/電動(dòng)控制閥，分別采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)蝶閥凸輪撓曲控制閥V型球閥O型球閥 分類按使用的控制機(jī)構(gòu)：調(diào)節(jié)閥的分類 最為常用的分類方法既按原理、作用又按結(jié)構(gòu)劃分。一般將調(diào)節(jié)閥分為九個(gè)大類： (1)單座調(diào)節(jié)閥； (2)雙座調(diào)節(jié)閥； (3)套筒調(diào)節(jié)閥； (4)角形調(diào)節(jié)閥； (5)三通調(diào)節(jié)閥； (6)隔膜閥； (7)蝶閥；(8)球閥 (9)偏心旋轉(zhuǎn)閥。 前6種為直行程，后三種為角行程。 這九種產(chǎn)品亦是最基本的產(chǎn)品，也稱為普通產(chǎn)品、基型產(chǎn)品或標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。各種各樣的特殊產(chǎn)品、專用產(chǎn)品都是在這九類產(chǎn)品的基礎(chǔ)上改進(jìn)變型出來(lái)的。其它的劃分方法： 按驅(qū)動(dòng)劃分

6、：電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥 按行程劃分：直行程和角行程單座閥單座型為一體型結(jié)構(gòu)，可減少閥芯截流處的流體泄漏，但流體反作用力較大，需較大的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。套筒閥（單座,雙座）通過(guò)使閥芯上下連通的孔(壓力平衡孔)作用,可減少流體反作用力(實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的小型化)；低噪音,防氣蝕多孔套筒型閥單座型泄漏小,雙座型泄漏大。頂?shù)仔停p座）上下閥芯截流為雙閥座構(gòu)造泄漏量一般比較大。上部閥芯受到的反作用力由下部閥芯受到的反作用力相抵消，故可實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的小型化。 偏心旋轉(zhuǎn)閥閥體中心與閥芯回轉(zhuǎn)中心相互偏離的閥門(mén)；具有較大閥容量；具有直形流道，便于流體流動(dòng)的構(gòu)造。 角 閥角閥：流體將流經(jīng)一個(gè)直角，此閥配合管道形狀使用。由于

7、液體無(wú)滯留現(xiàn)象，故此類閥門(mén)適用于高粘度流體。另外，此閥采用抗流體破壞結(jié)構(gòu)。 三通閥流體通過(guò)3個(gè)進(jìn)出口出入閥體(分流型、合流型) V形調(diào)節(jié)球閥 V型調(diào)節(jié)球閥由于球芯帶有 V型結(jié)構(gòu)，對(duì)閥座具有剪切作用。因此適用于造紙、化工、冶金等工業(yè)企業(yè)中含有纖維或微小固體顆粒的懸濁液介質(zhì)中對(duì)有關(guān)工藝參數(shù)的控制。 隔膜閥 它的啟閉件是一塊用軟質(zhì)材料制成的隔膜，把閥體內(nèi)腔與閥蓋內(nèi)腔及驅(qū)動(dòng)部件隔開(kāi)，故稱隔膜閥蝶閥閥體內(nèi)圓形的蝶板以閥軸為中心旋轉(zhuǎn)的閥門(mén)。蝶閥在所有閥門(mén)中，閥容量最大，但無(wú)法取得較高的工作壓差， 流量特性較差。低溫應(yīng)用 空氣分離機(jī)(液氧及液氫) 特殊閥低溫狀態(tài)下的20LNG閥門(mén)測(cè)試 蒸汽發(fā)電廠中的應(yīng)用角型

8、多段降壓閥門(mén) 5段降壓 提高耐氣蝕性氣蝕（非壓縮性流體）流體流至閥門(mén)頸部時(shí)流速加快,壓力隨之降低流體的飽和蒸汽壓下降，致使流體內(nèi)產(chǎn)生汽泡流體通過(guò)頸部后壓力恢復(fù),汽泡破裂汽泡破裂時(shí)對(duì)閥體產(chǎn)生較大沖擊產(chǎn)生高頻震動(dòng)噪音，造成閥門(mén)腐蝕（磨損） 汽 蝕耐氣蝕降噪材料選擇： 采用鎢鉻鈷合金，陶瓷等高硬度材料。2.改進(jìn)構(gòu)造： 多段減壓構(gòu)造； 多孔構(gòu)造。 多段降壓 (5段)漿液環(huán)境中的應(yīng)用防腐/防磨，小尺寸，陶瓷閥 內(nèi)部閥體/栓體材料: 陶瓷自力式調(diào)節(jié)閥刀型閘閥 調(diào)節(jié)閥的作用4大過(guò)程變量流量，壓力，液位，溫度代表性的過(guò)程控制1.流量控制2.壓力控制3.液面控制4.溫度控制使用流量?jī)x表、溫度儀表、壓力儀表、液位

9、儀表、變送器、分析儀表、調(diào)節(jié)閥等、及DCS例) 壓力控制對(duì)CV提出的要求在控制系統(tǒng)中的控制功能做為壓力容器的功能對(duì)于外界異常輸入的跟蹤功能 緊急狀態(tài)確保一定的閥位置電磁流量計(jì)差壓變送器浮子式液位計(jì)溫度變送器傳感器調(diào)節(jié)閥4大過(guò)程變量液 位壓力變送器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥 控制閥的明天 閥門(mén)本體的技術(shù)已發(fā)展成熟，然而需不斷追求低成本，高可靠性，并滿足節(jié)能，易維修，高安全性等社會(huì)背景的要求。除調(diào)節(jié)閥本身產(chǎn)品滿足社會(huì)性需要外，基于智能化和現(xiàn)場(chǎng)總線化趨勢(shì)，定位器亦不斷變換著外形構(gòu)造。 可傳輸多參數(shù)實(shí)時(shí)信號(hào)實(shí)現(xiàn)在線故障檢測(cè)與儀器老化診斷技術(shù)相結(jié)合可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)分散，獨(dú)立型控制智能調(diào)節(jié)閥H反作用：當(dāng)輸入信號(hào)增大時(shí)，流過(guò)執(zhí)

10、行器的流量減小。 氣動(dòng)控制閥通常稱為氣關(guān)閥。 正作用：當(dāng)輸入信號(hào)增大時(shí)，執(zhí)行器的開(kāi)度增大，即 流過(guò)執(zhí)行器的流量增大。 氣動(dòng)控制閥通常稱為氣開(kāi)閥。執(zhí)行器的作用方式從安全生產(chǎn)的角度來(lái)確定正反作用如果，介質(zhì)是由強(qiáng)腐蝕性的，在生產(chǎn)過(guò)程中不允許溢出，控制閥的作用形式？如果后面的環(huán)節(jié)不允許沒(méi)有物料，控制閥的作用形式？ 根據(jù)控制信號(hào)的大小，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出力F和位移; (直線位移l或角位移） 輸出力F用于克服控制機(jī)構(gòu)中流動(dòng)流體對(duì)閥芯產(chǎn)生 的作用力或作用力矩，以及摩擦力等其他阻力； 位移(l或 )用于帶動(dòng)控制機(jī)構(gòu)閥芯動(dòng)作。二、執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要分為兩大類：薄膜式與活塞式薄膜式與

11、活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)又可分為：有彈簧和無(wú)彈簧兩種 2.1 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 氣源 PO氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)和工作原理氣源PO 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性為一階滯后環(huán)節(jié)。其時(shí)間常數(shù)的大小與薄膜氣室大小及引壓導(dǎo)管長(zhǎng)短粗細(xì)有關(guān)，一般為數(shù)秒到數(shù)十秒之間。 正作用執(zhí)行結(jié)構(gòu)反作用執(zhí)行結(jié)構(gòu)氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)和工作原理 基本部件：活塞和氣缸。 活塞在氣缸內(nèi)隨活塞兩側(cè)壓差而移動(dòng)。 P: 固定+變動(dòng)信號(hào)，或都是變動(dòng)信號(hào)。 輸出特性有比例式及兩位式兩種。 兩位式：根據(jù)輸入壓力P的大小，使推桿 從一個(gè)位置移到另一極端位置。 比例式：在兩位式基礎(chǔ)上加有閥門(mén)定位 器，使推桿位移與信號(hào)壓力成比例關(guān)系。 P1P2構(gòu)成原理 2

12、.2 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)RETURN輸入信號(hào)伺服放大器伺服電機(jī)減速器輸出位置發(fā)生器e供參考控制機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力和輸出位移作用下，調(diào)節(jié)閥芯的運(yùn)動(dòng)，改變了閥芯與閥座之間的流通截面積，即改變了控制閥的阻力系數(shù)，使被控介質(zhì)流體的流量發(fā)生相應(yīng)變化。三、控制機(jī)構(gòu)1執(zhí)行機(jī)構(gòu)2閥桿3閥芯4閥座5閥體6轉(zhuǎn)軸7閥板 主要構(gòu)成：閥體、閥座、閥心、閥桿或轉(zhuǎn)軸控制機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)單導(dǎo)向結(jié)構(gòu)直通單座控制閥：閥體內(nèi)只有一個(gè)閥芯和一個(gè)閥座。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、泄漏量小（甚至可以完全切斷）。允許壓差小（雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的允許壓差較單導(dǎo)向結(jié)構(gòu)大）。 常用控制閥結(jié)構(gòu)示意圖及特點(diǎn)直通單座控制閥雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)它適用于要求泄漏量小，工作

13、壓差較小的干凈介質(zhì)的場(chǎng)合。在應(yīng)用中應(yīng)特別注意其允許壓差，防止閥門(mén)關(guān)不死。 直通雙座控制閥：閥體內(nèi)有兩個(gè)閥芯和閥座 。因?yàn)榱黧w對(duì)上、下兩閥芯上的作用力可以相互抵消，因此雙座閥具有允許壓差大。上、下兩閥芯不易同時(shí)關(guān)閉，因此泄漏量較大的特點(diǎn)。 常用控制閥結(jié)構(gòu)示意圖及特點(diǎn)直通雙座控制閥均為雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu) 它適用于閥兩端壓差較大，泄漏量要求不高的干凈介質(zhì)場(chǎng)合，不適用于高粘度和含纖維的場(chǎng)合。 角形控制閥：閥體為直角形;流路簡(jiǎn)單、阻力小，適于高壓差、高粘度、含懸浮物和顆粒狀物質(zhì)的調(diào)節(jié);角形閥一般使用于底進(jìn)側(cè)出，此時(shí)調(diào)節(jié)閥穩(wěn)定性好;在高壓差場(chǎng)合下，為了延長(zhǎng)閥芯使用壽命，也可采用側(cè)進(jìn)底出。但側(cè)進(jìn)底出在小開(kāi)度時(shí)易發(fā)生

14、振蕩;角形閥還適用于工藝管道直角形配管的場(chǎng)合。 常用控制閥結(jié)構(gòu)示意圖及特點(diǎn)角形控制閥分流三通調(diào)節(jié)閥三通控制閥：閥體有三個(gè)接管口，適用于三個(gè)方向流體的管路控制系統(tǒng)，大多用于熱交換器的溫度調(diào)節(jié)、配比調(diào)節(jié)和旁路調(diào)節(jié)。三通閥有三通合流閥和三通分流閥兩種類型。使用中應(yīng)注意流體溫差不宜過(guò)大，通常小于150，否則會(huì)使三通閥產(chǎn)生較大應(yīng)力而引起變形，造成連接處泄漏或損壞。常用控制閥結(jié)構(gòu)示意圖及特點(diǎn)三通控制閥合流三通調(diào)節(jié)閥蝶閥：蝶閥是通過(guò)擋板以轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)來(lái)控制流體的流量。結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低，流通能力大泄漏較大。蝶閥通常工作轉(zhuǎn)角應(yīng)小于70，此時(shí)流量特性與等百分比特性相似。特別適用于低壓差、大口徑、大流量或

15、帶有懸浮物流體的場(chǎng)合。多用于開(kāi)關(guān)閥。常用控制閥結(jié)構(gòu)示意圖及特點(diǎn)蝶閥蝶閥套筒閥： 套筒閥的閥體與一般的直通單座閥相似，但閥內(nèi)有一個(gè)圓柱形套筒，又稱籠子，利用套筒導(dǎo)向，閥芯可在套筒中上下移動(dòng)。套筒上開(kāi)有一定形狀的窗口（節(jié)流孔），套筒移動(dòng)時(shí)，改變了節(jié)流孔的面積，實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。套筒閥具有穩(wěn)定性好、拆裝維修方便等優(yōu)點(diǎn)，適于低噪音、壓差較大場(chǎng)合，因而得到廣泛應(yīng)用，但價(jià)格較貴。常用控制閥結(jié)構(gòu)示意圖及特點(diǎn)套筒閥套筒閥偏心旋轉(zhuǎn)閥： 轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)閥芯偏心旋轉(zhuǎn)。體積小，重量輕，使用可靠，維修方便，通用性強(qiáng)，流體阻力小等優(yōu)點(diǎn)，適用于粘度較大的場(chǎng)合，在石灰、泥漿等流體中，具有較好的使用性能。常用控制閥結(jié)構(gòu)示意圖及特點(diǎn)偏心旋

16、轉(zhuǎn)閥偏心旋轉(zhuǎn)閥“O”形球閥： 閥芯為一球體。閥芯上開(kāi)有一個(gè)直徑和管道直徑相等的通孔，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)球體旋轉(zhuǎn)，起調(diào)節(jié)和切斷作用。該閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，密封可靠，流通能力大。流量特性為快開(kāi)特性，一般用于位式控制。 常用控制閥結(jié)構(gòu)示意圖及特點(diǎn)“O”形球閥“O”形球閥“V”形球閥： 閥芯也為一球體。但球體上開(kāi)孔為V形口，隨著球體的旋轉(zhuǎn)，流通截面積不斷發(fā)生變化，但流通截面的形狀始終保持為三角形。該閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，關(guān)閉性能好，流通能力大，可調(diào)比大。流量特性近似為等百分比特性，適用于纖維、紙漿及含顆粒的介質(zhì)。 常用控制閥結(jié)構(gòu)示意圖及特點(diǎn)“V”形球閥“V”形球閥孔板流量計(jì)的公式？四、流量系數(shù)和流量特性 控制

17、閥的流量方程依據(jù)的原理：伯努利方程（能量守恒）流量系數(shù)是反映控制閥口徑大小的一個(gè)重要參數(shù)。流量系數(shù)K的定義:在控制閥前后壓差為100kPa，流體密度為1 g/cm3 (540的水) 條件下，調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)，每小時(shí)通過(guò)閥門(mén)的流體量（m3/h）。4.1 控制閥的流量系數(shù) K 把上述參數(shù)代入流量方程，即可算出實(shí)際工況的流經(jīng)閥門(mén)的流量。事實(shí)上，這里流量系數(shù)的概念，用意不在流量的計(jì)算上， 真正目的是根據(jù)工藝要求如何來(lái)選擇一臺(tái)合適的控制閥。 根據(jù)工藝要求，即Q、P、，可用下式來(lái)計(jì)算控制閥的流量系數(shù)，并以此來(lái)作為閥門(mén)口徑選擇的依據(jù)之一：注意：上式中各參數(shù)的單位; 上式只適用于一般的流體（如水或者類似流體）；

18、流體的種類和性質(zhì)將影響K的大??； 流體的流動(dòng)狀態(tài)也將影響K的大小。流量系數(shù)的計(jì)算 可調(diào)比R 反映控制閥的調(diào)節(jié)能力的大小的一個(gè)重要參數(shù)。 定義：控制閥所能調(diào)節(jié)的最大流量和最小流量之比 控制閥前后壓差的變化，會(huì)引起可調(diào)比變化； 可調(diào)比分為理想可調(diào)比和實(shí)際可調(diào)比。 4.2 控制閥的可調(diào)比 R 理想可調(diào)比由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定，通常 R=30 或 50。（1）理想可調(diào)比R (P 一定) 串聯(lián)管道時(shí)的可調(diào)比 設(shè) (2) 實(shí)際可調(diào)比 Rr (P 變化) SPPSDD= min管路系統(tǒng)壓差系統(tǒng)總壓差控制閥壓差QmaxQminS 旁路閥控制閥流量特性：介質(zhì)流過(guò)閥門(mén)的相對(duì)流量與相對(duì)位 移（即閥的相對(duì)開(kāi)度）之間的關(guān)系 控

19、制閥前后壓差的變化，會(huì)引起流量變化。流量特性分為理想流量特性和實(shí)際流量特性。4.3 控制閥的流量特性 最大流量最大位移實(shí)際位移實(shí)際流量控制閥的固有特性，由閥芯的形狀所決定。具有4種。1 快開(kāi)特性2 直線特性3 拋物線特性4 等百分比（對(duì)數(shù)）特性4.3.1 理想流量特性（P 一定）不同流量特性的閥芯形狀特點(diǎn)： 放大系數(shù)是常數(shù); 控制閥的相對(duì)流量與相對(duì)位移成直線關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)。 Q流量相對(duì)變化值，控制作用不靈敏。(1) 直線流量特性 C為積分常數(shù);邊界條件：l = 0時(shí)Q = Qmin； l = L時(shí)Q = Qmax，代入上式控制閥的放大系數(shù)(1) 直線流量特性 為便于

20、分析和計(jì)算，假設(shè)R=，則C=0，K=1，特性曲線以坐標(biāo)原點(diǎn)為起點(diǎn)。這時(shí)位移變化10%所引起的流量變化總是10%，但流量變化的相對(duì)值是不同的以行程的10%、50%、80%為例，若位移變化量都為10%在10%時(shí)，流量的變化的相對(duì)值： 在50%時(shí), :在90%時(shí), : 結(jié)論：當(dāng)閥門(mén)小開(kāi)度時(shí)控制作用太強(qiáng)；大開(kāi)度時(shí)控制作用太弱。不利于控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。特點(diǎn)： Q放大系數(shù)單位相對(duì)位移變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系。 流量小時(shí)，流量變化??；控制平穩(wěn)緩和。 流量大時(shí)，流量變化大；控制靈敏有效。 （2）等百分比流量特性（對(duì)數(shù)流量特性）單位相對(duì)位移的變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量值

21、的平方根成正比關(guān)系。 （3）拋物線流量特性 在開(kāi)度較小時(shí)就有較大的流量，隨著開(kāi)度的增大，流量很快就達(dá)到最大；此后再增加開(kāi)度，流量變化很小。有效位移一般為閥座直徑的1/4 適用于迅速啟閉的位式控制或程序控制系統(tǒng)； （4）快開(kāi)流量特性 上述4種流量特性中：直線和等百分比最常用。(1)串聯(lián)管道時(shí) 流量特性發(fā)生畸變 直線特性快開(kāi)特性 等百分比特性直線特性 可調(diào)比減小4.3.2 工作流量特性(P 變化)S 0.30.5(2)并聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性 通常一般x值不能低于0.8，即旁路流量只能為總流量的百分之十幾?？烧{(diào)范圍大大下降,供參考可調(diào)范圍降低閥本身的流量特性不變例：R=30的控制閥，Kmax=10

22、0，=1g/cm3。閥由全關(guān)到全開(kāi)時(shí)，壓差由100kPa降為60kPa，如不考慮泄漏，計(jì)算系統(tǒng)的阻力比s，并說(shuō)明串聯(lián)管道對(duì)可調(diào)范圍的影響。解：不考慮泄漏的影響，閥全關(guān)時(shí)兩端的壓差可視為系統(tǒng)總壓差Kmax=100，R=30最小流量:對(duì)于非阻塞流的流體:串聯(lián)管道時(shí)SPPSDD= min可調(diào)范圍降低，特性下降 結(jié)論： 串、并聯(lián)管道都會(huì)使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、并聯(lián)管道都會(huì)使控制閥的可調(diào)范圍降低， 并聯(lián)管道尤為嚴(yán)重。 串聯(lián)管道使系統(tǒng)的總流量減少， 并聯(lián)管道使系統(tǒng)的總流量增加。 串、并聯(lián)管道都會(huì)使控制閥的放大系數(shù)減少。 串聯(lián)管道時(shí)控制閥若處于大開(kāi)度，則S值降低對(duì)放 大系

23、數(shù)影響更為嚴(yán)重； 并聯(lián)管道時(shí)控制閥若處于小開(kāi)度，則x值降低對(duì)放 大系統(tǒng)影響更為嚴(yán)重。 執(zhí)行器的選用是否得當(dāng)，將直接影響控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量、安全性和可靠性。執(zhí)行器的選擇，主要是從以下三方面考慮：1. 控制閥的結(jié)構(gòu)形式；2. 控制閥的流量特性；3. 控制閥的口徑。五、執(zhí)行器的選擇計(jì)算 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 5.1 執(zhí)行器結(jié)構(gòu)形式的選擇 比較項(xiàng)目氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可靠性高（簡(jiǎn)單、可靠）較低驅(qū)動(dòng)能源需另設(shè)氣源簡(jiǎn)單方便價(jià)格低高輸出力大小剛度小大防爆好差工作環(huán)境大（4080）?。?055） 可以根據(jù)實(shí)際使用要求，綜合考慮確定。 選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，還必須考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力（力矩）應(yīng)大于它所受到的負(fù)荷力（

24、力矩）。 負(fù)荷力（力矩）包括流體對(duì)閥芯產(chǎn)生的作用力（不平衡力）或作用力矩（不平衡力矩）、閥桿的摩擦力、重量以及壓縮彈簧的預(yù)緊力。對(duì)于氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)：工作壓差小于最大允許壓差。當(dāng)所用控制閥的口徑較大或壓差較高時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求有更大的輸出力，此時(shí)可考慮用活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也可選用薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)再配上閥門(mén)定位器。 （1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 氣開(kāi)式控制閥: 有信號(hào)壓力輸入時(shí)閥打開(kāi)； 無(wú)信號(hào)壓力時(shí)閥全關(guān)。氣關(guān)式控制閥: 有信號(hào)壓力時(shí)閥關(guān)閉； 無(wú)信號(hào)壓力時(shí)閥全開(kāi)。 氣開(kāi)/氣關(guān)閥的選擇考慮原則是： 信號(hào)壓力中斷時(shí)，應(yīng)保證設(shè)備和操作人員的發(fā)全，如閥門(mén)處于打開(kāi)位置時(shí)危害性小，則應(yīng)選用氣關(guān)式； 反之，則用氣開(kāi)式。 確定

25、整個(gè)控制閥的作用方式 主要依據(jù)是：（1） 流體性質(zhì) 如流體種類、粘度、腐蝕性、是否含懸浮顆粒（2） 工藝條件 如溫度、壓力、流量、壓差、泄漏量（3） 過(guò)程控制要求 控制系統(tǒng)精度、可調(diào)比、噪音 根據(jù)以上各點(diǎn)進(jìn)行綜合考慮，并參照各種控制機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其適用場(chǎng)合，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性，來(lái)選擇滿足工藝要求的控制機(jī)構(gòu)。（2）控制機(jī)構(gòu)的選擇 實(shí)際上是指如何選擇直線特性 和等百分比特性 經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則: 適當(dāng)選擇控制閥特性，以閥的放大系數(shù)變化來(lái)補(bǔ)償控制對(duì)象放大系數(shù)的變化，使控制系統(tǒng)總的放大系數(shù)保持不變或近似不變。（1）考慮系統(tǒng)的控制品質(zhì)5.2 執(zhí)行器流量特性的選擇 控制閥在串聯(lián)管道時(shí)的工作流量特性與S 值的大小有關(guān)，即與

26、工藝配管情況有關(guān)。因此，在選擇其特性時(shí)，還必須考慮工藝配管情況。（2）考慮工藝管道情況1. 根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)選擇所需要的工作流量特性2. 考慮工藝配管情況確定相應(yīng)的理想流量特性具體做法: 直線特性控制閥在小開(kāi)度時(shí)流量相對(duì)變化值大，控制過(guò)于靈敏，易引起振蕩，且閥芯、閥座也易受到破壞，因此在S值小、負(fù)荷變化大的場(chǎng)合，不宜采用。 等百分比特性控制閥的放大系數(shù)隨控制閥行程增加而增大，流量相對(duì)變化值是恒定不變的，因此它對(duì)負(fù)荷變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性。 （3）考慮負(fù)荷變化情況結(jié)論：常用的控制閥流量特性為“線性”和“等百分比” 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，當(dāng)流量特性難以確定時(shí)，優(yōu)先選用 “等百分比” 特性，它的適應(yīng)性更強(qiáng)。 首先

27、必須要合理確定控制閥流量和壓差的數(shù)據(jù)。 通常把代入計(jì)算公式中的流量和壓差分別稱為計(jì)算流量和計(jì)算壓差。 在根據(jù)計(jì)算所得到的流量系數(shù)選擇控制閥口徑后，還應(yīng)對(duì)所選控制閥開(kāi)度和可調(diào)節(jié)比進(jìn)行驗(yàn)算，以保證所選控制閥的口徑能滿足控制要求。 依據(jù)流量系數(shù)5.3 控制閥的口徑選擇 即根據(jù)工藝參數(shù)計(jì)算出K，然后根據(jù)K選取一個(gè)Kv值差不多的控制閥。 最大計(jì)算流量是指通過(guò)控制閥的最大流量，其值應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)備的生產(chǎn)能力、對(duì)象負(fù)荷的變化、操作條件變化以及系統(tǒng)的控制質(zhì)量等因素綜合考慮，合理確定。 避免兩種傾向： 過(guò)多考慮余量； 只考慮眼前生產(chǎn)。 選擇控制閥口徑的步驟（1）確定計(jì)算流量計(jì)算壓差是指最大流量時(shí)控制閥上的壓差，即

28、控制閥全開(kāi)時(shí)的壓差。（2）確定計(jì)算壓差確定計(jì)算壓差時(shí)必須兼顧調(diào)節(jié)性能和動(dòng)力消耗兩方面，即應(yīng)合理選定S值。2) 在最大流量的條件下，分別計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)控制閥之外的各項(xiàng)局部阻力所引起的壓力損失，再求出它們的總和PP 。 3) 選取S值 S值一般希望不小于0.3，常選 4) 求取控制閥計(jì)算壓差PV 計(jì)算壓差確定步驟如下： 1) 選擇控制閥前后最近的壓力基本穩(wěn)定的兩個(gè)設(shè)備作為系統(tǒng)的計(jì)算范圍。 根據(jù)已求得的Kmax，在所選用的產(chǎn)品型式的標(biāo)準(zhǔn)系列中，選取大于Kmax并與其最接近的那一擋Kv 值 。根據(jù)已決定的計(jì)算流量和計(jì)算壓差，求得最大流量時(shí)的流量系數(shù)Kmax （3）計(jì)算流量系數(shù)Kmax（4）選取流量系數(shù)KV

29、最大計(jì)算流量時(shí)的開(kāi)度不大于90%最小計(jì)算流量時(shí)的開(kāi)度不小于10% 直線特性控制閥: 等百分比特性的控制閥: （5）驗(yàn)算控制閥開(kāi)度（6）驗(yàn)算控制閥實(shí)際可調(diào)比須滿足根據(jù)K值決定控制閥的公稱直徑Dg和閥座直徑dg（7）確定控制閥口徑氣動(dòng)執(zhí)行器的安裝和維護(hù)（1）為便于維護(hù)檢修，應(yīng)安裝在靠近地面或樓板的地方。（2）氣1動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)安裝在環(huán)境溫度-40+60的地方， 并應(yīng)遠(yuǎn)離震動(dòng)較大的設(shè)備。（3）閥的公稱通徑與管道公稱通徑不同時(shí)，兩者之間應(yīng)加 一段異徑管。（4）氣動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)該是正立垂直安裝于水平管道上。（5）閥的流體方向在閥體上有箭頭標(biāo)明，不能裝反。（6）控制閥前后一般要各裝一只切斷閥，以便修理時(shí)拆下 控制

30、閥。（7）控制閥安裝前，應(yīng)對(duì)管路進(jìn)行清洗，排去污物和焊渣.（8）在日常使用中，要對(duì)控制閥經(jīng)常維護(hù)和定期檢修。六、電氣轉(zhuǎn)換器/閥門(mén)定位器電氣轉(zhuǎn)換器電氣閥門(mén)定位器壓縮空氣過(guò)濾器閥門(mén)定位器將控制信號(hào)（I0或PO）成比例地轉(zhuǎn)換成氣壓信號(hào)輸出至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使閥桿產(chǎn)生位移。閥桿位移量通過(guò)機(jī)械機(jī)構(gòu)反饋到閥門(mén)定位器，當(dāng)位移反饋信號(hào)與輸入的控制信號(hào)相平衡時(shí)，閥桿停止動(dòng)作，調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度與控制信號(hào)相對(duì)應(yīng)。閥門(mén)定位器閥門(mén)定位器與氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)。閥門(mén)定位器可用更高的氣源壓力，可增大執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力。在什么情況下需要使用閥門(mén)定位器？ 答：大口徑閥門(mén)，或者要求由較大輸出力的閥門(mén)等（小口徑閥門(mén)一般較少使用）。

31、閥門(mén)定位器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在一起，因而可減少調(diào)節(jié)信號(hào)的傳輸滯后。按結(jié)構(gòu)形式，閥門(mén)定位器可以分為:電/氣閥門(mén)定位器氣動(dòng)閥門(mén)定位器智能式閥門(mén)定位器 電氣閥門(mén)定位器電氣閥門(mén)定位器作用： 1. 將420mA或010mA轉(zhuǎn)換為氣信號(hào)，用以控制氣動(dòng)控制閥； 2. 它還能夠起到閥門(mén)定位的作用。 當(dāng)輸入IO 對(duì)主杠桿2產(chǎn)生向左的力F1 主杠桿繞支點(diǎn)反時(shí)針偏轉(zhuǎn) 擋板13靠近噴嘴15 Pa 使閥桿向下移動(dòng) 并帶動(dòng)反饋桿9繞支點(diǎn)4偏轉(zhuǎn) 凸輪5也跟著逆時(shí)針偏轉(zhuǎn) 從而使反饋彈簧11拉伸 Pa 最終使閥門(mén)定位器達(dá)到平衡狀態(tài)。此時(shí)，一定的信號(hào)壓力就對(duì)應(yīng)于一定的閥桿位移，即對(duì)應(yīng)于一定的閥門(mén)開(kāi)度。 特性：KiIoFiliMiK1PaK2LKfFflfMfKiIoFiliMiK1PaK2LKfFflfMf閥桿位移和輸入信號(hào)之間的關(guān)系取決于轉(zhuǎn)換系數(shù)Ki、力臂長(zhǎng)度li 以及反饋部分的反饋系數(shù)Kf，而與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的時(shí)間常數(shù)和放大系數(shù)即執(zhí)行機(jī)構(gòu)的膜片有效面積和彈簧剛度無(wú)關(guān)，因此閥門(mén)定位器能消除執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜片有效面積和彈簧剛度變化的影響，提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)的線性度，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。 電氣閥門(mén)定位器電氣定位器與氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥配套使用，構(gòu)成閉環(huán)控制回路。把控制系統(tǒng)給出的直流電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥的氣信號(hào)，控制調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作。同時(shí)根據(jù)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度進(jìn)行反饋，使閥門(mén)位置能夠按系統(tǒng)輸出的控制信號(hào)進(jìn)行正確定位氣動(dòng)閥門(mén)定位器原理與前