第四章 執(zhí)行器

第4章過(guò)程控制裝置教學(xué)要求與學(xué)習(xí)目標(biāo)：1了解差壓式變送器和溫度變送器的工作原理。2了解防爆安全柵的工作原理。3了解差控制器調(diào)節(jié)規(guī)律實(shí)現(xiàn)的方法。4掌握氣動(dòng)、電動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)、組成及工作原理。教學(xué)內(nèi)容:§4.3執(zhí)行器本章思考題：p175:1、4、5、6、7、8、11、14、19、20、22、23、24、25、26。本節(jié)作業(yè)：P176：16、18、30

§4.3執(zhí)行器本節(jié)主要內(nèi)容:

氣動(dòng)薄膜執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)、類型及使用場(chǎng)合▲氣動(dòng)執(zhí)行器控制閥的流量特性

控制閥的選擇（

▲閥門氣開、氣關(guān)的選擇原則）▲電動(dòng)執(zhí)行器▲電氣轉(zhuǎn)換器及電氣—閥門定位器●執(zhí)行器的分類

（按能源形式）氣動(dòng)執(zhí)行器：（最常用）電動(dòng)執(zhí)行器：（應(yīng)用較少）液動(dòng)執(zhí)行器：（不用）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、平穩(wěn)、輸出推力大、維修方便、防火防爆、價(jià)格低廉能源取用方便、信號(hào)傳遞快、但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、防爆性能差?？刂破鲌?zhí)行器電—?dú)廪D(zhuǎn)換器電信號(hào)氣信號(hào)使用成本高，易泄露，清潔度差，使用在少數(shù)大驅(qū)動(dòng)力、高精度的場(chǎng)合執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇的主要考慮因素是：①可靠性；②經(jīng)濟(jì)性；③動(dòng)作平穩(wěn)、足夠的輸出力矩；④結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便?！?.3.1氣動(dòng)執(zhí)行器一氣動(dòng)執(zhí)行器由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？P176：19氣動(dòng)執(zhí)行器①執(zhí)行機(jī)構(gòu)：②控制機(jī)構(gòu)：（閥）是執(zhí)行器的推力裝置，它按控制信號(hào)壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動(dòng)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作。所以它是將信號(hào)壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置。是執(zhí)行器的控制部分，它直接與被控介質(zhì)接觸，控制流體的流量。所以它是將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流過(guò)閥的流量的裝置③輔助裝置：閥門定位器：手輪機(jī)構(gòu)：是利用反饋原理來(lái)改善執(zhí)行器的性能，使執(zhí)行器能按控制器的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位當(dāng)停電、停氣、控制器或執(zhí)行器失靈時(shí)，利用它可直接操縱控制閥，維持生產(chǎn)的正常運(yùn)行。二執(zhí)行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制閥分別有哪些結(jié)構(gòu)形式？各有什么特

點(diǎn)？主要用在什么場(chǎng)合？薄膜式：

活塞式：長(zhǎng)行程：氣動(dòng)執(zhí)行器①執(zhí)行機(jī)構(gòu)②控制機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，維修方便，應(yīng)用廣泛。中小口徑（薄膜20-100kPa）適用于大口徑，高靜壓、高壓差的控制閥或蝶閥的推動(dòng)裝置。（汽缸0.5MPa）

行程規(guī)格：25-100mm

帶閥門定位器，適合控制質(zhì)量高的系統(tǒng)適用于輸出轉(zhuǎn)角（0°～90°）和有力矩的場(chǎng)合，如用于蝶閥或風(fēng)門的推力裝置。行程規(guī)格：10、16、25、40、60、100mm

膜片面積規(guī)格：200、280、400、630、1000、1600cm2正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)：信號(hào)壓力通入膜室上方，信號(hào)壓力增大，閥桿向下。

反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)：信號(hào)壓力通入膜室下方，信號(hào)壓力增大，閥桿向上。二執(zhí)行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)分別有哪些結(jié)構(gòu)形式？各有什么特

點(diǎn)？主要用在什么場(chǎng)合？薄膜式：

活塞式：長(zhǎng)行程：①直通單座控制閥②直通雙座控制閥③角形控制閥④三通控制閥⑤隔膜控制閥⑥蝶閥⑦球閥⑧凸輪撓曲閥⑨籠式閥氣動(dòng)執(zhí)行器①執(zhí)行機(jī)構(gòu)②控制機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，維修方便，應(yīng)用廣泛。（20-100kPa）適用于大口徑，高靜壓、高壓差的控制閥或蝶閥的推動(dòng)裝置。（0.5MPa）

行程規(guī)格：25-100mm

帶閥門定位器，適合控制質(zhì)量高的系統(tǒng)適用于輸出轉(zhuǎn)角（0°～90°）和有力矩的場(chǎng)合，如用于蝶閥或風(fēng)門的推力裝置。行程規(guī)格：10、16、25、40、60、100mm

膜片面積規(guī)格：200、280、400、630、1000、1600cm2各種控制閥的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及使用場(chǎng)合類型①直通單座控制閥②直通雙座控制閥

③角形控制閥④三通控制閥

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使用場(chǎng)合不平衡力小、泄漏量大、最為常用小口徑、低壓差結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、泄漏量小、易于保證關(guān)閉、流體對(duì)閥芯上、下的推力不平衡流路簡(jiǎn)單、阻力較小現(xiàn)場(chǎng)管道要求直角聯(lián)接、高壓差、介質(zhì)粘度大、含有少量懸浮物和顆粒狀固體有三個(gè)出入口與工藝管道聯(lián)接，可組成分流與合流兩種型式配比控制或旁路控制“節(jié)流元件”正作用閥：閥桿

Q

反作用閥：閥桿Q各種控制閥的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及使用場(chǎng)合類型①直通單座控制閥②直通雙座控制閥

③角形控制閥④三通控制閥

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使用場(chǎng)合不平衡力小、泄漏量大、大口徑，最為常用小口徑、低壓差結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、泄漏量小、易于保證關(guān)閉、流體對(duì)閥芯上、下的推力不平衡流路簡(jiǎn)單、阻力較小現(xiàn)場(chǎng)管道要求直角聯(lián)接、高壓差、介質(zhì)粘度大、含有少量懸浮物和顆粒狀固體有三個(gè)出入口與工藝管道聯(lián)接，可組成分流與合流兩種型式配比控制或旁路控制“節(jié)流元件”正作用閥：閥桿

Q

反作用閥：閥桿Q各種控制閥的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及使用場(chǎng)合類型①直通單座控制閥②直通雙座控制閥

③角形控制閥④三通控制閥

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使用場(chǎng)合不平衡力小、泄漏量大、最為常用小口徑、低壓差結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、泄漏量小、易于保證關(guān)閉、流體對(duì)閥芯上、下的推力不平衡流路簡(jiǎn)單、阻力較小現(xiàn)場(chǎng)管道要求直角聯(lián)接、高壓差、介質(zhì)粘度大、含有少量懸浮物和顆粒狀固體有三個(gè)出入口與工藝管道聯(lián)接，可組成分流與合流兩種型式配比控制或旁路控制“節(jié)流元件”正作用閥：閥桿

Q反作用閥：閥桿Q⑤隔膜控制閥⑥蝶閥(翻板閥）

⑦球閥⑧凸輪撓曲閥（偏心旋轉(zhuǎn)閥）類型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使用場(chǎng)合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流阻小、流通能力大、耐腐蝕性強(qiáng)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕性、高粘度、含懸浮顆粒狀的介質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、價(jià)格便宜、流阻極小、泄漏量大大口徑、大流量、低壓差、含少量纖維或懸浮顆粒狀介質(zhì)閥芯與閥體都呈球形體流體的粘度高、污穢、雙位控制密閉性好、重量輕、體積小、安裝方便介質(zhì)粘度高含懸浮物顆粒⑤隔膜控制閥⑥蝶閥(翻板閥）

⑦球閥⑧凸輪撓曲閥（偏心旋轉(zhuǎn)閥）類型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使用場(chǎng)合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流阻小、流通能力大、耐腐蝕性強(qiáng)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕性、高粘度、含懸浮顆粒狀的介質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、價(jià)格便宜、流阻極小、泄漏量大大口徑、大流量、低壓差、含少量纖維或懸浮顆粒狀介質(zhì)閥芯與閥體都呈球形體流體的粘度高、污穢、雙位控制密閉性好、重量輕、體積小、安裝方便介質(zhì)粘度高含懸浮物顆粒

⑨籠式閥

（套筒型控制閥）類型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使用場(chǎng)合可調(diào)范圍大、振動(dòng)小、不平衡力小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、套筒互換性好、汽蝕小、噪音小壓差大，要求噪音小的場(chǎng)合。對(duì)高溫、高粘度及含固體顆粒的介質(zhì)不適合三何謂控制閥的流量特性？又何謂理想流量特性和工作流量特性？P176-20◆控制閥的流量特性——是指被控介質(zhì)流過(guò)閥門的相對(duì)流量與閥門的相對(duì)開度（相對(duì)位移）之間的關(guān)系。即◆理想流量特性——閥前后壓差保持不變的流量特性◆工作流量特性——實(shí)際使用過(guò)程中，閥前后壓差會(huì)隨閥開度的變化而變化，此時(shí)的流量特性為工作流量特性四控制閥的理想流量特性有哪些？寫出其數(shù)學(xué)表達(dá)式？各有什么特點(diǎn)？①直線流量特性控制閥的相對(duì)流量與相對(duì)開度成直線關(guān)系。即單位位移引起的流量變化是常數(shù)。根據(jù)直線流量特性可推得：補(bǔ)充圖不同流量特性的閥芯形狀1—快開；2—直線；3—拋物線；4—等百分比根據(jù)閥芯形狀的不同，有快開、直線、等百分比（對(duì)數(shù)）、拋物線等幾種：4-56直線流量特性的特點(diǎn)：②等百分比（對(duì)數(shù)）流量特性：是指單位相對(duì)開度變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系，即控制閥的放大系數(shù)隨相對(duì)流量的增加而增加，即根據(jù)上述關(guān)系可推得：③拋物線流量特性：Q/Qmax與l/L成拋物線關(guān)系。

④快開特性：這種流量特性在開度較小時(shí)就有較大流量，隨開度的增大，流量很快就達(dá)到最大，稱快開特性。適合于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。五控制閥的工作流量特性對(duì)理想流量特性的影響？①串聯(lián)管道的工作流量特性

△P=△P1+△PV△P△PV（全開）S=S=1時(shí)，是理想特性

工作時(shí)S＜1，一般S選0.3～0.5

理想的直線流量特性畸變?yōu)榭扉_特性理想的等百分比特性即畸變?yōu)橹本€特性閥權(quán)度②并聯(lián)管道的工作流量特性

Q=Q控+Q旁x=Q控（全開）Qx——并聯(lián)管道中的分流比x=1時(shí)，是理想特性隨x減小，

Q旁增加，控制閥的可調(diào)范圍減小當(dāng)x很小時(shí)，控制閥不起作用。所以一般x≥0.8補(bǔ)充圖1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)管道尤為嚴(yán)重。2串、并聯(lián)管道都會(huì)使閥的可調(diào)范圍降低，并聯(lián)管道尤為嚴(yán)重。3串聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量減少，并聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量增大。4串、并聯(lián)管道會(huì)使控制閥的放大系數(shù)減小，即輸入信號(hào)變化引起的流量變化值減少?？偨Y(jié)：六如何選擇控制閥？11選用控制閥時(shí)，一般要根據(jù)被控介質(zhì)的特性（溫度、壓力、腐蝕性、粘度等）、控制要求、安裝地點(diǎn)，參考各類控制閥的特點(diǎn)合理選用。考慮因素：2選流量特性：一般先按控制系統(tǒng)的特點(diǎn)選擇閥的希望流量特性，再考慮工藝配管情況來(lái)選擇相應(yīng)的理想流量特性，使控制閥安裝在具體的管道系統(tǒng)中，畸變后的工作流量特性能滿足控制系統(tǒng)對(duì)它的要求。等百分比流量特性最常用。1選結(jié)構(gòu)：根據(jù)工藝條件選擇結(jié)構(gòu)。選擇執(zhí)行器的氣開式與氣關(guān)式▲氣關(guān)式：有氣壓信號(hào)時(shí)閥關(guān)、無(wú)氣壓信號(hào)時(shí)閥開的氣動(dòng)執(zhí)行器?！鴼忾_式：有氣壓信號(hào)時(shí)閥開、無(wú)氣壓信號(hào)時(shí)閥關(guān)的氣動(dòng)執(zhí)行器。①何謂氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正、反作用？正作用：信號(hào)壓力增大時(shí)，閥桿向下動(dòng)作的叫正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)（ZMA型）。信號(hào)壓力是通入波紋膜片上方的薄膜室。反作用：信號(hào)壓力增大時(shí)，閥桿向上動(dòng)作的叫反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)（ZMB型）。信號(hào)壓力是通入波紋膜片下方的薄膜室。兩者可改裝。②何謂氣動(dòng)薄膜控制機(jī)構(gòu)的正、反作用？（正裝、反裝）反正正作用閥：閥桿

Q

；反作用閥：閥桿Q③執(zhí)行器的正、反作用方向如何確定？∴作用方向取決是氣開閥還是氣關(guān)閥“正”方向：當(dāng)執(zhí)行器的輸入信號(hào)增加時(shí)，氣開閥的開度增加。因而流過(guò)閥的流體流量也增加，故氣開閥是“正”方向“反”方向：當(dāng)執(zhí)行器的輸入信號(hào)增加時(shí)，氣關(guān)閥的開度減小。因而流過(guò)閥的流體流量也減小，故氣關(guān)閥是“反”方向正正正反正反反反①②③④正正反反氣關(guān)式氣關(guān)式氣開式氣開式執(zhí)行器的氣開與氣關(guān)形式是由閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正、反作用和控制機(jī)構(gòu)的正裝、反裝組合而定的。4控制閥口徑的選擇

根據(jù)控制閥流量系數(shù)C的值查表4-5的公式計(jì)算流量系數(shù)C——在給定的行程下，當(dāng)閥兩端壓差為100KPa，流體密為1g/cm3時(shí)，流經(jīng)控制閥的流體流量（m3/h）。最大流量系數(shù)Cmax——閥全開時(shí)的流量系數(shù)。對(duì)不可壓縮流體，且閥前后壓差p1-p2不太大時(shí)，流量系數(shù)按下式計(jì)算：▲氣開、氣關(guān)的選擇原則

主要從工藝生產(chǎn)安全要求出發(fā)。考慮原則：信號(hào)壓力中斷時(shí)，應(yīng)保證設(shè)備與操作人員的安全。例如：燃料氣TC氣開型易結(jié)晶介質(zhì)TC氣關(guān)型具體計(jì)算見(jiàn)Pg169：§4.3.2電動(dòng)執(zhí)行器一電動(dòng)執(zhí)行器有什么功能？電動(dòng)執(zhí)行器的功能是接收來(lái)自控制器的0～10mA或4～20mA的直流電流信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直行程位移，去操縱閥門、擋板等控制機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

Ⅰ電子管型：已淘汰

電動(dòng)單元組合儀表Ⅱ晶體管：將近淘汰（0～10mA）

（DDZ）Ⅲ集成電路：應(yīng)用中（4～20mA）電信號(hào)位移二電動(dòng)執(zhí)行器的類型、組成？它也是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成。其中調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)執(zhí)行器是通用的，不同的只是電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它用電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生推力啟閉調(diào)節(jié)閥。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)用控制電機(jī)作動(dòng)力裝置。輸出形式有角行程（DKJ）：電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)減速器后輸出。直行程(DKZ)：電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)減速器減速并轉(zhuǎn)換為直線位移輸出。相對(duì)氣動(dòng)、液動(dòng)執(zhí)行器而言，電動(dòng)執(zhí)行器主要有