执行器的种类

了解执行器的种类、特点及正反作用方式 掌握气动执行机构的结构及工作原理 理解电动执行机构的组成及各部分作用 了解控制阀的结构及特点 理解控制阀的流量系数、可调比和流量特性的概念 了解阀门定位器的作用及使用场合 掌握控制阀的选用原则,能够应用控制阀的选用原则正确选用控制阀 能够对执行器进行正确的调校 能够正确的安装执行器 能够处理执行器在使用、维护中的问题,第4章 执行器,知识目标,技能目标,4.1 概述,4.4 阀门定位器,4.2 执行机构,4.3 调节机构,第4章 执行器,4.7 执行器的安装与维护,4.5 执行器的选择,4.6 气动薄膜控制阀性能测试,4.1 概述：,一、执行器的结构组成 组成： 执行机构 调节机构 二、执行器的分类,气动执行器 PLQ 按能源分： 电动执行器 IiLQ 液动执行器,直行程 角行程,三种执行器的特点比较,电动执行器,气动执行器,4.2 执行机构,1. 特点 它是以140kP的压缩空气为能源，以20 100kP气压信号为输入控制信号； 具有结构简单、动作可靠、性能稳定、输出推力大、维修方便、本质安全防暴和价格低廉等特点。 2.构成原理,（一）结构组成： 执行机构 P L Q 调节机构,一、气动执行器,气动薄膜控制阀,外形,反装阀,气开式 执行器,正作用执行机构,P入,正作用式气动薄膜控制阀,阀芯的正装与反装形成气开、气关,正装,反装,反作用式气动薄膜控制阀,结构 原理,气关式 控制阀,O型环,气开式 执行器,反作用执 行机构,P入,四种组合,气关式,气关式,气开式,气开式,反装阀,反装阀,正装阀,正装阀,P入,P入,P入,P入,Q,Q,Q,Q,Q,气动活塞式执行机构按其作用方式可分成比例式和两位式两种。 比例式是指输入信号压力与推杆的行程成比例关系，这时它必须与阀门定位器配用。 两位式是根据输入执行机构活塞两侧的操作压力差来完成的。活塞由高压侧推向低压侧，就使推杆由一个极端位置推移至另一个极端位置。,气动活塞式执行机构,二、电动执行器,电动执行机构由伺服放大器和执行机构两部分组成。执行机构又包括两相伺服电动机、减速器和位置发送器,伺服放大器：前置磁放大器、触发器，可控硅主回路及电源等部分。 作用：综合输入信号和反馈信号，并将该结果信号加以放大，使之有足够大的功率来控制伺服电动机的转动。 根据综合后结果信号的极性，放大器应输出相应极性的信号，以控制电动机的正、反运转。,1.伺服放大器,操作器：是用来完成手动自动之间的切换、远方操作和自动跟踪无扰动切换等任务,2.执行机构,伺服电机：是执行机构的动力部分,减速器 ：将高转速、低转矩变成低转速、高转矩,位置发送器：根据差动变压器的工作原理，利用输出轴的位移来改变铁芯在差动线圈中的位置，以产生反馈信号和位置信号。,一、控制阀的结构特点,直通,4.3 调节机构,角形,三通控制阀：合流；分流,碟阀,角行程式阀芯,凸轮挠曲阀,蝶阀,球阀,1、控制阀的节流原理,二、控制阀的流量系数,2、阀门的流量系数C的定义,P入,Q,Q,P1,P2,流量方程： 实用流量方程：,C称为流量系数，在控制阀中又称为为阀的流通能力。 流通能力C被定义为：当控制阀全开时，阀前后压差P为0.1Mpa、流体重度为1g/cm3时，每小时通过控制阀流体的流量数。 控制阀的尺寸通常用公称直径Dg和阀座直径dg来表示。主要依据是计算出流通能力C来进行选择 。,二、控制阀的流量系数,三、控制阀的可调比,控制阀的可调比就是控制阀所能控制的最大流量与最小流量之比。可调比也称为可调范围，用R表示。,1.理想可调比 当控制阀上压差一定时，这时的可调比称为理想可调比。 2.实际可调比 控制阀在实际工作时，与管路系统相串联或与旁路阀相并联，此时的可调比就称为实际可调比。,(1)串联管道时的可调比,Pmax为控制阀全关时阀前后的压差（近似等于系统的总压差）； Pmin为控制阀全开时阀前后的压差； S为控制阀全开时阀前后压差与系统总压差之比,(2)并联管道时的可调比,四、控制阀的流量特性,式中： 相对流量，即某一开度的流量与全开流量之比 相对开度，即某一开度下的行程与全行程之比,1.理想流量特性,2.工作流量特性,在实际使用时，控制阀安装在管道上，与其它设备串联，或者与旁路管道并联，因而控制阀前后的压差是变化的。此时，控制阀的相对流量与阀芯相对开度之间的关系称为工作流量特性。,串联管道的工作流量特性,并联管道的工作流量特性,图中S为阀全开时的工作流量与总管最大流量之比。 根据实际经验，S的值不能低于0.8,4.4 阀门定位器,提高阀杆位置的线性度，克服阀杆的摩擦力，消除被控介 质压力变化与高压差对阀位的影响； 增加执行机构的动作速度，改善控制系统的动态特性； 可用20100kPa的标准信号压力去操作40200kPa的非标准 号压力的气动执行机构； 可实现分程控制，用一台控制仪表去操作两台控制阀 ； 可实现反作用动作； 可修正控制阀的流量特性； 可使活塞执行机构和长行程执行机构的两位式动作变为比例 式动作； 采用电/气阀门定位器后，可用420mADC电流信号去操作气 动执行机构，一台电/气阀门定位器具有电/气转换器和气动阀 门定位器的双重作用。,用途：,一、气动阀门定位器,气动阀门定位器接受由气动控制器或电/气转换器转换的控制器的输出信号，然后产生和控制器输出信号成比例的气压信号，用以控制气动执行器。,1-波纹管 2-主杠杆 3-迁移弹簧 4-凸轮支点 5-凸轮 6-副杠杆7-支点 8-执行机构 9-反馈杆 10-滚轮 11-反馈弹簧 12-调零弹簧 13-挡板 14-喷嘴 15主杠杆支点 16-放大器,阀门定位器与气动执行器连接,力矩平衡式气动阀门定位器,二、电/气阀门定位器,电/气阀门定位器实际上是电气转换器和阀门定位器的组合。,先看电气转换器的动作原理,二、电/气阀门定位器,电/气阀门定位器将来自控制器或其它单元的420mADC电流信号转换成气压信号去驱动执行机构。同时，从阀杆的位移取得反馈信号，构成具有阀位负反馈的闭环系统，因而不仅改善了执行器的静态特性，使输入电流与阀杆位移之间保持良好的线性关系；而且改善了气动执行器的动态特性，使阀杆的移动速度加快，减少了信号的传递滞后。,1喷嘴 2 挡板 3 杠杆 4 调零弹簧 5 永久磁钢 6、7 线圈 8 反馈弹簧 9 夹子 10 拉杆 11 固定螺钉 12 放大器 13 反馈轴 14反馈压板 15 调量程支点 16 反馈机体,4.5 执行器的选择,执行器的选择应从四方面来考虑： 控制阀结构型式及材料的选择 控制阀口径的选择 控制阀气开、气关形式的选择 控制阀流量特性的选择,一、执行器结构形式选择,首先应根据生产工艺要求选择控制阀的结构型式，然后再选择执行机构的结构型式。控制阀结构形式的选择要根据控制介质的工艺条件，如压力、流量等和被控介质的流体特性等进行全面考虑。,电动执行器,气动执行器,1、执行机构的选择,依据：各种控制阀结构类型及特点,2、气开气关的选择原则,气关式,气开式,P入,P入,Q,Q,控制阀的流通形式不同,3、控制阀的结构种类的选择,直通单座阀,单座角形阀,3、控制阀的结构种类的选择,直通双座阀,蝶阀,三通： 合流 分流,3、控制阀的结构种类的选择,执行机构的静态特性和动态特性,执行器结构形式选择,执行机构结构型式的选择一般要考虑下列因素：,执行机构的输出动作规律,执行机构的输出动作方式和行程,当采用气动仪表时，应选用气动执行机构。,执行器分气开式和气关式两种。一般根据生产上安全要求选择。如果供气系统发生故障时，控制阀处于全开位置造成的危害较小，则选用气关式，反之选用气开式。,执行器结构形式选择,根据各种执行机构的特点，一般按下列原则进行选择：,控制信号为连续模拟量时，选用比例式执行机构，而控制信号为断续（开/关）形式时，应选择积分式执行机构。,当系统中要求程序控制时，可选用能接受断续信号的电动执行机构。,对于具有爆炸危险或环境条件比较恶劣的场所，可选用气动执行机构。,二、 控制阀的流量特性选择,控制阀的流量特性，在生产中常用的是直线、等百分比和快开三种。而快开特性主要用于两位式控制及程序控制中，因此，在考虑控制阀流量特性选择时通常是指如何合理选择直线和等百分比流量特性。,控制阀流量特性的选择目前较多采用经验法。 一般可以从下面的几个方面来考虑： 根据过程特性选择 根据配管情况选择 根据负荷变化情况选择,三、控制阀口径的确定,控制阀口径的选择需经以下几个步骤： 计算流量的确定 计算压差的确定 流通能力的计算 流通能力C 值的选用 控制阀开度验算 控制阀实际可调比的验算 控制阀口径的确定,控制阀口径的大小决定于流通能力C,4.6 气动薄膜控制阀性能测试,一、气动薄膜控制阀主要性能指标,二、性能测试方法,1.非线性偏差 测试装置如图,2.正反行程变差 测试装置与方法：和非线性偏差的测试装置与方法相同。 要求：同一信号压力值下的阀杆正反位移值的最大差值，不应超过表中所列指标。 3.灵敏限 测试装置：和非线性偏差的测试装置相同。 要求：所需要的信号压力变化值不得超过表中所列指标,1定值器；2压力表；3百分表,4.流通能力 测试装置如图所示，与一般流量校验装置相似。,5.流量特性 测试装置如流通能力测试图所示 测试方法：按流通能力的测试方法进行，分别测取相对开度为5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%时的相对应流通能力，即由此得到控制阀的实测流量特性。 要求：实测流量特性与理论流量特性最大偏差不应超过表中所列指标。,6.允许泄漏 在薄膜气室中输入规定的气压，使阀关闭，并将室温的水以规定的压力按流开方向输入阀中，测量阀另一端流出的泄漏量。允许的泄漏量不能超过表中所规定的数值。,1高位槽；2压力表；3定值器；4计量槽,4.7 执行器的安装与维护,执行器最好是正立垂直安装于水平管道上。 执行器应安装在靠近地面或楼板的地方，在其上、下方应留有足够的间隙。 选择执行器的安装位置时，应采取其前后有不小于10D（D为管道直径）的直管段。,执行器应安装在便于调整、检查和拆卸的地方。在保证安全生产的同时也应该考虑节约投资、整齐美观。这里介绍一些安装的原则。,一、执行器的安装,控制阀安装在管道上时，阀体上的箭头方向与管道中流体流动方向应相同。如果控制阀的口径与管道的管径不同时，两者之间应加一个渐缩管来连接。 为防止执行机构的薄膜老化，执行器应尽量安装在远离高温、振动、有毒、及腐蚀严重的场地。,当生产现场有检测仪表时，控制阀应尽量与其靠近，以利于调整。外要注意工艺过程对控制阀位置的要求。 为了安全起见，控制阀应加旁通管路，并装有切断阀及旁路阀。以便在控制阀发生故障或维修时，通过旁路使生产过程继续进行。,一、执行器的安装,旁路组合的形式较多，现举常用的四种方案如图所示。,(a)是过去习惯采用的方案，旁路可以自动放空，但由于两个切断阀与控制阀在一根管线上，难于拆卸、安装，且所占空间大。 (b)这种方案比较好，布置紧凑，占地面积小，便于拆卸。 (c)这种形式也比较好，便于拆卸，但占地面积比(b)大一些。 (d)这种方案只适用于小口径控制阀，否则执行器安装位置高，拆装不便。,一、执行器的安装,二、 执行器的维护,阀体内壁 阀座 阀芯 膜片和“O”形密封 密封填料,执行器的正常工作与维护检修有很大关系。日常维护工作主要是观察阀的工作状态，使填料密封部分保持良好的润滑状态。定期检修能够及时发现问题并更换零件。维护检修时重点检查的部位是：,本章小结,执行器按能源形式分有气动执行器、电动执行器和液动执行器三大类。 执行器由执行机构和调节机构两个部分组成，各类执行器调节机构的种类和构造大致相同，主要是执行机构不同。 执行机构是执行器的推动装置，它根据控制信号的大小，产生相应的推力，推动调节机构动作。 气动执行机构常用的有薄膜执行机构和活塞执行机构。电动执行机构由伺服放大器和执行机构两部分组成。,调节阀是执行器的调节部分，在执行机构推力的作用下，调节阀通过阀芯行程的改变，也就是改变阀门的开度，直接调节流体的流量。 阀门定位器是执行器的一种辅助仪表，它与执行器配套使用。 执行器在控制系统中处于重要的地位，使用时主要考虑结构形式的选择、流量特性的选择和口径的选择等问题。 气动执行器有始点偏差、终点偏差、非线性偏差、正反行程变差、灵敏限、全行程偏差、流通能力误差、流量特性误差、薄膜气室或汽缸的气密性、调节阀的密封性、阀座关闭时允许的泄漏量等技术性能指标。,1.执行器在过程控制中起什么作用？常用的电动执行器与气动执行器有何特点？ 2.执行器由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 3.简述电动执行器的构成原理，伺服电机的转向和位置与输入信号有什么关系？ 4.伺服放大器是如何控制电机的正反转？ 5.确定控制阀的气开、气关作用方式有哪些原则？试举例说明。 6.直通单、双座控制阀有何特点，适用于哪些场合？ 7.什么是控制阀的可调比？串联或并联管道时会使实际可调比若何变化？ 8.什么是控制阀的流通能力？确定流通能力的目的是什么？ 9.什么是控制阀的流量特性？什么是控制阀的理想流量特性和工作流量特性？为什么说流量特性的选择是非常重要的？ 10.为什么要使用阀门定位器？它的作用是什么？,思考与练习题,谢谢大家！,再见！,