化工仪表及自动化之执行器课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,化工仪表及自动化,第十一章 执行器,内容提要,气动执行器,气动执行器的组成与分类,控制阀的流量特性,控制阀的选择,气动执行器的安装和维护,阀门定位器与电-气转换器,气动阀门定位器,电-气阀门定位器,电-气转换器,1,内容提要,电动执行器,概述,角行程电动执行机构,直行程电动执行机构,2,概述,3,作用,接受控制器的输出信号,直接控制能量或物料等调节介质的输送量,达到控制温度、压力、流量、液位等工艺参数的目的。,按能源形式分类,气动执行器,电动执行器,液动执行器,执行器,从结构来说,执行机构,调节机构,概述,气-电转换器,电-气转换器,电-气阀门定位器,气动执行器,电动执行器,气动控制仪表,电动控制仪表,图11-1 转换单元的使用简图,4,第一节 气动执行器,5,结,构,气动执行结构,控制阀,一、气动执行器的组成与分类,1.组成,第一节 气动执行器,常用辅助设备,阀门定位器,手轮机构,图11-2 气动薄膜控制阀外形图,6,第一节 气动执行器,7,2.执行机构的分类,薄膜式,结构简单、价格便宜、维修方便，应用广泛。,活塞式,推力较大，用于大口径、高压降控制阀或蝶阀的推动装置。,长行程,行程长、转矩大，适于输出转角,（6090）,和力矩。,气动薄膜式执行机构有正作用和反作用两种形式。,根据有无弹簧可分为有弹簧的及无弹簧的执行机构。,结,构,图11-3 正作用式气动薄膜执行机构,1上膜盖； 2波纹膜片； 3下膜盖 ；4支架；5推杆；6弹簧；7弹簧座；8调节件；9连接阀杆螺母； 10行程标尺,第一节 气动执行器,图11-4 反作用式气动薄膜执行机构,1上膜盖； 2波纹膜片；3下膜盖；4密封膜片；5密封环；6填块；7支架；8推杆；9弹簧；10弹簧座；11衬套；12调节件；13行程标尺,8,第一节 气动执行器,9,3.控制阀的分类,根据不同的使用要求，控制阀的结构形式主要有以下几种。,（1）直通单座控制阀,阀体内只有一个阀芯与阀座。,特点,结构简单、价格便宜、全关时泄漏量少。,直通单座阀,缺点,在压差大的时候，流体对阀芯上下作用的推力不平衡，这种不平衡力会影响阀芯的移动。,第一节 气动执行器,10,（2）直通双座控制阀,阀体内有两个阀芯和两个阀座。,特点,流体流过的时候，不平衡力小。,缺点,容易泄漏,直通双座阀,第一节 气动执行器,（3）角形控制阀,角形阀的两个接管呈直角形。,特点,流路简单、阻力较小，适于现场管道要求直角连接，介质为高黏度、高压差和含有少量悬浮物和固体颗粒状的场合。流向一般是底进侧出。,11,角形阀,第一节 气动执行器,（4）高压控制阀,高压控制阀的结构形式大多为角形,阀芯头部,掺铬或镶以硬质合金,以适应高压差下的冲刷和汽蚀。,为了减少高压差对阀的汽蚀,有时采用,几级,阀芯,把高差压分开,各级都承担一部分以减少损失。,12,第一节 气动执行器,（5）三通控制阀,共有三个出入口与工艺管道连接。,按照流通方式分,合流型和分流型两种,13,三通阀,（A）,（B）,（A）分流型,（B）合流型,第一节 气动执行器,14,（6）隔膜控制阀,采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜。,特点,结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他种类的阀要大。不易泄漏。耐腐蚀性强，适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也能用于高黏度及悬浮颗粒状介质的控制。,注意执行机构须有足够的推力,隔膜阀,第一节 气动执行器,（7）蝶阀,特点,结构简单、重量轻、价格便宜、流阻极小。,缺点,泄漏量大。,15,蝶阀,第一节 气动执行器,16,（8）球阀,节流元件是带圆孔的球形体（A）或是一种V形缺口球形体（B）。,特点,（A）转动球体可起到控制和切断的作用,（B）转动球心使V形缺口起节流和剪切的作用,其特性近似于等百分比型。,球阀,（A）,（B）,第一节 气动执行器,（9）凸轮挠曲阀,阀芯呈扇形球面状，与挠曲臂及轴套一起铸成，固定在转动轴上。,特点,密封性好。重量轻、体积小、安装方便，适用于要求控制和密封的场合。,17,凸轮挠曲阀,第一节 气动执行器,18,（10）笼式阀,特点,可调比大、振动小、不平衡力小、结构简单、套筒互换性好，更换不同的套筒可得到不同的流量特性，阀内部件所受的汽蚀小、噪声小，是一种性能优良的阀，特别适用于要求低噪声及压差较大的场合。,笼式阀,缺点,不适用高温、高黏度及含有固体颗粒的流体。,第一节 气动执行器,二、控制阀的流量特性,控制阀的流量特性,是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）间的关系，即,19,第一节 气动执行器,20,1.控制阀的理想流量特性,在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。它取决于阀芯的形状,（1）直线流量特性,指控制阀的相对流量与相对开度成直线关系。,（11-2）,图11-6 控制阀的理想流量特性( R= 30),1直线；2等百分比(对数) ；3快开 ； 4抛物线,第一节 气动执行器,21,将（11-2）积分可得,（11-3）,边界条件,：,l,=0,时，,Q,=,Q,min,;,l,=,L,时,Q,=,Q,max,把边界条件代入式（11-3），可分别得,（11-4）,R,为控制阀的可调范围或可调比。,Q,min,不等于控制阀全关时的泄漏量，一般是,Q,max,的24。,注意！,第一节 气动执行器,将式（11-4）代入式（11-3），可得,（11-5）,注意：当可调比,R,不同时，特性曲线在纵坐标上的起点是不同的。,22,第一节 气动执行器,23,举例,当,R,=30,l,/,L,=0时，,Q/Q,max,=0.33,假设,R,=,位移变化量为10%,在10时，流量变化的相对值为,在50时，流量变化的相对值为,在80时，流量变化的相对值为,在流量小时，流量变化的相对值大；在流量大时，流量变化的相对值小。,第一节 气动执行器,24,（2）等百分比（对数）流量特性,等百分比流量特性,是指单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系。,（11-6）,将（11-6）积分,将前述边界条件代入,（11-11）,第一节 气动执行器,25,（4）抛物线流量特性,（3）快开流量特性,这种流量特性在开度较小时就有较大流量，随开度的增大，流量很快就达到最大。,快开特性的阀芯形式是平板形的，适用于迅速启闭的切断阀或双位控制系统。,第一节 气动执行器,26,.工作流量特性,在实际生产中，控制阀前后压差总是变化的，这时的流量特性称为,工作流量特性。,（1）串联管道的工作流量特性,图11-7 串联管道的情形,工作流量特性,第一节 气动执行器,27,图11-8管道串联时控制阀的工作流量特性,第一节 气动执行器,28,（2）并联管道的工作流量特性,控制阀一般都装有旁路，以便手动操作和维护。当生产量提高或控制阀选小了时，只好将旁路阀打开一些，此时控制阀的理想流量特性就改变成为工作特性。,如图11-9所示，显然这时管路的总流量,Q,是控制阀流量,Q,1,与旁路流量,Q,2,之和，即,Q,Q,1,Q,2,。,图11-9 并联管道情况,第一节 气动执行器,29,以,x,代表并联管道时控制阀全开时的流量与总管最大流量,Q,max,之比，可以得到在压差,p,为一定时，而,x,为不同数值时的工作流量特性曲线。,图11-10并联管道时控制阀的工作特性,第一节 气动执行器,30,由上图可见,当,x,1，即旁路阀关闭时，控制阀的工作流量特性与理想流量特性相同。,随着,x,值的减小，即旁路阀逐渐打开，虽然阀本身的流量特性变化不大，但可调范围大大降低了。,控制阀关死，即,l/L,0时，流量,Q,min,大大增加。,第一节 气动执行器,在实际使用中总存在着串联管道阻力的影响，控制阀上的压差还会随流量的增加而降低，使可调范围下降得更多些，控制阀在工作过程中所能控制的流量变化范围更小，甚至几乎不起控制作用。,采用打开旁路阀的控制方案是不好的，一般认为旁路流量最多只能是总流量的百分之十几，即,x,值最小不低于0.8。,31,第一节 气动执行器,32, 串、并联管道都会使阀的理想流量特性发生畸变，串联管道的影响尤为严重。, 串、并联管道都会使控制阀的可调范围降低，并联管道尤为严重。, 串联管道使系统总流量减少，并联管道使系统总流量增加。, 串、并联管道会使控制阀的放大系数减小，串联管道时控制阀大开度时影响严重，并联管道时控制阀小开度时影响严重。,结论,第一节 气动执行器,三、控制阀的选择,1.控制阀的尺寸选择,流经控制阀的流量为,令,代入式 (11-13) ,得,(11-13),(11-14),C,称为,控制阀的流量系数,它与阀芯与阀座的结构、阀前后的压差、流体性质等因素有关。,33,第一节 气动执行器,额定流量系数,指在控制阀全开,阀两端压差为,0.1MPa,介质密度为,1g/cm,3,时,流经控制阀的介质流量数(以,m,3,/h,表示)。,举例,有一个,C,值为40的控制阀,表示当此阀全开,阀前后压差为,0.1MPa,时,每小时能通过的水量为,40m,3,。,由式 (11-14)可知,当生产工艺中需要的流量,Q,和压差,p,决定后,就可确定阀门的流量系数,C,再从流量系数,C,就可选择阀门的尺寸。,现在,用控制阀流量系数,K,V,代替流量系数,C,。,34,第一节 气动执行器,35,主要根据工艺条件，如温度、压力及介质的物理、化学特性（如腐蚀性、黏度等）来选择。,结构形式选择,特性选择,先按控制系统的特点来选择阀的希望流量特性，然后再考虑工艺配管情况来选择相应的理想流量特性。,目前使用比较多的是等百分比流量特性。,2.控制阀结构与特性的选择,第一节 气动执行器,主要从工艺生产上安全要求出发。,信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全。如果阀处于打开位置时危害性小，则应选用气关式，以使气源系统发生故障，气源中断时，阀门能自动打开，保证安全。反之阀处于关闭时危害性小，则应选用气开阀。,选择要求,压力信号增加时，阀关小、压力信号减小时阀开大的为,气关式,。反之，为,气开式,。,3.气开式与气关式的选择,36,第一节 气动执行器,序号,执行机构,控制阀,气动执行器,（a）,（b）,（c）,（d）,正,正,反,反,正,反,正,反,气关（反）,气开（正）,气开（正）,气关（反）,37,表11-1组合方式表,图11-11 组合方式图,第一节 气动执行器,四、控制阀的安装和维护,38,（1）为便于维护检修，气动执行器应安装在靠近地面或楼板的地方。,（2）气动执行器应安装在环境温度不高于+60和不低于-40的地方，并应远离振动较大的设备。,（3）阀的公称通径与管道公称通径不同时，两者之间应加一段异径管。,第一节 气动执行器,（5）通过控制阀的流体方向在阀体上有箭头标明，不能装反。,（4）气动执行器应该是正立垂直安装于水平管道上。特殊情况下需要水平或倾斜安装时，除小口径阀外，一般应加支撑。即使正立垂直安装，当阀的自重较大和有振动场合时，也应加支撑。,（6）控制阀前后一般要各装一只切断阀，以便修理时拆下控制阀。考虑到控制阀发生故障或维修时，不影响工艺生产的继续进行，一般应装旁路阀。,39,第一节 气动执行器,40,（7）控制阀安装前，应对管路进行清洗，排去污物和焊渣。安装后还应再次对管路和阀门进行清洗，并检查阀门与管道连接处的密封性能。当初次通入介质时，应使阀门处于全开位置以免杂质卡住。,图11-12控制阀在管道中的安装,1调节阀；2切断阀；3旁路阀,（8）在日常使用中，要对控制阀经常维护和定期检修。,第二节 阀门定位器与电-气转换器,一、气动阀门定位器,41,气动阀门定位器与气动控制阀配套使用,组成闭环系统,利用反馈原理来改善控制阀的定位精度和提高灵敏度,并能以较大功率克服阀杆的摩擦力、介质的不平衡力等影响,从而使控制阀门位置能按控制仪表来的控制信号实现正确定位。,组成及作用,分类,定位器有正作用和反作用两种。,第二节 阀门定位器与电-气转换器,42,图11-13气动阀门定位器,1波纹管； 2主杠杆 ；3量程弹簧； 4反馈凸轮支点 ； 5反馈凸轮； 6副杠杆 ； 7副杠杆支点 ；8薄膜执行机构； 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,第二节 阀门定位器与电-气转换器,二、电-气阀门定位器,采用电-气阀门定位器后，可用电动控制器输出的,010 mA,或,420 mA DC,电流信号去操纵气动执行机构；,43,第二节 阀门定位器与电-气转换器,图11-14 电-气阀门定位器,1永久磁钢；2导磁体；3主杠杆(衔铁)；4平衡弹簧；5反馈凸轮支点；6反馈凸轮；7副杠杆；8副杠杆支点；9薄膜执行机构；10反馈杆；11滚轮；12反馈弹簧；13调零弹簧；14挡板；15喷嘴；16主杠杆支点；17放大器,44,第二节 阀门定位器与电-气转换器,三、电-气转换器,可将来自电动控制器的输出信号经转换后用以驱动气动执行器,或者将来自各种电动变送器的输出信号经转换后送往气动控制器。,图11-15 电-气转换器原理结构图,1喷嘴挡板；2调零弹簧；3负反馈波纹管；4十字弹簧；5正反馈波纹管；6杠杆；7测量线圈；8磁钢；9铁芯；10放大器,45,第三节 电动执行器,定义,电动执行器是电动控制系统中的一个重要组成部分。它把来自控制仪表的,010mA,或,420mA,的直流统一电信号,转换成与输入信号相对应的转角或位移,以推动各种类型的控制阀,从而达到连续控制生产工艺过程中的流量,或简单地开启和关闭阀门以控制流体的通断,达到自动控制生产过程的目的。,46,第三节 电动执行器,一、概述,1.电动执行器的特点, 由于工频电源取用方便,不需增添专门装置,特别是执行器应用数量不太多的单位,更为适宜;, 动作灵敏、精度较高、信号传输速度快、传输距离可以很长,便于集中控制;, 在电源中断时,电动执行器能保持原位不动,不影响主设备的安全;, 与电动控制仪表配合方便,安装接线简单;, 体积较大、成本较贵、结构复杂、维修麻烦,并只能应用于防爆要求不太高的场合,47,第三节 电动执行器,2.电动执行器的组成,两大部分,电动执行机构,调节机构,电动执行机构根据其输出形式不同,角行程电动执行机构,直行程电动执行机构,多转式电动执行机构。,48,第三节 电动执行器,二、角行程电动执行机构,DKJ,型角行程电动执行机构以交流,220V,为动力,接受控制器的直流电流输出信号,并转变为,090,的转角位移,以一定的机械转矩和旋转速度自动操纵挡板、阀门等调节机构,完成调节任务。,图11-16 角行程执行机构的组成示意图,电动执行机构不仅可与控制器配合实现自动控制,还可通过操作器实现控制系统的自动控制和手动控制的相互切换。,49,第三节 电动执行器,三、直行程电动执行机构,直行程电动执行机构(,DKZ,型)是以控制仪表的指令作为输入信号,使电动机动作,然后经减速器减速并转换为直线位移输出,去操作单座、双座、三通等各种控制阀和其他直线式调节机构,以实现自动调节的目的。,50,例题分析,在生产实际中,由于生产负荷的变动,使原设计的控制阀尺寸不能相适应,会有什么后果?为什么?,解：,当生产中由于负荷增加,使原设计的控制阀尺寸显得太小时,会使控制阀经常工作在大开度,调节效果不好。,此时若开启旁路阀,会使控制阀特性发生畸变,可调范围大大降低;当生产中由于负荷减少,使原设计的控制阀尺寸显得太大时,会使控制阀经常工作在小开度,调节显得过于灵敏 (特别是对于直线流量特性的控制阀) ,控制阀有时会振动,产生噪声,严重时发出尖叫声。,51,例题分析,此时为了增加管路阻力,有时会适当关小与控制阀串联的工艺阀门,但这样做的结果会使控制阀的特性发生严重畸变,甚至会接近于快开特性,控制阀的实际可调范围降低,严重时会使控制阀失去调节作用。,所以当生产中负荷有较大改动时,在可能的条件下,应相应地更换控制阀,或采用其他控制方案 (例分程控制系统)。,52,END,5,、世上最美好的事是：我已经长大，父母还未老,;,我有能力报答，父母仍然健康。,6,、没什么可怕的，大家都一样，在试探中不断前行。,7,、时间就像一张网，你撒在哪里，你的收获就在哪里。纽扣第一颗就扣错了，可你扣到最后一颗才发现。有些事一开始就是错的，可只有到最后才不得不承认。,8,、世上的事，只要肯用心去学，没有一件是太晚的。要始终保持敬畏之心，对阳光，对美，对痛楚。,9,、别再去抱怨身边人善变，多懂一些道理，明白一些事理，毕竟每个人都是越活越现实。,10,、山有封顶，还有彼岸，慢慢长途，终有回转，余味苦涩，终有回甘。,11,、人生就像是一个马尔可夫链，你的未来取决于你当下正在做的事，而无关于过去做完的事。,12,、女人，要么有美貌，要么有智慧，如果两者你都不占绝对优势，那你就选择善良。,13,、时间，抓住了就是黄金，虚度了就是流水。理想，努力了才叫梦想，放弃了那只是妄想。努力，虽然未必会收获，但放弃，就一定一无所获。,14,、一个人的知识，通过学习可以得到,;,一个人的成长，就必须通过磨练。若是自己没有尽力，就没有资格批评别人不用心。开口抱怨很容易，但是闭嘴努力的人更加值得尊敬。,15,、如果没有人为你遮风挡雨，那就学会自己披荆斩棘，面对一切，用倔强的骄傲，活出无人能及的精彩。,5,、人生每天都要笑，生活的下一秒发生什么，我们谁也不知道。所以，放下心里的纠结，放下脑中的烦恼，放下生活的不愉快，活在当下。人生喜怒哀乐，百般形态，不如在心里全部淡然处之，轻轻一笑，让心更自在，生命更恒久。积极者相信只有推动自己才能推动世界，只要推动自己就能推动世界。,6,、人性本善，纯如清溪流水凝露莹烁。欲望与情绪如风沙袭扰，把原本如天空旷蔚蓝的心蒙蔽。但我知道，每个人的心灵深处，不管乌云密布还是阴淤苍茫，但依然有一道彩虹，亮丽于心中某处。,7,、每个人的心里，都藏着一个了不起的自己，只要你不颓废，不消极，一直悄悄酝酿着乐观，培养着豁达，坚持着善良，只要在路上，就没有到达不了的远方！,8,、不要活在别人眼中，更不要活在别人嘴中。世界不会因为你的抱怨不满而为你改变，你能做到的只有改变你自己！,9,、欲戴王冠，必承其重。哪有什么好命天赐，不都是一路披荆斩棘才换来的。,10,、放手如拔牙。牙被拔掉的那一刻，你会觉得解脱。但舌头总会不由自主地往那个空空的牙洞里舔，一天数次。不痛了不代表你能完全无视，留下的那个空缺永远都在，偶尔甚至会异常挂念。适应是需要时间的，但牙总是要拔，因为太痛，所以终归还是要放手，随它去。,11,、这个世界其实很公平，你想要比别人强，你就必须去做别人不想做的事，你想要过更好的生活，你就必须去承受更多的困难，承受别人不能承受的压力。,12,、逆境给人宝贵的磨炼机会。只有经得起环境考验的人，才能算是真正的强者。自古以来的伟人，大多是抱着不屈不挠的精神，从逆境中挣扎奋斗过来的。,13,、不同的人生，有不同的幸福。去发现你所拥有幸运，少抱怨上苍的不公，把握属于自己的幸福。你，我，我们大家都可以经历幸福的人生。,14,、给自己一份坚强，擦干眼泪；给自己一份自信，不卑不亢；给自己一份洒脱，悠然前行。轻轻品，静静藏。为了看阳光，我来到这世上；为了与阳光同行，我笑对忧伤。,15,、总不能流血就喊痛，怕黑就开灯，想念就联系，疲惫就放空，被孤立就讨好，脆弱就想家，不要被现在而蒙蔽双眼，终究是要长大，最漆黑的那段路终要自己走完。,5,、从来不跌倒不算光彩，每次跌倒后能再站起来，才是最大的荣耀。,6,、这个世界到处充满着不公平，我们能做的不仅仅是接受，还要试着做一些反抗。,7,、一个最困苦、最卑贱、最为命运所屈辱的人，只要还抱有希望，便无所怨惧。,8,、有些人，因为陪你走的时间长了，你便淡然了，其实是他们给你撑起了生命的天空；有些人，分开了，就忘了吧，残缺是一种大美。,9,、照自己的意思去理解自己，不要小看自己，被别人的意见引入歧途。,10,、没人能让我输，除非我不想赢！,11,、花开不是为了花落，而是为了开的更加灿烂。,12,、随随便便浪费的时间，再也不能赢回来。,13,、不管从什么时候开始，重要的是开始以后不要停止；不管在什么时候结束，重要的是结束以后不要后悔。,14,、当你决定坚持一件事情，全世界都会为你让路。,15,、只有在开水里，茶叶才能展开生命浓郁的香气。,