第四章执行器课件

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,第,4,章 过程控制装置,教学要求与学习目标：,1,了解差压式变送器和温度变送器的工作原理。,2,了解防爆安全栅的工作原理。,3,了解差控制器调节规律实现的方法。,4,掌握气动、电动执行器的结构、组成及工作原理,。,教学,内容,:,4.3,执行器,本章思考题：,p175: 1,、,4,、,5,、,6,、,7,、,8,、,11,、,14,、,19,、,20,、,22,、,23,、,24,、,25,、,26,。,本节作业：,P176,：,16,、,18,、,30,4.3,执行器,本节主要内容,:,气动薄膜执行器的结构、类型及使用场合,气动执行器 控制阀的流量特性,控制阀的选择（,阀门气开、气关的选,择原则）,电动执行器,电气转换器及电气,阀门定位器,执行器的分类（按能源形式）,气动执行器：（最常用）,电动执行器：（应用较少）,液动执行器：（不用）,结构简单、动作可靠、平稳、输出 推力大、维修方便、防火防爆、价格低廉,能源取用方便、信号传递快、但结构复杂、防爆性能差。,控制器,执行器,电,气,转换器,电信号,气信号,使用成本高，易泄露，清洁度差，使用在少数大驱动力、高精度的场合,执行机构选择的主要考虑因素是：可靠性；经济性；动作平稳、足够的输出力矩；,结构简单、维护方便。,4.3.1,气动执行器,一 气动执行器由哪几部分组成？各部分的作用是什么？,P176,：,19,气动执行器,执行机构,：,控制机构：,（阀）,是执行器的推力装置，它按控制信号压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作。,所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置,。,是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量。,所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置,辅助,装置：,阀门定位器：,手轮机构：,是利用反馈原理来改善执行器的性能，使执行器能按控制器的控制信号，实现,准确的定位,当停电、停气、控制器或执行器失灵时，利用它可,直接操纵控制阀,，维持生产的正常运行。,二 执行器的执行机构、控制阀分别有哪些结构形式？各有什么特 点？主要用在什么场合？,薄膜式：,活塞式：,长行程：,气动执行器,执行机构,控制机构,（调节阀）,结构简单，价格便宜，维修 方便，应用广泛。中小口径（薄膜,20-100kPa,）,适用于大口径，高静压、高压差的控制阀或蝶阀的推动装置。（汽缸,0.5MPa,）,行程规格：,25-100mm,带阀门定位器，适合控制质量高的系统,适用于输出转角（,0,90,）和有力矩的场合，如用于蝶阀或风门的推力装置。,行程规格：,10,、,16,、,25,、,40,、,60,、,100mm,膜片面积规格：,200,、,280,、,400,、,630,、,1000,、,1600cm,2,正作用,执行机构,：,信号压力通入膜室上方，信号压力,增大,，,阀杆向下。反作用,执行机构,：,信号压力通入膜室下方，信号压力,增大,，,阀杆向上,。,二 执行器的执行机构、控制机构分别有哪些结构形式？各有什么特 点？主要用在什么场合？,薄膜式：,活塞式：,长行程：,直通单座控制阀 直通双座控制阀,角形控制阀 三通控制阀,隔膜控制阀 蝶阀,球阀 凸轮挠曲阀 笼式阀,气动执行器,执行机构,控制机构,（调节阀）,结构简单，价格便宜，维修 方便，应用广泛。（,20-100kPa,）,适用于大口径，高静压、高压差的控制阀或蝶阀的推动装置。（,0.5MPa,）,行程规格：,25-100mm,带阀门定位器，适合控制质量高的系统,适用于输出转角（,0,90,）和有力矩的场合，如用于蝶阀或风门的推力装置。,行程规格：,10,、,16,、,25,、,40,、,60,、,100mm,膜片面积规格：,200,、,280,、,400,、,630,、,1000,、,1600cm,2,各种控制阀的结构、特点及使用场合,类 型,直通单座控制阀,直通双座控制阀,角形控制阀,三通控制阀,结 构,特 点,使用场合,不平衡力小、泄漏量大、,最为常用,小口径、低压差,结构简单、泄漏量小、易于保证关闭、流体对阀芯上、下的推力不平衡,流路简单、阻力较小,现场管道要求直角联接、高压差、介质粘度大、含有少量悬浮物和颗粒状固体,有三个出入口与工艺管道联接，可组成分流与合流两种型式,配比控制或旁路控制,“,节流元件,”,正作用阀：阀杆,Q,反作用阀：阀杆,Q,各种控制阀的结构、特点及使用场合,类 型,直通单座控制阀,直通双座控制阀,角形控制阀,三通控制阀,结 构,特 点,使用场合,不平衡力小、泄漏量大、,大口径，最为常用,小口径、低压差,结构简单、泄漏量小、易于保证关闭、流体对阀芯上、下的推力不平衡,流路简单、阻力较小,现场管道要求直角联接、高压差、介质粘度大、含有少量悬浮物和颗粒状固体,有三个出入口与工艺管道联接，可组成分流与合流两种型式,配比控制或旁路控制,“,节流元件,”,正作用阀：阀杆,Q,反作用阀：阀杆,Q,各种控制阀的结构、特点及使用场合,类 型,直通单座控制阀,直通双座控制阀,角形控制阀,三通控制阀,结 构,特 点,使用场合,不平衡力小、泄漏量大、,最为常用,小口径、低压差,结构简单、泄漏量小、易于保证关闭、流体对阀芯上、下的推力不平衡,流路简单、阻力较小,现场管道要求直角联接、高压差、介质粘度大、含有少量悬浮物和颗粒状固体,有三个出入口与工艺管道联接，可组成分流与合流两种型式,配比控制或旁路控制,“,节流元件,”,正作用阀：阀杆,Q,反作用阀：阀杆,Q,隔膜控制阀,蝶阀,(,翻板阀）,球阀,凸轮挠曲阀,（,偏心旋转阀）,类 型,结 构,特 点,使用场合,结构简单、流阻小、流通能力大、耐腐蚀性强,强酸、强碱、强腐蚀性、高粘度、含悬浮颗粒状的介质,结构简单、重量轻、价格便宜、流阻极小、泄漏量大,大口径、大流量、低压差、含少量纤维或悬浮颗粒状介质,阀芯与阀体都呈球形体,流体的粘度高、污秽、双位控制,密闭性好、重量轻、体积小、安装方便,介质粘度高含悬浮物颗粒,隔膜控制阀,蝶阀,(,翻板阀）,球阀,凸轮挠曲阀,（,偏心旋转阀）,类 型,结 构,特 点,使用场合,结构简单、流阻小、流通能力大、耐腐蚀性强,强酸、强碱、强腐蚀性、高粘度、含悬浮颗粒状的介质,结构简单、重量轻、价格便宜、流阻极小、泄漏量大,大口径、大流量、低压差、含少量纤维或悬浮颗粒状介质,阀芯与阀体都呈球形体,流体的粘度高、污秽、双位控制,密闭性好、重量轻、体积小、安装方便,介质粘度高含悬浮物颗粒,笼式阀,（,套筒型控制阀）,类 型,结 构,特 点,使用场合,可调范围大、振动小、不平衡力小、结构简单、套筒互换性好、汽蚀小、噪音小,压差大，要求噪音小的场合。对高温、高粘度及含固体颗粒的介质不适合,三,何谓,控制阀的流量特性？又何谓理想流量特性和工作流量特性？,P176-20,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）之间的关系。,即,理想流量特性,阀前后压差保持不变的流量特性,工作流量特性,实际使用过程中，阀前后压差会随阀开度的变化而变化，此时的流量特性为,工作流量特性,四 控制阀的理想流量特性有哪些？写出其数学表达式？各有什么特点？,直线流量特性,控制阀的相对流量与相对开度成直线关系。即单位位移引起的流量变化是常数。,根据,直线流量特性,可推得：,补充图 不同流量特性的阀芯形状,1,快开；,2,直线；,3,抛物线；,4,等百分比,根据阀芯形状的不同，,有快开、直线、等百分比（对数）、抛物线,等几种,：,4-56,直线流量特性的特点：,等百分比（对数）流量特性：,是指单位相对开度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，即控制阀的放大系数 随相对流量 的增加而增加，即,根据上述关系可推得：, 抛物线流量特性：,Q/Q,max,与,l/L,成抛物线关系。,快开特性,： 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，称快开特性。适合于迅速启闭的切断阀或双位控制系统。,五 控制阀的工作流量特性 对,理想流量特性的影响？,串联管道的工作流量特性,P=P,1,+P,V,P,P,V,（全开）,S=,S=1,时，是理想特性工作时,S,1,，,一般,S,选,0.3,0.5,理想的直线流量特性畸变为快开特性,理想的等百分比特性即畸变为直线特性,阀权度,并联管道的工作流量特性,Q=Q,控,+Q,旁,x=,Q,控,（全开）,Q,x,并联管道中的分流比,x=1,时，是理想特性,随,x,减小，,Q,旁,增加,，,控制阀的可调范围减小,当,x,很小时，控制阀不起作用。所以一般,x0.8,补充图,1,串、并联管道都会使阀的理想流量特性发生畸变，串联管道尤为严重。,2,串、并联管道都会使阀的可调范围降低，并联管道尤为严重。,3,串联管道使系统总流量减少，并联管道使系统总流量增大。,4,串、并联管道会使控制阀的放大系数减小，即输入信号变化引起的流量变化值减少,。,总结：,六 如何选择控制阀？,11,选用控制阀时，一般要根据被控介质的特性（温度、压力、腐蚀性、粘度等）、控制要求、安装地点，参考各类控制阀的特点合理选用。考虑因素：,2,选流量特性：,一般先按控制系统的特点选择阀的希望流量特性，再考虑工艺配管情况来选择相应的理想流量特性，使控制阀安装在具体的 管道系统中，畸变后的工作流量特性 能 满足控制系统对它的要求。,等百分比流量特性,最常用。,1,选结构：,根据工艺条件选择结构。,选择执行器的气开式与气关式,气关式：,有气压信号时阀关、无气压信号时阀开的气动执行器。,气开式：,有气压信号时阀开、无气压信号时阀关的气动执行器。, 何谓气动薄膜执行机构的 正、反作用？,正作用：,信号压力,增大,时，,阀杆向下,动作的叫,正作用执行机构,（,ZMA,型）。信号压力是通入波纹膜片上方的薄膜室。,反作用：,信号压力,增大,时，,阀杆向上,动作的叫,反作用执行机构,（,ZMB,型）。信号压力是通入波纹膜片下方的薄膜室。两者可改装。, 何谓气动薄膜控制机构的 正、反作用？（正装、反装）,反,正,正作用阀：,阀杆,Q,；,反作用阀：,阀杆,Q,执行器的正、反作用方向如何确定？,作用方向取决是气开阀还是气关阀,“,正,”,方向：,当执行器的输入信号,增加时,，气开阀的开度,增加,。因而流过阀的流体流量也,增加,，,故气开阀是,“,正,”,方向,“,反,”,方向：,当执行器的输入信号,增加,时，气关阀的开度,减小,。因而流过阀的流体流量,也减小,，,故气关阀是,“,反,”,方向,正,正,正,反,正,反,反,反,正,正,反,反,气关式,气关式,气开式,气开式,执行器的气开与气关形式是由阀门执行机构的正、反作用和控制机构的正装、反装组合而定的。,4,控制阀口径的选择,根据控制阀流量系数,C,的值查表,4-5,的公式计算,流量系数,C,在给定的行程下，当阀两端压差为,100KPa,，,流体密为,1g/cm,3,时，,流经控制阀的流体流量（,m,3,/h,）。,最大流量系数,C,max,阀全开时的流量系数。,对不可压缩流体，且阀前后压差,p,1,-p,2,不太大时,，,流量系数按下式计算：,气开、气关的选择原则 主要从工艺生产安全要求出发。考虑原则：信号压力中断时，应保证设备与操作人员的安全。例如：,燃料气,TC,气开型,易结晶介质,TC,气关型,具体计算见,Pg169,：,4.3.2,电动执行器,一 电动执行器有什么功能？,电动执行器的功能是接收来自控制器的,0,10mA,或,4,20mA,的直流电流信号，并将其转换成相应的角位移或直行程位移，去操纵阀门、挡板等控制机构，以实现自动控制。,电子管型 ： 已淘汰 电动单元组合仪表,晶 体 管： 将近淘汰（,0,10mA,） （,DDZ,）,集成电路： 应用中（,4,20mA,）,电信号,位移,二,电动执行器的类型、组成？,它也是由,执行机构,和,调节机构,两部分组成。其中调节机构和气动执行器是通用的，不同的只是电动执行机构，它用电动机产生推力启闭调节阀。,电动执行机构用控制电机作动力装置。输出形式有,角行程（,DKJ,）,：电机转动经减速器后输出。,直行程,(DKZ),：电机转动经减速器减速并转换为直线位移输出。,相对气动、液动执行器而言，电动执行器主要有,3,点优势：,(1),无需特殊的气源和空气净化等装置。,(2),可远距离传输信号，电缆敷设比气管和液体管道敷设方便得多，且便于线路检查；,(3),与计算机连接方便简洁，更适应采用电子信息新技术。,输入信号与位置反馈信号进行比较，将差值放大。,驱动,电机,经减速输出，带动阀门,直到位置发送器检测到的位置信号与输入信号相等时，放大器输出为零。,电动执行器原理方框图,组成,4.3.3,电,-,气转换器及电,-,气阀门定位器,一,电,气转换器,电,气转换器,是将,电信号,转换为相应的,气信号,的一种装置。,负反馈,磁铁,调零,F,i,F,f,背压,I,吸力,F,i,杠杆偏转,挡板与喷嘴间隙,背压,放大器输入,输出压力,P,杠杆的反馈力,F,f,杠杆平衡,P,I,二、电,-,气阀门定位器,气动调节阀中，阀杆的位移是由薄膜上气压推力与弹簧反作用力平衡确定的。,为了防止阀杆处的泄漏要压紧填料，使阀杆摩擦力增大，这会影响输入信号,P,的执行精度。,电,气阀门定位器除了能将电信号转换为气信号外，还能够使阀杆位移与送来的信号大小保持线性关系，即实现控制器输入信号与阀门位置之间关系的准确定位，故取名为定位器,4.3.3,电,-,气转换器及电,-,气阀门定位器,I,杠杆上端左移,挡板,靠近喷嘴,P,压力,阀杆下移,反馈凸轮,反转,反馈弹簧左拉,杠杆平衡,