第10章 執(zhí)行器

1、第十章第十章 執(zhí)行器執(zhí)行器 內(nèi)容提要內(nèi)容提要 概述概述 第一節(jié)第一節(jié) 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 n氣動(dòng)執(zhí)行器的組成與分類(lèi)氣動(dòng)執(zhí)行器的組成與分類(lèi) n控制閥的流量特性控制閥的流量特性 n控制閥的選擇控制閥的選擇 n氣動(dòng)執(zhí)行器的安裝和維護(hù)氣動(dòng)執(zhí)行器的安裝和維護(hù) 第二節(jié)第二節(jié) 閥門(mén)定位器與電閥門(mén)定位器與電- -氣轉(zhuǎn)換器氣轉(zhuǎn)換器 第三節(jié)第三節(jié) 電動(dòng)執(zhí)行器電動(dòng)執(zhí)行器 概述概述 接受控制器的輸出信號(hào),直接控制能量或物料 等調(diào)節(jié)介質(zhì)的輸送量,達(dá)到控制溫度、壓力、流量、 液位等工藝參數(shù)的目的。 p 氣動(dòng)執(zhí)行器 p 電動(dòng)執(zhí)行器 p 液動(dòng)執(zhí)行器 2 2、執(zhí)行器的分類(lèi)、執(zhí)行器的分類(lèi) 根據(jù)控制信號(hào)產(chǎn)生推力根據(jù)控制信號(hào)產(chǎn)生推

2、力(薄膜、活塞、馬達(dá)薄膜、活塞、馬達(dá)) 。 它是執(zhí)行器的推動(dòng)裝置，它按控制信號(hào)的大小產(chǎn)生相它是執(zhí)行器的推動(dòng)裝置，它按控制信號(hào)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)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) 的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置 根據(jù)推力產(chǎn)生位移或轉(zhuǎn)角，改變開(kāi)度。根據(jù)推力產(chǎn)生位移或轉(zhuǎn)角，改變開(kāi)度。 它是執(zhí)行器的控制部分，它直接與被控介質(zhì)接觸，控它是執(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)閥的流量的裝置過(guò)閥的流量的裝置 手操機(jī)構(gòu)的作用是當(dāng)控制系統(tǒng)因停電、停氣

3、、手操機(jī)構(gòu)的作用是當(dāng)控制系統(tǒng)因停電、停氣、 控制器無(wú)輸出或執(zhí)行機(jī)構(gòu)失靈時(shí)，利用它可以直控制器無(wú)輸出或執(zhí)行機(jī)構(gòu)失靈時(shí)，利用它可以直 接操縱控制閥，以維持生產(chǎn)的正常進(jìn)行。接操縱控制閥，以維持生產(chǎn)的正常進(jìn)行。 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 第一節(jié)第一節(jié) 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 n 一、氣動(dòng)執(zhí)行器的組成與分類(lèi)一、氣動(dòng)執(zhí)行器的組成與分類(lèi) 1 1、氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器組的成組的成 圖11-2 氣動(dòng)薄膜控制閥外形圖 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、維修方便，應(yīng)用廣泛。 推力較大

4、，用于大口徑、高壓降控制閥或蝶 閥的推動(dòng)裝置。 行程長(zhǎng)、轉(zhuǎn)矩大，適于輸出轉(zhuǎn)角（6090） 和力矩。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 通過(guò)更換個(gè)別零件，兩者便能相互改裝。 圖11-3 正作用式氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1上膜蓋； 2波紋膜片； 3 下膜蓋 ；4支架；5推桿；6 彈簧；7彈簧座；8調(diào)節(jié)件； 9連接閥桿螺母； 10行程標(biāo)尺 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 圖11-4 反作用式氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1上膜蓋； 2波紋膜片；3下膜蓋； 4密封膜片；5密封環(huán)；6填塊； 7支架；8推桿；9彈簧；10彈 簧座；11襯套；12調(diào)節(jié)件；13行 程標(biāo)尺 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 根據(jù)有無(wú)彈簧可分為有彈簧的及無(wú)彈簧的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

5、根據(jù)有無(wú)彈簧可分為有彈簧的及無(wú)彈簧的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 n 有彈簧的執(zhí)行機(jī)構(gòu)最為常用。有彈簧的執(zhí)行機(jī)構(gòu)最為常用。 n 無(wú)彈簧的執(zhí)行機(jī)構(gòu)常用于雙位式控制。無(wú)彈簧的執(zhí)行機(jī)構(gòu)常用于雙位式控制。 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 根據(jù)不同的使用要求，控制閥的結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾種。 閥體內(nèi)只有一個(gè)閥芯與閥座。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、全關(guān)時(shí)泄漏量少。 直通單座閥 在壓差大的時(shí)候，流體對(duì)閥芯上下作用的推力不 平衡，這種不平衡力會(huì)影響閥芯的移動(dòng)。 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 閥體內(nèi)有兩個(gè)閥芯和兩個(gè)閥座。 這種閥可分為正作用式（正裝）和反 作用式（反裝）兩種形式。圖示為正 裝：當(dāng)閥體直立、閥桿下移時(shí)，閥芯 與閥座間的流通面積減小。 反之

6、為反裝。 流體流過(guò)的時(shí)候，不平衡力小。 容易泄漏 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 角形閥的兩個(gè)接管呈直角形。 流路簡(jiǎn)單、阻力較小，適于現(xiàn)場(chǎng) 管道要求直角連接，介質(zhì)為高黏度、 高壓差和含有少量懸浮物和固體顆粒 狀的場(chǎng)合。流向一般是底進(jìn)側(cè)出。 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 高壓控制閥的結(jié)構(gòu)形式大多為角形,閥芯頭部 ,以適應(yīng)高壓差下的沖刷和汽蝕。 為了減少高壓差對(duì)閥的汽蝕,有時(shí)采用閥芯,把 高差壓分開(kāi),各級(jí)都承擔(dān)一部分以減少損失。 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 共有三個(gè)出入口與工藝管道連接。 合流型和分流型兩種 （A）（B） （A）分流型（一分為二）分流型（一分為二） （B）合流型（合二為一）合流型（合二為一） 氣動(dòng)執(zhí)行器氣

7、動(dòng)執(zhí)行器 采用耐腐蝕襯里的閥體和隔膜。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流阻小、流通能力比同口徑的其他 種類(lèi)的閥要大。不易泄漏。耐腐蝕性強(qiáng)，適用 于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的控制，也能用 于高黏度及懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。 注意執(zhí)行機(jī)構(gòu)須有足夠的推力注意執(zhí)行機(jī)構(gòu)須有足夠的推力 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、價(jià)格便宜、流阻極小。 泄漏量大。 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 節(jié)流元件是帶圓孔的球形體（A）或是一種V形缺 口球形體（B）。 特點(diǎn)特點(diǎn) （A）轉(zhuǎn)動(dòng)球體可起到控制和切斷的作用 （B）轉(zhuǎn)動(dòng)球心使V形缺口起節(jié)流和剪切的作用,其 特性近似于等百分比型。 （A） （B） 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 閥芯呈扇形球面狀，與撓曲臂及

8、軸套一起鑄成， 固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上。 密封性好。重量輕、體積小、安裝方便，適用 于要求控制和密封的場(chǎng)合。 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 可調(diào)比大、振動(dòng)小、不平衡力小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、套筒互換性好，更換不同的套筒可得到不 同的流量特性，閥內(nèi)部件所受的汽蝕小、噪聲 小，是一種性能優(yōu)良的閥，特別適用于要求低 噪聲及壓差較大的場(chǎng)合。 不適用高溫、高黏度及含有固體顆粒的流體。 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 n 二、控制閥的流量特性二、控制閥的流量特性 是指被控介質(zhì)流過(guò)閥門(mén)的相對(duì)是指被控介質(zhì)流過(guò)閥門(mén)的相對(duì) 流量與閥門(mén)的相對(duì)開(kāi)度（相對(duì)位移）間的關(guān)系，即流量與閥門(mén)的相對(duì)開(kāi)度（相對(duì)位移）間的關(guān)系，即 L l f Q Q max 式中式

9、中Q某一開(kāi)度時(shí)的流量某一開(kāi)度時(shí)的流量 Qmax全開(kāi)時(shí)的流量全開(kāi)時(shí)的流量 l某一開(kāi)度的行程某一開(kāi)度的行程 L全開(kāi)時(shí)的行程全開(kāi)時(shí)的行程 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 n 三、控制閥的選擇三、控制閥的選擇 210 2 ppFQ 0 2 FC p QC 流經(jīng)控制閥的流量為 令 代入式 (11-13) ,得 (11-13) (11-14) C稱(chēng)為,它與閥芯與閥座的結(jié)構(gòu)、閥前 后的壓差、流體性質(zhì)等因素有關(guān)。 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 主要根據(jù)工藝條件，如溫度、壓力及介質(zhì)的物 理、化學(xué)特性（如腐蝕性、黏度等）來(lái)選擇。 先按控制系統(tǒng)的特點(diǎn)來(lái)選擇閥的希望流量特性，然 后再考慮工藝配管情況來(lái)選擇相應(yīng)的理想流量特性。 氣動(dòng)執(zhí)行

10、器氣動(dòng)執(zhí)行器 主要從工藝生產(chǎn)上安全要求出發(fā)。主要從工藝生產(chǎn)上安全要求出發(fā)。信號(hào)壓力中斷時(shí)， 應(yīng)保證設(shè)備和操作人員的安全。如果閥處于打開(kāi)位置時(shí) 危害性小，則應(yīng)選用氣關(guān)式，以使氣源系統(tǒng)發(fā)生故障， 氣源中斷時(shí)，閥門(mén)能自動(dòng)打開(kāi)，保證安全。反之閥處于 關(guān)閉時(shí)危害性小，則應(yīng)選用氣開(kāi)閥。 壓力信號(hào)增加時(shí)閥關(guān)小、壓力信號(hào)減小時(shí)閥開(kāi)大的為 氣關(guān)式氣關(guān)式。反之，為氣開(kāi)式氣開(kāi)式。 （或：有壓力信號(hào)時(shí)閥關(guān)、無(wú)信號(hào)壓力時(shí)閥開(kāi)的為氣關(guān)式氣關(guān)式。 反之，為氣開(kāi)式氣開(kāi)式。） 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 序號(hào)序號(hào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制閥控制閥氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 （a a） （b b） （c c） （d d） 正正 正正 反反 反反

11、正正 反反 正正 反反 氣關(guān)（正）氣關(guān)（正） 氣開(kāi)（反）氣開(kāi)（反） 氣開(kāi)（反）氣開(kāi)（反） 氣關(guān)（正）氣關(guān)（正） 表表11-111-1組合方式表組合方式表（見(jiàn)下頁(yè)輔助說(shuō)明）（見(jiàn)下頁(yè)輔助說(shuō)明） 圖11-11 組 合方式圖 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 控制閥控制閥的正裝與反裝：的正裝與反裝： 正裝：當(dāng)閥體直立、閥桿下移時(shí)，閥芯與閥座間的流通面正裝：當(dāng)閥體直立、閥桿下移時(shí)，閥芯與閥座間的流通面 積減小。反之為反裝。積減小。反之為反裝。 （表（表11-1）組合方式的說(shuō)明：組合方式的說(shuō)明： 有壓力信號(hào)時(shí)閥關(guān)、無(wú)有壓力信號(hào)時(shí)閥關(guān)、無(wú) 信號(hào)壓力時(shí)閥開(kāi)的為信號(hào)壓力時(shí)閥開(kāi)的為氣關(guān)式（正作用）氣關(guān)式（正作用）。 反之，為

12、反之，為氣開(kāi)式氣開(kāi)式。（反作用）。（反作用） 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 n 四、控制閥的安裝和維護(hù)四、控制閥的安裝和維護(hù) （1 1）為便于維護(hù)檢修，氣動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)安裝在靠近地面）為便于維護(hù)檢修，氣動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)安裝在靠近地面 或樓板的地方。或樓板的地方。 （2 2）氣動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)安裝在環(huán)境溫度不高于）氣動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)安裝在環(huán)境溫度不高于+60+60和不和不 低于低于-40-40的地方，并應(yīng)遠(yuǎn)離振動(dòng)較大的設(shè)備。的地方，并應(yīng)遠(yuǎn)離振動(dòng)較大的設(shè)備。 （3 3）閥的公稱(chēng)通徑與管道公稱(chēng)通徑不同時(shí)，兩者之間）閥的公稱(chēng)通徑與管道公稱(chēng)通徑不同時(shí)，兩者之間 應(yīng)加一段異徑管。應(yīng)加一段異徑管。 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 （5 5）通過(guò)控

13、制閥的流體方向在閥體上有箭頭標(biāo)明，）通過(guò)控制閥的流體方向在閥體上有箭頭標(biāo)明， 不能裝反。不能裝反。 （4 4）氣動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)該是正立垂直安裝于水平管道上。）氣動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)該是正立垂直安裝于水平管道上。 特殊情況下需要水平或傾斜安裝時(shí)，除小口徑閥外，特殊情況下需要水平或傾斜安裝時(shí)，除小口徑閥外， 一般應(yīng)加支撐。即使正立垂直安裝，當(dāng)閥的自重較大一般應(yīng)加支撐。即使正立垂直安裝，當(dāng)閥的自重較大 和有振動(dòng)場(chǎng)合時(shí)，也應(yīng)加支撐。和有振動(dòng)場(chǎng)合時(shí)，也應(yīng)加支撐。 （6 6）控制閥前后一般要各裝一只切斷閥，以便修理）控制閥前后一般要各裝一只切斷閥，以便修理 時(shí)拆下控制閥。考慮到控制閥發(fā)生故障或維修時(shí)，不時(shí)拆下控制閥?？?/p>

14、慮到控制閥發(fā)生故障或維修時(shí)，不 影響工藝生產(chǎn)的繼續(xù)進(jìn)行，一般應(yīng)裝旁路閥。影響工藝生產(chǎn)的繼續(xù)進(jìn)行，一般應(yīng)裝旁路閥。 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 （7 7）控制閥安裝前，應(yīng)對(duì)管路進(jìn)行清洗，排去污物和焊）控制閥安裝前，應(yīng)對(duì)管路進(jìn)行清洗，排去污物和焊 渣。安裝后還應(yīng)再次對(duì)管路和閥門(mén)進(jìn)行清洗，并檢查閥門(mén)渣。安裝后還應(yīng)再次對(duì)管路和閥門(mén)進(jìn)行清洗，并檢查閥門(mén) 與管道連接處的密封性能。當(dāng)初次通入介質(zhì)時(shí)，應(yīng)使閥門(mén)與管道連接處的密封性能。當(dāng)初次通入介質(zhì)時(shí)，應(yīng)使閥門(mén) 處于全開(kāi)位置以免雜質(zhì)卡住。處于全開(kāi)位置以免雜質(zhì)卡住。 圖11-12控制閥在管道中的安裝 1調(diào)節(jié)閥；2切斷閥；3旁路閥 （8 8）在日常使用中，要對(duì)控制閥經(jīng)常維

15、護(hù)和定期檢修。）在日常使用中，要對(duì)控制閥經(jīng)常維護(hù)和定期檢修。 第二節(jié)第二節(jié) 閥門(mén)定位器與電閥門(mén)定位器與電-氣轉(zhuǎn)換器氣轉(zhuǎn)換器 電電-氣閥門(mén)定位器氣閥門(mén)定位器 采用電-氣閥門(mén)定位器后，可用電動(dòng)控制器輸出的 010 mA 或420 mA DC電流信號(hào)去操縱氣動(dòng)執(zhí)行 機(jī)構(gòu)。 第三節(jié)第三節(jié) 電動(dòng)執(zhí)行器電動(dòng)執(zhí)行器 電動(dòng)執(zhí)行器是電動(dòng)控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。電動(dòng)執(zhí)行器是電動(dòng)控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。 它把來(lái)自控制儀表的它把來(lái)自控制儀表的010mA或或420mA的直流統(tǒng)一電的直流統(tǒng)一電 信號(hào)信號(hào), ,轉(zhuǎn)換成與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角或位移轉(zhuǎn)換成與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角或位移, ,以推動(dòng)各以推動(dòng)各 種類(lèi)型的控制閥種類(lèi)型的控制閥, ,從而達(dá)到連續(xù)控制生產(chǎn)工藝過(guò)程中的流從而達(dá)到連續(xù)控制生產(chǎn)工藝過(guò)程中的流 量量, ,或簡(jiǎn)單地開(kāi)啟和關(guān)閉閥門(mén)以控制流體的通斷或簡(jiǎn)單地開(kāi)啟和關(guān)閉閥門(mén)以