過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表——執(zhí)行器儀表-zy

1、西安理工大學(xué)自動(dòng)化與信息工程學(xué)院西安理工大學(xué)自動(dòng)化與信息工程學(xué)院信息與控制工程系信息與控制工程系過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表 主講教師：趙主講教師：趙 躍躍第三章第三章 3.23.2執(zhí)行器儀表執(zhí)行器儀表執(zhí)行器的概念執(zhí)行器的概念 在過(guò)程控在過(guò)程控制系統(tǒng)中接受控制器輸出制系統(tǒng)中接受控制器輸出的控制信號(hào)，并根據(jù)控制的控制信號(hào)，并根據(jù)控制信號(hào)的大小控制流入流出信號(hào)的大小控制流入流出被控過(guò)程的物料或能量，被控過(guò)程的物料或能量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程參數(shù)自動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程參數(shù)自動(dòng)控制的裝置?？刂频难b置。例例1 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 是一種最常使用的是一種最常使用的執(zhí)行器執(zhí)行器例例2 氣動(dòng)閥門(mén)、風(fēng)門(mén)氣動(dòng)

2、閥門(mén)、風(fēng)門(mén)執(zhí)行器執(zhí)行器例例3 液壓油缸驅(qū)動(dòng)裝置液壓油缸驅(qū)動(dòng)裝置例例4 空預(yù)器扇形板提升裝置空預(yù)器扇形板提升裝置例例5 皮帶給煤機(jī)皮帶給煤機(jī) 功能：功能： 固體物料的流量控制固體物料的流量控制例例6 Si單晶爐提拉頭單晶爐提拉頭例例7 風(fēng)機(jī)、泵與變頻驅(qū)動(dòng)裝置風(fēng)機(jī)、泵與變頻驅(qū)動(dòng)裝置閥門(mén)執(zhí)行器的分類(lèi)一一 、按驅(qū)動(dòng)能源可以分為、按驅(qū)動(dòng)能源可以分為 1 電動(dòng)執(zhí)行器電動(dòng)執(zhí)行器 2 氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器 3 液動(dòng)執(zhí)行器液動(dòng)執(zhí)行器二、二、 按功能可以分為按功能可以分為 1 調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥 2 開(kāi)關(guān)閥開(kāi)關(guān)閥閥門(mén)執(zhí)行器的構(gòu)成閥門(mén)執(zhí)行器由閥門(mén)執(zhí)行器由“執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)”和和“調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)”兩部分構(gòu)成兩部分構(gòu)成調(diào)節(jié)

3、機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(閥體閥體)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(閥體閥體)一、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的分類(lèi)一、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的分類(lèi) 1 直通單座閥直通單座閥2 直通雙座閥直通雙座閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的分類(lèi)4 三通閥三通閥3 角型閥角型閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的分類(lèi)5 蝶閥蝶閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的分類(lèi)6 隔膜閥隔膜閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的分類(lèi)7 球閥球閥8 閘閥閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理二、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理二、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理 電動(dòng)閥門(mén)執(zhí)行器電動(dòng)閥門(mén)執(zhí)行器電動(dòng)執(zhí)行器原理電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理框圖電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理框圖電動(dòng)執(zhí)行器原理傍磁式制動(dòng)機(jī)構(gòu)三、電子式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)三、電子式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 電子式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)智能電子式智能電子式電動(dòng)執(zhí)行電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu) Fisher電子式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)

4、構(gòu)電子式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理框圖電子式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理框圖氣動(dòng)閥門(mén)執(zhí)行器氣動(dòng)閥門(mén)執(zhí)行器KLPAPKAL 氣動(dòng)執(zhí)行器使用中的問(wèn)題1為何使用雙座閥為何使用雙座閥閥芯下移時(shí)，閥芯與閥閥芯下移時(shí)，閥芯與閥座間的流通截面積增大座間的流通截面積增大氣動(dòng)執(zhí)行器使用中的問(wèn)題2 閥門(mén)的正裝與反裝閥門(mén)的正裝與反裝正裝閥正裝閥反裝閥反裝閥閥芯下移時(shí)，閥芯與閥閥芯下移時(shí)，閥芯與閥座間的流通截面積減小座間的流通截面積減小氣動(dòng)執(zhí)行器使用中的問(wèn)題3 氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開(kāi)與氣關(guān)氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開(kāi)與氣關(guān)氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開(kāi)與氣關(guān)氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開(kāi)與氣關(guān)氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開(kāi)與氣關(guān)序號(hào)序號(hào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用方式方式閥體作用方式閥體作用方式執(zhí)行器

5、氣開(kāi)、執(zhí)行器氣開(kāi)、氣關(guān)形式氣關(guān)形式a正正正正氣關(guān)氣關(guān)b正正反反氣開(kāi)氣開(kāi)c反反正正氣開(kāi)氣開(kāi)d反反反反氣關(guān)氣關(guān)閥門(mén)定位器閥門(mén)定位器 如何解決閥芯因流體如何解決閥芯因流體作用力引起的閥位偏差作用力引起的閥位偏差?氣動(dòng)閥門(mén)定位器電-氣轉(zhuǎn)換器負(fù)反饋負(fù)反饋磁鐵磁鐵調(diào)零調(diào)零FiFf背壓背壓一體式電-氣閥門(mén)執(zhí)行器有了閥門(mén)定位器還有了閥門(mén)定位器還需要雙座閥嗎需要雙座閥嗎?氣動(dòng)執(zhí)行器優(yōu)勢(shì)：氣動(dòng)執(zhí)行器優(yōu)勢(shì)：1、大能量電源不進(jìn)入、大能量電源不進(jìn)入工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，有效防爆。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，有效防爆。2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠易于維護(hù)。易于維護(hù)。新型智能閥門(mén)執(zhí)行器智能型閥門(mén)執(zhí)行器新型閥門(mén)定位器1.流量特性的選擇流量特性的

6、選擇pkpAppAqv220210閥門(mén)是一個(gè)節(jié)流面積可變的節(jié)流裝置它的流量為閥門(mén)是一個(gè)節(jié)流面積可變的節(jié)流裝置它的流量為221mCCaa顯然顯然K是閥門(mén)位移是閥門(mén)位移L的函數(shù)的函數(shù) lfk 那么在那么在 一定的情況下流量一定的情況下流量 也是也是 的函數(shù)的函數(shù)pvql lfqv閥門(mén)執(zhí)行器的選擇和使用閥門(mén)執(zhí)行器的選擇和使用閥門(mén)的流量特性 我們把介質(zhì)流過(guò)閥門(mén)的相對(duì)流量與閥門(mén)相對(duì)開(kāi)度之我們把介質(zhì)流過(guò)閥門(mén)的相對(duì)流量與閥門(mén)相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系稱(chēng)為閥門(mén)的間的關(guān)系稱(chēng)為閥門(mén)的流量特性流量特性。Llfqqmax 相對(duì)流量相對(duì)流量q/qmax 是控制閥某一開(kāi)度時(shí)流量是控制閥某一開(kāi)度時(shí)流量q與與全開(kāi)時(shí)流量全開(kāi)時(shí)流量qm

7、ax之比；之比； 相對(duì)開(kāi)度相對(duì)開(kāi)度l/L 是控制閥某一開(kāi)度時(shí)行程是控制閥某一開(kāi)度時(shí)行程l與全與全開(kāi)行程開(kāi)行程L之比。之比。 閥門(mén)的流量特性L(fǎng)lfqqmax 調(diào)節(jié)閥的流量特性不僅與調(diào)節(jié)閥的流量特性不僅與閥門(mén)的開(kāi)度有關(guān)，還與閥前后閥門(mén)的開(kāi)度有關(guān)，還與閥前后的壓差有關(guān)，必須分開(kāi)討論。的壓差有關(guān)，必須分開(kāi)討論。lq 我們把介質(zhì)流過(guò)閥門(mén)的相對(duì)流我們把介質(zhì)流過(guò)閥門(mén)的相對(duì)流量與閥門(mén)相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系稱(chēng)為量與閥門(mén)相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系稱(chēng)為閥門(mén)的閥門(mén)的流量特性流量特性,并把閥門(mén)前后壓力并把閥門(mén)前后壓力一定情況下的流量特性稱(chēng)為一定情況下的流量特性稱(chēng)為“固有固有流量特性流量特性”或或“理想流量特性理想流量特性”閥門(mén)的流

8、量特性1、固有（固有（理想）理想）流量特性流量特性在將控制閥前后壓差固定時(shí)得到的流量特性在將控制閥前后壓差固定時(shí)得到的流量特性稱(chēng)為稱(chēng)為固有固有流量特性。它取決于閥芯的形狀。流量特性。它取決于閥芯的形狀。（a）快開(kāi)特性）快開(kāi)特性（b）直線(xiàn)特性直線(xiàn)特性（c）等百分比特性等百分比特性如果我們使如果我們使 那么閥位行程與流量之間就成那么閥位行程與流量之間就成線(xiàn)性關(guān)系線(xiàn)性關(guān)系,只要在加工閥芯時(shí)使閥芯表面滿(mǎn)足一定的曲線(xiàn)只要在加工閥芯時(shí)使閥芯表面滿(mǎn)足一定的曲線(xiàn)就可以實(shí)現(xiàn)就可以實(shí)現(xiàn),這種閥稱(chēng)為這種閥稱(chēng)為“直線(xiàn)流量特性閥直線(xiàn)流量特性閥”.kLlqq/max閥門(mén)的流量特性Klldqqdmaxmaxmaxmaxql

9、KCqlC為積分常數(shù) 積分積分 可調(diào)比可調(diào)比R為調(diào)節(jié)閥為調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量與所能控制的最大流量與最小流量的比值。最小流量的比值。 其中其中qmin不是指閥門(mén)不是指閥門(mén)全關(guān)時(shí)的泄漏量，而是閥門(mén)能平穩(wěn)控制的最小流量，約為全關(guān)時(shí)的泄漏量，而是閥門(mén)能平穩(wěn)控制的最小流量，約為最大流量的最大流量的24%一般閥門(mén)的可調(diào)比一般閥門(mén)的可調(diào)比R=30。maxmin1qRqC閥門(mén)的可調(diào)比控制力：閥門(mén)開(kāi)度改變時(shí)，相對(duì)流量的改變比值。控制力：閥門(mén)開(kāi)度改變時(shí)，相對(duì)流量的改變比值。 例：例：在不同的在不同的開(kāi)度上，再分別增加開(kāi)度上，再分別增加10%開(kāi)度，相對(duì)流量開(kāi)度，相對(duì)流量的變化比值為：的變化比值為：10時(shí)：時(shí)：（

10、20-10）/10100%=100%50時(shí)：時(shí)：（60-50）/50100%=20%80時(shí)：時(shí)：（90-80）/80100%=12.5% 直線(xiàn)閥的流量放大系數(shù)在任何一點(diǎn)上都是相同的，但直線(xiàn)閥的流量放大系數(shù)在任何一點(diǎn)上都是相同的，但其對(duì)流量的控制力卻是不同的。其對(duì)流量的控制力卻是不同的。 直線(xiàn)流量特性研究10時(shí)：時(shí)：（20-10）/10100%=100%50時(shí)：時(shí)：（60-50）/50100%=20%80時(shí)：時(shí)：（90-80）/80100%=12.5%Q/Q100L/Lmaxs=1 直線(xiàn)流量特性研究單位相對(duì)行程變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相單位相對(duì)行程變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量

11、成正比關(guān)系：對(duì)流量成正比關(guān)系：VKqqKlldqqdmax1maxmax1max1maxlnCllKqq1maxmaxllRqqKlldqqdmaxmax對(duì)數(shù)(等百分比)流量特性直線(xiàn)直線(xiàn)對(duì)數(shù)對(duì)數(shù)等百分比流量特性vkqqkLldqqdmaxmax/Llkdqqdqq/1maxmaxcLlkqq/lnmaxcLlkeqq/max/minmax1max/qqRRqqLl曲線(xiàn)斜率（放大曲線(xiàn)斜率（放大系數(shù)）隨行程的增大而系數(shù)）隨行程的增大而增大。流量小時(shí)，流量增大。流量小時(shí)，流量變化?。涣髁看髸r(shí)，流變化小；流量大時(shí)，流量變化大。量變化大。對(duì)數(shù)(等百分比)流量特性等百分比閥在各流量點(diǎn)等百分比閥在各流量點(diǎn)的

12、放大系數(shù)不同，但對(duì)流量的放大系數(shù)不同，但對(duì)流量的控制力卻是相同的。的控制力卻是相同的。Q/Q100L/Lmaxs=1對(duì)數(shù)流量特性控制力：閥門(mén)開(kāi)度改變時(shí)，相對(duì)流量的改變比值。控制力：閥門(mén)開(kāi)度改變時(shí)，相對(duì)流量的改變比值。 10%處：處：（6.58%-4.68%）/4.68%41%50%處：處：（25.7%-18.2%）/18.2%41%80%處：處：（71.2%-50.6%）/50.6%41%Q/Q100L/Lmaxs=1對(duì)數(shù)流量特性研究等百分比閥在各流量點(diǎn)的放大系數(shù)不同，但對(duì)流量的等百分比閥在各流量點(diǎn)的放大系數(shù)不同，但對(duì)流量的控制力卻是相同的。控制力卻是相同的。開(kāi)度較小時(shí)就有較大流量，隨開(kāi)度的增

13、大，流量很快開(kāi)度較小時(shí)就有較大流量，隨開(kāi)度的增大，流量很快就達(dá)到最大，故稱(chēng)為快開(kāi)特性。適用于迅速啟閉的切斷閥或就達(dá)到最大，故稱(chēng)為快開(kāi)特性。適用于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。雙位控制系統(tǒng)。1max2maxmaxqqKlldqqd2/1max2max1) 1(1llRRqq積分快開(kāi)流量特性研究 快開(kāi)流量特性快開(kāi)流量特性閥加工最為簡(jiǎn)單但閥加工最為簡(jiǎn)單但不能用于調(diào)節(jié)閥多不能用于調(diào)節(jié)閥多用于用于開(kāi)關(guān)閥開(kāi)關(guān)閥快開(kāi)流量特性研究閥門(mén)特性的工藝實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的工作流量特性工作流量特性工作流量特性 在實(shí)際使用時(shí)在實(shí)際使用時(shí),調(diào)節(jié)閥安裝在管道上調(diào)節(jié)閥安裝在管道上,或或者與其他設(shè)備串聯(lián)者與其他設(shè)備串聯(lián),或者與旁路管道并

14、聯(lián)或者與旁路管道并聯(lián),因而調(diào)節(jié)閥因而調(diào)節(jié)閥前后的壓差是變化前后的壓差是變化的。此時(shí)的。此時(shí),調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與閥芯調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與閥芯相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系稱(chēng)為工作流量特性。相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系稱(chēng)為工作流量特性。ppsv2kqpG閥門(mén)的工作流量特性ppsv2kqpG閥門(mén)的工作流量特性ppsv閥門(mén)的工作流量特性并聯(lián)管道的情況克服調(diào)節(jié)閥的非線(xiàn)性 如果系統(tǒng)對(duì)調(diào)如果系統(tǒng)對(duì)調(diào)節(jié)閥線(xiàn)性度的要求節(jié)閥線(xiàn)性度的要求比較高則可以采用比較高則可以采用左圖的處理方法左圖的處理方法,組組成流量調(diào)節(jié)子回路成流量調(diào)節(jié)子回路,這時(shí)流量的大小是這時(shí)流量的大小是由檢測(cè)儀表來(lái)保證由檢測(cè)儀表來(lái)保證的的,在這種情況下調(diào)在這種情況下調(diào)節(jié)閥最

15、好采用等百節(jié)閥最好采用等百分比閥分比閥.調(diào)節(jié)閥的尺寸選擇2.調(diào)節(jié)閥尺寸的選擇調(diào)節(jié)閥尺寸的選擇pkpappaqv2222122102pprgAqv2102ppAqv令gAC20C為調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)稱(chēng)為為調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)稱(chēng)為流通能力流通能力rpCqvprqCvgrr為流體重度，調(diào)節(jié)閥的尺寸選擇 流通能力流通能力C表示調(diào)節(jié)閥的容量，其定義為：調(diào)節(jié)表示調(diào)節(jié)閥的容量，其定義為：調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，閥前后壓差為閥全開(kāi)，閥前后壓差為0.1MPa、流體重度為流體重度為1gf/cm3時(shí)，每小時(shí)通過(guò)閥門(mén)的流體流量時(shí)，每小時(shí)通過(guò)閥門(mén)的流體流量m3 /H.使用時(shí)要根據(jù)流量要求計(jì)算所需使用時(shí)要根據(jù)流量要求計(jì)算所需C值查表選則閥

16、門(mén)值查表選則閥門(mén)調(diào)節(jié)閥選型的其他問(wèn)題3.調(diào)節(jié)閥型式的選擇調(diào)節(jié)閥型式的選擇 單座、直行程和套筒閥等。單座、直行程和套筒閥等。4.耐溫、耐壓范圍的選擇耐溫、耐壓范圍的選擇 例如高溫高壓閥等。例如高溫高壓閥等。5.執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇。 氣動(dòng)薄膜、氣缸、電動(dòng)、電子執(zhí)行器等。氣動(dòng)薄膜、氣缸、電動(dòng)、電子執(zhí)行器等。 包括行程和驅(qū)動(dòng)力等。包括行程和驅(qū)動(dòng)力等。例題 流過(guò)某一輸油管道的最大體積流量為40M3/H輸油管道總的輸送壓力為0.4MPa，油料重度為0.5g/cm3 ，粘度與水相當(dāng)。最大流量時(shí)閥兩端的壓差為0.2MPa。請(qǐng)問(wèn)應(yīng)選擇什么流量特性的閥門(mén)，閥門(mén)的型號(hào)是什么？2 .632 . 05 .

17、040CprQC 一、定量泵的控制一、定量泵的控制其他常用執(zhí)行器介紹其他常用執(zhí)行器介紹二、離心式風(fēng)機(jī)泵類(lèi)執(zhí)行器二、離心式風(fēng)機(jī)泵類(lèi)執(zhí)行器離心泵的流量和壓力曲線(xiàn)離心泵的流量和壓力曲線(xiàn)其他常用執(zhí)行器介紹其他常用執(zhí)行器介紹2221QKnKHa 直接節(jié)流法直接節(jié)流法 機(jī)械效率較低，在小流機(jī)械效率較低，在小流量時(shí)不宜使用量時(shí)不宜使用其他常用執(zhí)行器介紹其他常用執(zhí)行器介紹流量檢測(cè)安裝在閥的上游流量檢測(cè)安裝在閥的上游 節(jié)流閥安裝在泵出口，節(jié)流閥安裝在泵出口，不能安裝在入口。否則容不能安裝在入口。否則容易引起易引起“氣縛氣縛”和和“氣蝕氣蝕”。b 回流控制法回流控制法其他常用執(zhí)行器介紹其他常用執(zhí)行器介紹 機(jī)械效率較低，在小流機(jī)械效率較低，在小流量時(shí)不宜使用量時(shí)不宜使用 泵不容易超壓泵不容易超壓