HG第六章執(zhí)行器

1、1基本要求基本要求： 1理解氣動(dòng)控制閥的基本結(jié)構(gòu)、主要類(lèi)型及使用理解氣動(dòng)控制閥的基本結(jié)構(gòu)、主要類(lèi)型及使用場(chǎng)合。場(chǎng)合。 2理解氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開(kāi)、氣關(guān)型式及其選擇原理解氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開(kāi)、氣關(guān)型式及其選擇原則。則。 3.了解控制閥的流量特性的意義，串聯(lián)管道和并聯(lián)了解控制閥的流量特性的意義，串聯(lián)管道和并聯(lián)管道對(duì)流量特性的影響。管道對(duì)流量特性的影響。 4了解電氣轉(zhuǎn)換器及電了解電氣轉(zhuǎn)換器及電-氣閥門(mén)定位器的用途及工氣閥門(mén)定位器的用途及工作原理。作原理。 5了解電動(dòng)、液動(dòng)執(zhí)行器的基本原理。了解電動(dòng)、液動(dòng)執(zhí)行器的基本原理。第六章 執(zhí)行器2概述執(zhí)行器執(zhí)行器是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一

2、個(gè)重要組成部分。作用作用：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。 分類(lèi)分類(lèi)：按能源形式可分為：按能源形式可分為氣動(dòng)氣動(dòng)、電動(dòng)電動(dòng)、液動(dòng)液動(dòng)三大類(lèi)。三大類(lèi)。氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器用壓縮空氣作為能源，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)用壓縮空氣作為能源，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、平穩(wěn)、輸出推力較大、維修方便、防火防爆，而作可靠、平穩(wěn)、輸出推力較大、維修方便、防火防爆，而且價(jià)格較低，因此廣泛地應(yīng)用于化工、煉油等生產(chǎn)過(guò)程中。且價(jià)格較低，因此廣泛地應(yīng)用于化工、煉油等生產(chǎn)過(guò)程中。它可以方便地與氣動(dòng)儀表配套使用，經(jīng)過(guò)電它可以方便地與氣動(dòng)儀表配套使用，經(jīng)過(guò)電

3、-氣轉(zhuǎn)換器或氣轉(zhuǎn)換器或電電-氣閥門(mén)定位器可將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為氣閥門(mén)定位器可將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為0.02-0.1MPa的標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)，仍然可用氣動(dòng)執(zhí)行器。準(zhǔn)氣壓信號(hào)，仍然可用氣動(dòng)執(zhí)行器。電動(dòng)執(zhí)行器電動(dòng)執(zhí)行器：以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，推動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。能：以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，推動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。能源取用方便，信號(hào)傳遞迅速，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。源取用方便，信號(hào)傳遞迅速，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。液動(dòng)執(zhí)行器液動(dòng)執(zhí)行器：以液壓站提供的流體（液壓油）高壓為動(dòng)：以液壓站提供的流體（液壓油）高壓為動(dòng)力源，推動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。力源，推動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。3第一節(jié) 氣動(dòng)執(zhí)行器氣氣4一.執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣氣輸入信號(hào)空氣壓力：0.020.1MPa輸出：直線行程或角行程按連桿最大位

4、移行程確定規(guī)格：10，16，25，40，60，100mm5執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用形式氣動(dòng)彈簧執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)彈簧執(zhí)行機(jī)構(gòu)在薄膜或活塞上增加彈簧，使其行程與氣壓成正比常用于連續(xù)變化量的調(diào)節(jié)。無(wú)彈簧氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，常用于開(kāi)關(guān)方式調(diào)節(jié)。6氣動(dòng)薄膜控制閥外形圖氣動(dòng)薄膜控制閥外形圖7氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖a. 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)尺圖b. 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8二二.

5、控制機(jī)構(gòu)控制機(jī)構(gòu)根據(jù)不同根據(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。的使用要求，控制閥的結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾種。9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)。 直通單座閥10 閥體內(nèi)有兩個(gè)閥芯和兩個(gè)閥座。流體流過(guò)的時(shí)候，不平衡力小容易泄漏。 11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。12 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）分流型（B）合流型）合

6、流型13 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。14結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、價(jià)格便宜、流阻極小。泄漏量大。15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）16 閥芯呈扇形球面狀，與撓曲臂及軸套一起鑄成，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

7、控制和密封的場(chǎng)合17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。18三、控制閥的流量特性三、控制閥的流量特性LlfQQmax19直線特性：對(duì)數(shù)特性：拋物線特性：快開(kāi)特性：2max111LlRRQQCLlKQQmaxmaxmax)()(QQKLldQQdCLlKQQmaxln20KLldQQdmax 指控制閥的相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度成直線關(guān)系。21CLlKQQmax將前式積分可得（6-3）：l=0時(shí)，Q=Qmin; l=L時(shí)Q=

8、Qmax把邊界條件代入式（11-3），可分別得RQQKRQQC111,1maxminmaxmin（6-4） Qmin不等于控制閥全關(guān)時(shí)的泄漏量，一般是不等于控制閥全關(guān)時(shí)的泄漏量，一般是Qmax的的2 24 4。注意！注意！22將式（11-4）代入式（11-3），可得LlRRQQ111max 23%100%100101020舉例舉例當(dāng)當(dāng)R=30,=30,l/L=0=0時(shí)，時(shí)，Q/Qmaxmax=0.33=0.33假設(shè)假設(shè)R=,位移變化量為位移變化量為10%10%在在1010時(shí)，流量變化的相對(duì)值為時(shí)，流量變化的相對(duì)值為在在5050時(shí)，流量變化的相對(duì)值為時(shí)，流量變化的相對(duì)值為在在8080時(shí)，流量變化

9、的相對(duì)值為時(shí)，流量變化的相對(duì)值為 %20100505060%5 .12%100808090 在流量小時(shí)，流量變化的相對(duì)值大；在流量大時(shí)，流量變化的相對(duì)值小。24是指單位相對(duì)行程變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系。maxmaxQQKLldQQd（6-6）CLlKQQmaxln將（6-6）積分RKRRQQCln,ln1lnlnmaxmin 將前述邊界條件代入 )1(maxLlRQQ（6-7）25之間成拋物線關(guān)系。與LlQQmax 這種流量特性在開(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。 快開(kāi)特性的閥芯形式是平板形的，適用于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。 26控制閥

10、在調(diào)節(jié)過(guò)程中，同時(shí)將引起管道工況點(diǎn)的變化，進(jìn)而使閥門(mén)兩端壓差發(fā)生變化。閥門(mén)兩端壓差的變化又反過(guò)來(lái)影響通過(guò)閥門(mén)流體的流量。因此，除非是簡(jiǎn)單的兩端恒壓（如水池放水閥），閥門(mén)的實(shí)際流量特性通常是十分復(fù)雜的。串聯(lián)管道的工作流量特性并聯(lián)管道的工作流量特性p在實(shí)際生產(chǎn)中，控制閥前后壓差總是變化的，這時(shí)的流量特性稱(chēng)為27串聯(lián)管道的情形12定義s=P1/ P28圖6-16管道串聯(lián)時(shí)控制閥的工作流量特性29 控制閥一般都裝有旁路，以便手動(dòng)操作和維護(hù)。當(dāng)生產(chǎn)量提高或控制閥選小了時(shí)，只好將旁路閥打開(kāi)一些，此時(shí)控制閥的理想流量特性就改變成為工作特性。圖6-17 并聯(lián)管道情況顯然這時(shí)管路的總流顯然這時(shí)管路的總流量量Q是

11、控制閥流量是控制閥流量Q1與與旁路流量旁路流量Q2之和，即之和，即QQ1Q2。30 以x代表并聯(lián)管道時(shí)控制閥全開(kāi)時(shí)的流量Q1max與總管最大流量Qmax之比，可以得到在壓差p為一定時(shí)，而x為不同數(shù)值時(shí)的工作流量特性曲線。 圖6-18并聯(lián)管道時(shí)控制閥的工作特性31當(dāng)x1，即旁路閥關(guān)閉時(shí)，控制閥的工作流量特性與理想流量特性相同。 隨著x值的減小，即旁路閥逐漸打開(kāi)，雖然閥本身的流量特性變化不大，但可調(diào)范圍大大降低了。 控制閥關(guān)死，即l/L0時(shí)，流量Qmin大大增加。32在實(shí)際使用中總存在著串聯(lián)管道阻力的影響，控制閥上的壓差還會(huì)隨流量的增加而降低，使可調(diào)范圍下降得更多些，控制閥在工作過(guò)程中所能控制的流

12、量變化范圍更小，甚至幾乎不起控制作用。 采用打開(kāi)旁路閥的控制方案是不好的，一般認(rèn)為旁路流量最多只能是總流量的百分之十幾，即x值最小不低于0.8。33 串、并聯(lián)管道都會(huì)使閥的理想流量特性發(fā)生畸變，串聯(lián)管道的影響尤為嚴(yán)重。 串、并聯(lián)管道都會(huì)使控制閥的可調(diào)范圍降低，并聯(lián)管道尤為嚴(yán)重。 串聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量減少，并聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量增加。 串、并聯(lián)管道會(huì)使控制閥的放大系數(shù)減小，串聯(lián)管道時(shí)控制閥大開(kāi)度時(shí)影響嚴(yán)重，并聯(lián)管道時(shí)控制閥小開(kāi)度時(shí)影響嚴(yán)重。34四、控制閥的選擇四、控制閥的選擇結(jié)構(gòu)與特性選擇結(jié)構(gòu)與特性選擇結(jié)構(gòu)選擇：依據(jù)工藝條件（溫度、壓力等）和介質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)（腐蝕性、黏度等）進(jìn)行選擇。流量特性

13、選擇：依據(jù)工藝需要并結(jié)合整個(gè)管路系統(tǒng)的工況點(diǎn)（管路流量特性）選擇。氣開(kāi)式與氣關(guān)式的選擇氣開(kāi)式與氣關(guān)式的選擇依據(jù)氣源斷開(kāi)的安全性結(jié)合執(zhí)行機(jī)構(gòu)形式選擇。閥門(mén)口徑的選擇閥門(mén)口徑的選擇依據(jù)實(shí)際流量調(diào)節(jié)范圍選擇。（流量系數(shù)）35四、控制閥的選擇四、控制閥的選擇結(jié)構(gòu)與特性選擇結(jié)構(gòu)與特性選擇結(jié)構(gòu)選擇：依據(jù)工藝條件（溫度、壓力等）和介質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)（腐蝕性、黏度等）進(jìn)行選擇。流量特性選擇：依據(jù)工藝需要并結(jié)合整個(gè)管路系統(tǒng)的工況點(diǎn)（管路流量特性）選擇。氣開(kāi)式與氣關(guān)式的選擇氣開(kāi)式與氣關(guān)式的選擇依據(jù)氣源斷開(kāi)的安全性結(jié)合執(zhí)行機(jī)構(gòu)形式選擇。閥門(mén)口徑的選擇閥門(mén)口徑的選擇依據(jù)實(shí)際流量調(diào)節(jié)范圍選擇。（流量系數(shù)）36氣開(kāi)式氣

14、開(kāi)式與與氣關(guān)式氣關(guān)式的選擇的選擇在選擇氣動(dòng)執(zhí)行器時(shí)，還必須考慮氣動(dòng)執(zhí)行器的作用方式，如氣開(kāi)（在有信號(hào)壓力輸入時(shí)閥開(kāi)，無(wú)信號(hào)壓力時(shí)閥關(guān)）或氣關(guān)（在有信號(hào)壓力時(shí)閥關(guān)，無(wú)信號(hào)壓力時(shí)閥開(kāi)）。確定調(diào)節(jié)閥開(kāi)關(guān)方式的原則是：當(dāng)信號(hào)壓力中斷時(shí)，應(yīng)保證工藝設(shè)備和生產(chǎn)的安全。如閥門(mén)在信號(hào)中斷后處于打開(kāi)位置，流體不中斷最安全，則選用氣關(guān)閥；如果閥門(mén)在信號(hào)壓力中斷后處于關(guān)閉位置，流體不通過(guò)最安全，則選用氣開(kāi)閥。由于氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正、反兩種作用方式，而閥也有正裝和反裝兩種方式，因此，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)就有四種組合方式 37氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組合方式 序號(hào)序號(hào)執(zhí)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥閥氣動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行執(zhí)行器器序號(hào)序號(hào)執(zhí)行

15、執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥閥氣動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行執(zhí)行器器圖8-25(a)圖8-25(b)正正正反氣關(guān)氣開(kāi)圖8-25(c)圖8-25(d)反反正反氣開(kāi)氣關(guān)38五、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的安裝與維修保養(yǎng)五、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的安裝與維修保養(yǎng)位置選擇應(yīng)注意方便安裝維修；環(huán)境溫度：+60C-40C盡量直立安裝在水平管道上，其它安裝方式應(yīng)加設(shè)支撐架；控制閥前后一般應(yīng)安裝手動(dòng)截止閥，以便維修；安裝前應(yīng)進(jìn)行清洗；定期維護(hù)檢修。注意觀察密封與磨損情況。39六、電氣轉(zhuǎn)換在電控系統(tǒng)中，使用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須進(jìn)行電氣轉(zhuǎn)換。將控制器輸出的直流電信號(hào)轉(zhuǎn)換為氣壓信號(hào)；將執(zhí)行器的位置信號(hào)（氣壓）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，反饋給控制器，以便控制器能準(zhǔn)確的進(jìn)行控制。4

16、0第二節(jié)第二節(jié) 電動(dòng)執(zhí)行器電動(dòng)執(zhí)行器以電動(dòng)機(jī)為核心動(dòng)力源，將控制器輸出的直流電信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直線行程的機(jī)構(gòu)。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分類(lèi)：角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：使輸出軸產(chǎn)生090角位移；直線行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：其他411、電動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)原理 伺服 放大器 伺服 電動(dòng)機(jī)減速機(jī) 位置 發(fā)送器輸入信號(hào)操作器輸出軸離合器手輪422、電動(dòng)執(zhí)行器的選擇電動(dòng)電動(dòng)執(zhí)行器與執(zhí)行器與氣動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行器的執(zhí)行器的差異差異主要主要執(zhí)行機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，構(gòu)，其其控制機(jī)構(gòu)基本相同控制機(jī)構(gòu)基本相同。電動(dòng)執(zhí)行器的選擇：電動(dòng)執(zhí)行器的選擇：根據(jù)控制機(jī)構(gòu)選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)；根據(jù)控制機(jī)構(gòu)選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)；根據(jù)扭矩選擇角行程執(zhí)行器；根據(jù)扭矩選擇角行程執(zhí)

17、行器；根據(jù)軸位移選擇直線行程執(zhí)行器；根據(jù)軸位移選擇直線行程執(zhí)行器；43補(bǔ)充：電補(bǔ)充：電液執(zhí)行器液執(zhí)行器以直流電信號(hào)為控制信號(hào)，以液壓為動(dòng)力以直流電信號(hào)為控制信號(hào)，以液壓為動(dòng)力的執(zhí)行器。的執(zhí)行器。主要用途：與大功率、大位移控制機(jī)構(gòu)配主要用途：與大功率、大位移控制機(jī)構(gòu)配套，用于大型設(shè)備的控制。套，用于大型設(shè)備的控制。 如：大型高壓閥門(mén)的控制。如：大型高壓閥門(mén)的控制。通常，防爆性能較差，不能用于易燃、易通常，防爆性能較差，不能用于易燃、易爆及高溫場(chǎng)所。爆及高溫場(chǎng)所。44電電液執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)原理液執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)原理液壓系統(tǒng)電控系統(tǒng)輸入信號(hào)反饋信號(hào) 位置 發(fā)送器輸出軸45第三節(jié)第三節(jié)、電氣轉(zhuǎn)換器電氣轉(zhuǎn)換器和

18、和閥門(mén)定位器閥門(mén)定位器46一、電氣轉(zhuǎn)換器一、電氣轉(zhuǎn)換器47電氣轉(zhuǎn)換器工作原理電氣轉(zhuǎn)換器工作原理它是按力平衡原理設(shè)計(jì)和工作的。在其內(nèi)部有一線圈，當(dāng)調(diào)節(jié)器（變送器）的電流信號(hào)送入線圈后，由于內(nèi)部永久磁鐵的作用，使線圈和杠桿產(chǎn)生位移，帶動(dòng)擋板接近（或遠(yuǎn)離）噴嘴，引起噴嘴背壓增加（或減少），此背壓作用在內(nèi)部的氣動(dòng)功率放大器上，放大后的壓力一路作為轉(zhuǎn)換器的輸出，另一路饋送到反饋波紋管。輸送到反饋波紋管的壓力，通過(guò)杠桿的力傳遞作用在鐵芯的另一端產(chǎn)生一個(gè)反向的位移，此位移與輸入信號(hào)產(chǎn)生電磁力矩平衡時(shí)，輸入信號(hào)與輸出壓力成一一對(duì)應(yīng)的比例關(guān)系。即輸入信號(hào)從4mA.DC改變到20mA.DC時(shí)，轉(zhuǎn)換器的輸出壓力從0.020.1MPa變化，實(shí)現(xiàn)了將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成氣動(dòng)信號(hào)的過(guò)程。 圖中調(diào)零機(jī)構(gòu)，用來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的零位，反饋波紋管起反饋?zhàn)饔谩?8二、氣動(dòng)閥門(mén)定位器49氣動(dòng)閥門(mén)定位器工作原理