過程自動(dòng)檢測(cè)與控制技術(shù)_CHAPT5_執(zhí)行器

1、外部干預(yù)信息系統(tǒng)內(nèi)作用信息系統(tǒng)提供信息生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整 (執(zhí)行)第五章 自動(dòng)執(zhí)行器 執(zhí)行器是控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它接受控制器的控制信號(hào)，調(diào)整控制變量，從而影響被控參數(shù)以補(bǔ)償干擾作用，最終使得被控參數(shù)回到工作點(diǎn)。由于過程工業(yè)中的控制變量常常是流體，所以執(zhí)行器一般都是控制閥。根據(jù)控制閥的驅(qū)動(dòng)能源不同，一般分為兩種，既氣動(dòng)控制閥和電動(dòng)控制閥。又由于過程工業(yè)中的控制閥常常工作在危險(xiǎn)區(qū)域，所以過程工業(yè)中大量使用的是氣動(dòng)控制閥。根據(jù)控制方式不同，可以分為連續(xù)控制閥和開關(guān)閥。常用開關(guān)閥是電磁閥。由于需要向位于現(xiàn)場(chǎng)的電磁閥供電，所以這類閥門不能用在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)。 第五章 自動(dòng)執(zhí)行器圖51-4 幾種常

2、見的控制閥abc第一節(jié) 控制閥結(jié)構(gòu)與流量特性 一、控制閥結(jié)構(gòu)及選擇 表51-1 不同結(jié)構(gòu)形式控制閥特點(diǎn)及適用場(chǎng)合閥結(jié)構(gòu)形式特 點(diǎn) 及 使 用 場(chǎng) 合直通單座閥前后壓降低，適用于要求泄漏量小的場(chǎng)合直通雙座閥前后壓降大，適用于允許較大泄漏量的場(chǎng)合角閥適用于高壓降、高粘度、含懸浮物或顆粒狀物質(zhì)的場(chǎng)合高壓閥適用于高壓控制的特殊場(chǎng)合蝶閥適用于懸浮流體、大流量氣體、壓差低、允許較大泄漏量的場(chǎng)合隔膜閥適用于有腐蝕性介質(zhì)的場(chǎng)合三通閥適用于分流或合流控制的場(chǎng)合二、控制閥流量特性 1控制閥理想流量特性1）控制閥閥體理想流量特性（1）直線型流量特性maxmaxQdQkLdLmaxmax111QLRQRLmaxmin

3、QRQ；可調(diào)比1）控制閥閥體理想流量特性（2）等百分比（對(duì)數(shù)）流量特性 maxmaxmaxQdQQkLQdL1maxmaxLLRQQ1）控制閥閥體理想流量特性（3）拋物線特性12maxmaxmaxQdQQkLQdL2maxmax111QLRQRL2）執(zhí)行器特性 氣動(dòng)執(zhí)行器的輸入信號(hào)為20kP100Kp，電氣閥門定位器的輸入信號(hào)為420mA，電氣閥門定位器（轉(zhuǎn)換器）將420mA 轉(zhuǎn)換為的電信號(hào)20kP100Kp的氣信號(hào)，再通過執(zhí)行器上的壓力膜片或活塞轉(zhuǎn)換為閥桿位移。下面是其轉(zhuǎn)換關(guān)系：a電氣閥門定位器（轉(zhuǎn)換器） b壓力膜片或活塞轉(zhuǎn)換為閥桿位移 maxminminminmaxmin1620480II

4、IppIpppminmaxmaxmin2080ppLpLpp2）執(zhí)行器特性v由上面關(guān)系可解出：minmaxmaxmin416IILILII控制閥整體理想特性max1201180QpRQRmax141116QIRQR20180maxpQRQ4116maxIQRQ2max1201180QpRQR2max141116QIRQR2max12011180QpQR 2max1411116QIQR 表51 控制閥整體理想特性表閥門特性類型氣信號(hào)與流量電信號(hào)與流量線性特性等百分比特性拋物線特性快開特性控制閥整體理想特性maxQQ416I 2080p圖中：A是線性特性，B是等百分比特性，C是拋物線特性，D是快開

5、特性。 2、控制閥實(shí)際流量特性 （1）串聯(lián)管道的工作特性控制閥與其他管件串聯(lián)在一起，壓力降將分配給控制閥和這些管件上，為此定義控制閥全開時(shí)閥上的壓力降與管道總壓力降之比為s系數(shù)，既： niivvppps1（1）串聯(lián)管道的工作特性該參數(shù)描述了管道中控制閥上與管道阻力上壓降分配情況。s=1表示管道所有壓力都降落在控制閥上，即管道阻力為零，其壓力降為零。此時(shí)管道當(dāng)中的流量完全由控制閥所決定。當(dāng)s=0表示控制閥壓力降為零，即管道壓力降都降落在管道上，此時(shí)管道中的流量由管道阻力決定，控制閥已經(jīng)不能控制管道流量。一般來說，當(dāng)s0.3時(shí)該管道流量不適合控制。 （1）串聯(lián)管道的工作特性圖51-3為串聯(lián)阻力等百

6、分比特性控制閥工作特性與s的關(guān)系。圖51-4為串聯(lián)阻力下線性特性控制閥工作特性與s的關(guān)系。s圖51-3 串聯(lián)阻力下等百分比特性控制閥工作特性與s的關(guān)系s圖51-4 串聯(lián)阻力下線性特性控制閥工作特性與s的關(guān)系maxQmaxQm a xLm a xL（2）并聯(lián)管道的工作特性 當(dāng)控制閥有旁路存在時(shí)，則流過管道總管的流量又兩部分組成，即流過控制閥的流量QVmax和流過旁路的流量Q。定義控制閥全開時(shí)流量QVmax與管道總流量之比為x系數(shù)。即：該參數(shù)描述了管道中控制閥與旁路流量分配情況。x=1表示控制閥的流量就是管道的最大流量，即旁路流量等于零。此時(shí)管道流量完全由控制閥決定。當(dāng)x=0表示控制閥的最大流量非

7、常小，旁路流量非常大，即控制閥對(duì)流量的影響非常小。 QQQxVVmaxmax（2）并聯(lián)管道的工作特性圖51-5為有旁路等百分比特性控制閥工作特性與x的關(guān)系。圖51-6為有旁路線性特性控制閥工作特性與x的關(guān)系。 x圖51-5 有旁路等百分比特性控制閥工作特性與x的關(guān)系x圖51-6 有旁路線性特性控制閥工作特性與x的關(guān)系maxQmaxQmaxLmaxL三、控制閥開閉形式及其選擇 1控制閥開閉形式 控制閥接受的是氣壓信號(hào)，當(dāng)膜頭輸入壓力增大，控制閥開度也增大時(shí)，稱之為氣開閥（A.O：Air Open）。反之，當(dāng)膜頭輸入壓力增大時(shí)，控制閥開度減小，則稱之為氣閉閥(A.C：Air Close)。工程上用

8、故障關(guān)（F.C:Fault Close）和故障開（F.O:Fault Open）表示。1控制閥開閉形式對(duì)于一個(gè)具體的控制系統(tǒng)來說，控制閥選氣開還是氣閉，要由具體的生產(chǎn)工藝來決定。一般來說，要根據(jù)以下幾條原則來進(jìn)行選擇。(1)首先要從生產(chǎn)安全出發(fā)。即當(dāng)氣源供氣中斷，或控制器出故障而無輸出，或控制閥膜片破裂而漏氣等而使控制閥無法正常工作，以致閥芯回復(fù)到無能源的初始狀態(tài)(氣開閥回復(fù)到全閉，氣閉閥回復(fù)到全開)，應(yīng)能確保生產(chǎn)工藝設(shè)備的安全，不致發(fā)生事故。如鍋爐供水控制閥，為了保證發(fā)生上述情況時(shí)不致把鍋爐燒壞，控制閥應(yīng)選氣閉式。(2)從保證產(chǎn)品質(zhì)量出發(fā)。當(dāng)發(fā)生控制閥處于無能源狀態(tài)而回復(fù)到初始位置時(shí)，不應(yīng)降

9、低產(chǎn)品的質(zhì)量。如精餾塔回流量控制閥常采用氣閉式，一旦發(fā)生事故，控制閥全開，使生產(chǎn)處于全回流狀態(tài)，這就防止了不合格產(chǎn)品的蒸出，從而保證塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量。 1控制閥開閉形式(3)從降低原料、成品、動(dòng)力損耗來考慮。如控制精餾塔進(jìn)料的控制閥就常采用氣開式，一旦控制閥失去能源控制閥即處于關(guān)閉狀態(tài)，不再給塔進(jìn)料，以免造成浪費(fèi)。(4)從介質(zhì)的特點(diǎn)考慮。精餾塔塔釜加熱蒸汽控制閥一般都選氣開式，以保證在控制閥失去能源時(shí)能處于全閉狀態(tài)，避免蒸汽的浪費(fèi)。但是如果釜液是易凝、易結(jié)晶、易聚合的物料時(shí)，控制閥則應(yīng)選氣閉式，以防控制閥失去能源時(shí)閥門關(guān)閉，停止蒸汽進(jìn)入而導(dǎo)致釜內(nèi)液體的結(jié)晶和凝聚。 1控制閥開閉形式 蒸汽LC供水

10、圖51-7 鍋爐供水控制閥選擇由于工藝要求不一，對(duì)于同一個(gè)控制閥可以有兩種不同的選擇結(jié)果。如圖51-7所示的鍋爐供水控制閥，如果從防止蒸汽帶液會(huì)損壞后續(xù)設(shè)備汽輪機(jī) (蒸汽帶液會(huì)導(dǎo)致蒸汽輪機(jī)葉片損壞)的角度出發(fā)，控制閥應(yīng)選氣開式。如果從保護(hù)鍋爐出發(fā)，防止斷水而導(dǎo)致鍋爐燒爆，控制閥則應(yīng)選氣閉式。 1控制閥開閉形式FC圖51-8 離心泵出口流量控制閥選擇某些生產(chǎn)工藝對(duì)控制閥的開閉形式的選擇沒有嚴(yán)格的要求。在這種情況下，控制閥的開閉形式可以任選。圖51-8所示離心泵出口流量控制閥就屬于這種情況。因?yàn)榭刂崎y在無能源狀態(tài)時(shí)無論處于全關(guān)或全開位置都不會(huì)對(duì)離心泵造成什么傷害，對(duì)離心泵的安全運(yùn)行也沒有影響。因此

11、，控制閥的開閉形式可以任選。 2、控制閥主要技術(shù)參數(shù)及選擇 （1）流量系數(shù)KV流量系數(shù)KV表示的是控制閥流過流體的能力。其定義為控制閥前后壓力差為100kPa，流體密度為1g/cm3條件下流過控制閥的體積流量，單位為m3/h。實(shí)際工況是多種多樣的，具體的KV值可根據(jù)工藝條件計(jì)算進(jìn)行選擇。相關(guān)的計(jì)算過程可參考有關(guān)專業(yè)手冊(cè)。 21()LFvpFpF p 21210LLKvQpp21210LLKvWpp21()LFvpFpF p 22110()LLLFvKvQFpF p22110()LLFvLKvWFpF p液體Kv值計(jì)算公基本式非阻塞流阻塞流或判別條件判別條件計(jì)算公式計(jì)算公式采用單位采用單位QL：

12、體積流量m3/hWL：重量流量kg/hp1,p2：閥入口、出口壓力 Mpa，絕壓L：流體密度kg/ m3pv：閥入口溫度下流體的飽和蒸氣壓Mpa，絕壓FF：液體臨界壓力比系數(shù)FL：壓力恢復(fù)系數(shù)或115190gNQTZKvpYX1124600gQTMZKvpYX114570gQTGZKvpYX111100gWTZKvpYXM1111100gWKvpYXp13KTXYF X 1.4KkF 112930gNTQTZKvpYKX1113900gTQTMZKvpKX112580gTQTGZKvpKX11620gTWTZKvpKX M111156.37gTWKvpKX p 氣體、蒸汽Kv值計(jì)算基本公式Qg

13、：氣體體積流量m3/hWg：氣體質(zhì)量流量kg/hp1：閥入口絕對(duì)壓力MPaT1：閥入口溫度KM：分子量N：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)氣體密度kg/m31：閥入口條件下氣體密度kg/m3G：相對(duì)密度（空氣為1）Y：膨脹系數(shù)FK：比熱容比系數(shù)判別條件判別條件計(jì)算公式計(jì)算公式采用單位采用單位非阻塞流當(dāng)XFKXT 阻塞流當(dāng)XFKXTXT：壓縮比系數(shù)Z：壓縮系數(shù)國(guó)外流量系數(shù)常用CV表示， CV的定義為：當(dāng)控制閥全開的時(shí)候，閥兩端壓差P為1磅/英寸2，介質(zhì)為60OF清水時(shí)，每分鐘流過控制閥的流量，單位是加侖/分CV與KV有如下的換算關(guān)系：CV=1.167KV2、控制閥主要技術(shù)參數(shù)及選擇（2）公稱通徑DN公稱通徑DN是控制閥

14、主要的接管參數(shù)，根據(jù)該參數(shù)來決定連接管道的直徑。不同C參數(shù)下有不同的公稱通徑DN，用戶可根據(jù)管道直徑選擇一個(gè)接近控制閥的公稱通徑DN。 2、控制閥主要技術(shù)參數(shù)及選擇（3）公稱壓力PN公稱壓力PN是控制閥在一定條件下的最大耐壓。在該壓力之下工作，控制閥不會(huì)對(duì)外發(fā)生泄漏。一般控制閥的公稱壓力PN有1.6、4.0、6.4、10.0、16.0MPa。因此在選用時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的使用條件，選擇一個(gè)大于工藝最大壓力的公稱壓力PN。需要注意，如果使用條件發(fā)生變化，使用壓力也會(huì)發(fā)生改變。例如PN為1.6 MPa的碳鋼閥，工作溫度為200時(shí)可耐1.6 MPa的壓力，當(dāng)工作溫度為200時(shí)，可耐1.5 MPa的壓力，

15、當(dāng)工作溫度變?yōu)?00時(shí)，則只能耐0.7 MPa的壓力。 2、控制閥主要技術(shù)參數(shù)及選擇（4）工作溫度是指控制閥可以工作的最大溫度。常見有（-20+225）、（-60-250）、（-60+450）、（+450+650）幾種溫度范圍。 第二節(jié) 氣動(dòng)控制閥 執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受自控系統(tǒng)中調(diào)節(jié)儀表給定的電流信號(hào)(或氣壓信號(hào))經(jīng)過電氣(氣動(dòng))閥門定位器轉(zhuǎn)換成氣壓輸入到氣室中，作用于膜片上產(chǎn)生推力，使推桿產(chǎn)生位移。與此同時(shí)，經(jīng)過托盤使彈簧受到壓縮，當(dāng)膜片推力和彈簧反作用力相互平衡時(shí)，推桿便停止位移，達(dá)到預(yù)定的位置，這樣便可使調(diào)節(jié)閥門得到高精度的定位功能。通常，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中彈簧置于膜片下方時(shí)，輸入氣壓增大時(shí)，推桿向下

16、移動(dòng)為正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)，反之稱為反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)。與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相似，控制閥的閥體也有正作用與反作用之分?？刂崎y閥桿下移導(dǎo)致流通面積減小成為正作用，控制閥閥桿下移導(dǎo)致流通面積減小成為反作用。 第二節(jié) 氣動(dòng)控制閥常見的氣動(dòng)薄膜控制閥的型號(hào)編排由三部分組成，為： 第一部分第二部分尾注表示溫度，見表54整體作用方式，K為氣開，B為氣閉。表示公稱壓力。以數(shù)字表示。控制閥結(jié)構(gòu)形式。直通雙座為N，直通單座為P執(zhí)行機(jī)構(gòu)特征。正作用為A，反作用座為BM，表示氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)。Z，表示執(zhí)行器類。例如：ZMAN16KG，氣動(dòng)薄膜控制閥，執(zhí)行機(jī)構(gòu)正作用，公稱壓力16Mpa，整體作用為氣開，工作溫度為-60+450第二節(jié) 氣動(dòng)控制閥表54名稱普通型長(zhǎng)頸型散（吸）熱型波紋管密封代號(hào)DGV溫度范圍（-20+225）（-60-250）（-60+450）第二節(jié) 氣動(dòng)控制閥第四節(jié) 電氣閥門定位器 電氣閥門定位器的作用：l將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為氣信號(hào)； 將420mA 轉(zhuǎn)換成20kPa100 kPa的氣信號(hào) l對(duì)閥門閥桿進(jìn)行準(zhǔn)確定位； 克服閥桿摩擦、不平衡力的影響 l對(duì)控制器輸出信號(hào)分程。 將420mA的