化工儀表及自動化(精品)第六章執(zhí)行器ppt課件

1、第六章執(zhí)行器.青島啤酒西安漢斯運用的電動調(diào)理閥 電動調(diào)理閥運用于化工行業(yè) .主要內(nèi)容概述 氣動執(zhí)行器 電動執(zhí)行器 電-氣轉(zhuǎn)換器及電-氣閥門定位器數(shù)字閥與智能控制閥 .概述執(zhí)行器在自控系統(tǒng)中的作用執(zhí)行器是指：閥門調(diào)理閥(延續(xù)的)、開關(guān)閥(過程控制范疇) 電機延續(xù)的、開關(guān)的(屬于流體機械的范疇，起執(zhí)行器的作用)執(zhí)行器在自控系統(tǒng)中的作用：接納控制器輸出的控制信號，使控制閥的開度產(chǎn)生相應(yīng)變化，從而到達調(diào)理操作變量流量的目的。 回想.執(zhí)行器分類氣動執(zhí)行器電動執(zhí)行器液動執(zhí)行器推力最大，但較笨重，現(xiàn)很少運用化工領(lǐng)域用緊縮空氣為能源，構(gòu)造簡單、動作可靠、平穩(wěn)、輸出推進力大、維修方便、防火防爆、價錢較低、廣泛運

2、用于化工、煉油消費。規(guī)范氣壓信號：0.02-0.1MPa作用是將輸入的直流電流信號線性地轉(zhuǎn)換為位移量。信號傳送迅速，平安防爆性能較差，在行程受阻或閥桿被軋住時電機易受損。.第一節(jié) 氣動執(zhí)行器組成：執(zhí)行機構(gòu)和控制機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)是指根據(jù)控制器控制信號產(chǎn)生推力或位移的安裝?？刂茩C構(gòu)：控制調(diào)理機構(gòu)是根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)輸出信號去改動能量或物料保送量的安裝，通常指控制閥。現(xiàn)場有時就將執(zhí)行器稱為控制閥。輔助安裝：1閥門定位器：利用反響原理來改善執(zhí)行器的性能，實現(xiàn)準確的定位；2手輪機構(gòu)：控制器無輸出或執(zhí)行機構(gòu)失靈時，直接支配控制閥。.氣動執(zhí)行器的構(gòu)造與分類 氣動執(zhí)行器的執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)理機構(gòu)是一致的整體。氣動執(zhí)

3、行機構(gòu)主要分為薄膜式和活塞式。 活塞式薄膜式. 這種執(zhí)行機構(gòu)的輸出位移與輸入氣壓信號成比例關(guān)系。當壓力與彈簧的反作用力平衡時,推桿穩(wěn)定在某一位置,信號壓力越大,推桿的位移量也越大。(推桿的位移即為執(zhí)行機構(gòu)的直線輸出位移,也稱行程。) 薄膜式正作用方式: 信號壓力增大,推桿向下。反作用方式: 信號壓力增大,推桿向上。按連桿最大位移行程確定規(guī)格：10，16，25，40，60，100mm.傳統(tǒng)型 國產(chǎn)正作用式執(zhí)行機構(gòu)稱為ZMA型，反作用式執(zhí)行機構(gòu)稱為ZMB型。較大口徑的控制閥都是采用正作用的執(zhí)行機構(gòu)。信號壓力經(jīng)過波紋膜片的上方正作用式或下方反作用式進入氣室。.側(cè)裝式氣動執(zhí)行機構(gòu)增力式執(zhí)行機構(gòu) 特點：

4、薄膜式膜頭裝在支架的側(cè)面.(2) 活塞式 活塞式執(zhí)行機構(gòu)屬于強力氣動執(zhí)行機構(gòu)。其氣缸允許操作壓力高達0.5MPa，且無彈簧抵消推力，因此輸出推力很大，特別適用于高靜壓、高壓差、大口徑場所。它的輸出特性有兩位式和比例式。兩位式是根據(jù)活塞兩側(cè)的操作壓力的大小而動作，活塞由高壓側(cè)推向低壓側(cè)，使推桿從一個極端位置挪動到另一個極端位置，其行程達25100mm，適用于雙位控制系統(tǒng)；比例式是指推桿的行程與輸入壓力信號成比例關(guān)系，必需帶有閥門定位器，它適用于控制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)。 .調(diào)理機構(gòu)是執(zhí)行器的調(diào)理部分，在執(zhí)行機構(gòu)的輸出力和輸出位移作用下，調(diào)理機構(gòu)閥芯的運動，改動了閥芯與閥座之間的流通截面積，即改動了

5、調(diào)理閥的阻力系數(shù)，使被控介質(zhì)流體的流量發(fā)生相應(yīng)變化。2、控制機構(gòu)控制機構(gòu)即控制閥，實踐上是一個部分阻力可以改動的節(jié)流元件1直通單座控制閥 2直通雙座控制閥3角形控制閥 4三通控制閥5隔膜控制閥 6蝶閥7球閥 8凸輪撓曲閥9籠閥控制閥種類構(gòu)造不同.直通單座調(diào)理閥：閥體內(nèi)只需一個閥芯和一個閥座。構(gòu)造簡單、走漏量小甚至可以完全切斷允許壓差小雙導向構(gòu)造的允許壓差較單導向構(gòu)造大。 直通單座調(diào)理閥它適用于要求走漏量小，任務(wù)壓差較小的干凈介質(zhì)的場所。在運用中應(yīng)特別留意其允許壓差，防止閥門關(guān)不死。 .直通雙座調(diào)理閥：閥體內(nèi)有兩個閥芯和閥座 。由于流體對上、下兩閥芯上的作用力可以相互抵消，因此雙座閥具有允許壓差

6、大上、下兩閥芯不易同時封鎖，因此走漏量較大的特點。 直通雙座調(diào)理閥它適用于閥兩端壓差較大，走漏量要求不高的干凈介質(zhì)場所，不適用于高粘度和含纖維的場所。 .正作用：閥芯向下，閥桿向下，流通面積減少。反作用：閥芯向上，閥桿向下，流通面積增大。 正反作用.角形調(diào)理閥：閥體為直角形流路簡單、阻力小，適用于高壓差、高粘度、含有懸浮物和顆粒狀物質(zhì)的調(diào)理。角形閥普通運用于底進側(cè)出，此時調(diào)理閥穩(wěn)定性好，在高壓差場所下，為了延伸閥芯運用壽命，也可采用側(cè)進底出。但側(cè)進底出在小開度時易發(fā)生振蕩。角形閥還適用于工藝管道直角形配管的場所。 角形調(diào)理閥.三通調(diào)理閥：閥體有三個接納口，適用于三個方向流體的管路控制系統(tǒng)，大多

7、用于熱交換器的溫度調(diào)理、配比調(diào)理和旁路調(diào)理。在運用中應(yīng)留意流體溫差不宜過大，通常小于是150，否那么會使三通閥產(chǎn)生較大應(yīng)力而引起變形，呵斥銜接處走漏或損壞。三通閥有三通合流閥和三通分流閥兩種類型。三通合流閥為介質(zhì)由兩個輸入口流進混合后由一出口流出；三通分流閥為介質(zhì)由一入口流進，分為兩個出口流出。 三通調(diào)理閥.隔膜控制閥：耐腐蝕性強。構(gòu)造簡單，流路阻力小，流量系數(shù)大，無走漏量。隔膜控制閥.蝶閥：蝶閥是經(jīng)過擋板以轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)來控制流體的流量。構(gòu)造緊湊、體積小、本錢低，流通才干大特別適用于低壓差、大口徑、大流量的氣體形或帶有懸浮物流體的場所走漏較大蝶閥通常任務(wù)轉(zhuǎn)角應(yīng)小于70，此時流量特性與等百分比

8、特性類似多用于開關(guān)閥蝶閥.“O形球閥： 閥芯為一球體閥芯上開有一個直徑和管道直徑相等的通孔，轉(zhuǎn)軸帶動球體旋轉(zhuǎn)，起調(diào)理和切斷作用。該閥構(gòu)造簡單，維修方便，密封可靠，流通才干大流量特性為快開特性，普通用于位式控制。 O形球閥.“V形球閥： 閥芯也為一球體但球體上開孔為V形口，隨著球體的旋轉(zhuǎn)，流通截面積不斷發(fā)生變化，但流通截面的外形一直堅持為三角形。該閥構(gòu)造簡單，維修方便，封鎖性能好，流通才干大，可調(diào)比大流量特性近似為等百分比特性，適用于纖維、紙漿及含顆粒的介質(zhì)。 “V形球閥.偏心旋轉(zhuǎn)閥： 轉(zhuǎn)軸帶動閥芯偏心旋轉(zhuǎn)體積小，分量輕，運用可靠，維修方便，通用性強，流體阻力小等優(yōu)點，適用于粘度較大的場所，在石

9、灰、泥漿等流體中，具有較好的運用性能。偏心旋轉(zhuǎn)閥凸輪撓曲閥.套筒閥： 套筒閥的構(gòu)造比較特殊，閥體與普通的直通單座閥類似，但閥內(nèi)有一個圓柱形套筒，又稱籠子，利用套筒導向，閥芯可在套筒中上下挪動。套筒上開有一定外形的窗口節(jié)流孔，套筒挪動時，就改動了節(jié)流孔的面積，從而實現(xiàn)流量調(diào)理。套筒閥分為單密封和雙密封兩種構(gòu)造，前者類似于直通單座閥，適用于單座閥的場所；后者類似于直通雙座閥，適用于雙座閥的場所。套筒閥具有穩(wěn)定性好、拆裝維修方便等優(yōu)點，因此得到廣泛運用，但其價錢比較貴。套筒閥.閥小結(jié).二、控制閥的流量特性定義：流量特性是指流過閥門的調(diào)理介質(zhì)的相對流量與閥桿的相對行程閥門的相對開度之間的關(guān)系。 數(shù)學表

10、達式類型：理想特性、任務(wù)特性改動控制閥與閥座間的流通截面積，可控制流量。調(diào)理閥前后壓差的變化，會引起流量變化。流量特性分為理想流量特性和實踐流量特性表示控制閥某一開度的流量與全開時流量之比，稱為相對流量。表示控制閥某一開度下閥桿行程與全開時閥桿全行程之比，稱為相對開度。.調(diào)理閥的固有特性，由閥芯的外形所決議。1-快開特性2-直線特性3-拋物線特性4-等百分比對數(shù)特性 控制閥的理想流量特性 (P 一定).調(diào)理閥的相對流量與相對位移成直線關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù) (1) 直線流量特性 可調(diào)比R反映調(diào)理閥的調(diào)理才干的大小 定義:調(diào)理閥所能調(diào)理的最大流量和最小流量之比 Qmin不是控

11、制閥全關(guān)時的走漏量，是Qmax的2%-4%.國產(chǎn)控制閥：R=30。.在10%時，流量的相對值為：在50%時，流量的相對值為：在80%時，流量的相對值為：放大系數(shù)K是一個常數(shù)，不論閥桿原來在什么位置，只需閥桿有一樣的變化，流量的數(shù)值也做一樣的變化。因此在開度較小時流量相對變化值大，靈敏度過高，控制造用過強，容易產(chǎn)生振蕩，對控制不利；在開度較大時流量相對變化值小，靈敏度又太小，控制緩慢，減弱了控制造用。不適宜用于負荷變化大的場所。.單位相對位移變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量成正比關(guān)系(2) 等百分比流量特性對數(shù)流量特性對數(shù)閥的放大系數(shù)K隨著相對開度添加而添加。在小開度時控制閥的放大系數(shù)小

12、，控制平穩(wěn)緩和；在大開度時放大系數(shù)大，控制靈敏。.單位相對位移的變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量值的平方值的平方根成正比關(guān)系 (3) 拋物線流量特性 .在開度較小時就有較大的流量，隨著開度的增大，流量很快就到達最大；以后再添加開度，流量變化很小 有效位移普通為閥座直徑的1/4 適用于迅速啟閉的位式控制或程序控制系統(tǒng) (4) 快開流量特性 上述4種流量特性中：直線和等百分比最常用。快開閥：適用于迅速啟閉的雙位控制系統(tǒng)。.2. 任務(wù)流量特性定義：實踐上控制閥的前后壓差是變化的，此時得到的控制閥的相對流量與相對開度之間的關(guān)系稱為任務(wù)流量特性。串聯(lián)管道情況串聯(lián)管道控制閥壓差變化配管系數(shù)S：控制

13、閥全開時，控制閥上壓差p1 與系統(tǒng)總壓差p之比。.S=1時，系統(tǒng)的總壓差全部降在控制閥上，任務(wù)流量特性就表現(xiàn)為理想流量特性。(2)流量特性畸變0.3S0.6: 以為任務(wù)特性與理想特性一樣。0.3S0.6: S0.3 流量特性畸變很大: 節(jié)能運轉(zhuǎn)，可以進展靜態(tài)非線性補償 在實踐運用中，S選得過大或過小都有不妥之處。S選得過大，在流量一樣情況下，管路阻力損耗不變，但是閥上壓降很大，耗費能量過多；S選得過小，那么對調(diào)理不利。 普通希望S值最小不低于0.3。配管系數(shù)S的選擇：.2并聯(lián)管道的任務(wù)流量特性作用：1方便手動操作和維護2當消費量提高或控制閥選小時，可將旁路閥翻開一些.總結(jié)串、并聯(lián)管道串、并聯(lián)管

14、道都會使閥的理想流量特性發(fā)生畸形，串聯(lián)管道的影響尤為嚴重。串、并聯(lián)管道都會使控制閥的可調(diào)范圍降低，并聯(lián)管道尤為嚴重。串聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量減少，并聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量添加。串、并聯(lián)管道會使控制閥的放大系數(shù)減小，即輸入信號引起的流量變化值減小。串聯(lián)管道時控制假設(shè)處于大開度，那么s值降低對放大系統(tǒng)影響更為嚴重；并聯(lián)管道刊控制閥處于小開度，那么x值降低對放大系統(tǒng)影響更為嚴重。.三、 控制閥的選用 普通包括：控制閥構(gòu)造方式及特性的選擇；氣開式、氣關(guān)式的選擇；控制閥口徑選擇主要根據(jù)是：1 流體性質(zhì) 如流體種類、粘度、腐蝕性、能否含懸浮顆粒2 工藝條件 如溫度、壓力、流量、壓差、走漏量3 過程控制要求 控制系

15、統(tǒng)精度、可調(diào)比、噪音 根據(jù)以上各點進展綜合思索，并參照各種調(diào)理機構(gòu)的特點及其適用場所，同時兼顧經(jīng)濟性，來選擇滿足工藝要求的調(diào)理機構(gòu)。.1控制閥構(gòu)造方式及特性的選擇；根據(jù)：工藝條件 調(diào)理介質(zhì)特性例如，當控制閥前后壓差較小，要求走漏量也較小的場所應(yīng)選用直通單座閥；當控制閥前后壓差較大，并且允許有較大走漏量的場所選用直通雙座閥；當介質(zhì)為高粘度，含有懸浮顆粒物時，為防止粘結(jié)堵塞景象，便于清洗應(yīng)選用角型控制閥。5.6.2 流量特性的選擇通常是指如何合理選擇線性和對數(shù)流量特性。選擇步驟：(1) 根據(jù)過程特性，選擇閥的任務(wù)特性；(2) 根據(jù)配管情況，從所需的任務(wù)特性出發(fā)，推斷理想流量特性。選擇原那么：使整個

16、廣義對象具有線性特征。控制閥特性的選取要可以補償廣義對象特性的非線性性。. 主要從工藝消費上平安要求出發(fā)。信號壓力中斷時，應(yīng)保證設(shè)備和操作人員的平安。假設(shè)閥處于翻開位置時危害性小，那么應(yīng)選用氣關(guān)式，以使氣源系統(tǒng)發(fā)生缺點，氣源中斷時，閥門能自動翻開，保證平安。反之閥處于封鎖時危害性小，那么應(yīng)選用氣開閥。 選擇要求氣開式調(diào)理閥:有信號壓力輸入時閥翻開 無信號壓力時閥全關(guān)氣關(guān)式調(diào)理閥:有信號壓力時閥封鎖 無信號壓力時閥全開2.氣開式與氣關(guān)式的選擇.序號執(zhí)行機構(gòu)控制閥氣動執(zhí)行器（a）（b）（c）（d）正正反反正反正反氣關(guān)（反）氣開（正）氣開（正）氣關(guān)（反）表11-1組合方式表圖11-11 組合方式圖.

17、因：供氣中斷時，應(yīng)使給水閥全開，使得鍋爐不致燒干引起爆炸。故：選氣關(guān)閥。鍋爐汽包水位控制帶控制點的流程圖例：鍋爐汽包水位的控制氣關(guān)閥.例2：加熱爐爐溫的控制因：供氣中斷時，應(yīng)使燃料閥全關(guān)，停頓供應(yīng)燃料油，不致使加熱爐溫度過高燒壞爐子。故：選氣開閥。加熱爐溫度控制帶控制點的流程圖氣開閥.3、控制閥口徑的選擇緣由：口徑選擇過小，會使流經(jīng)控制閥的介質(zhì)達不到所需求的最大流量假設(shè)企圖經(jīng)過開大旁路閥來彌補介質(zhì)流量的不同，會使閥的流量特性產(chǎn)生畸變；口徑選擇過大，不僅會浪費設(shè)備投資，而且會使控制閥經(jīng)常處于小開度任務(wù),控制性能變差,容易使控制系統(tǒng)變得不穩(wěn)定根據(jù)：流通才干，用流量系數(shù)KV表示。由于：流量系數(shù)KV直

18、接反映了流體經(jīng)過控制閥的最大才干。流通才干定義：控制閥全開時，閥前后壓差為100kPa、流體密度為1g/cm2 時，每小時流經(jīng)控制閥的流量值m3/h 不可緊縮流體,計算公式:把上述參數(shù)代入流量方程，即可算出實踐工況的流經(jīng)閥門的流量 現(xiàn)實上，這里提出流量系數(shù)的概念，意圖不在流量的計算上，真正目的是根據(jù)工藝要求如何來選擇一臺適宜的調(diào)理閥。 .48根據(jù)工藝要求，即流量Q、前后差壓P、介質(zhì)密度，可以用下式來計算調(diào)理閥的流量系數(shù)，并以此來作為閥門口徑選擇的根據(jù)之一：留意：上式中各參數(shù)的單位 上式只適用于普通的流體如水或者類似流體 流體的種類和性質(zhì)將影響KV的大小，因此對不同的流體必需思索其對流量系數(shù)的影響 流體的流動形狀也將影響Kv的大小流量系數(shù)的計算 .5.6.5 安裝運用安裝運用應(yīng)思索以下幾個問題P101:(1) 垂直安裝在程度管道上。(2) 環(huán)境溫度要求：-40溫度U2，輸出電壓USC= U1-U2反之，當鐵芯下移時，有U2U1，此時輸出電壓USC= U2-U1，其相位與上述相反。信號USC經(jīng)過整流、濾波電路可以得到010mA DC或420m