直流伺服電機(jī)-天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院

任課教師：李正強(qiáng)2014－2015學(xué)年第一學(xué)期第四章執(zhí)行器2執(zhí)行器是自動(dòng)控制系統(tǒng)中必不可少的重要的組成部分。它的作用是接受控制器輸出的控制信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為直線位移和角位移，操縱控制機(jī)構(gòu)，自動(dòng)改變操作變量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程變量的自動(dòng)控制，使生產(chǎn)過(guò)程滿足預(yù)定的要求。執(zhí)行器安裝在現(xiàn)場(chǎng)，直接與工藝介質(zhì)接觸，通常在高溫、高壓、高黏度，強(qiáng)腐蝕、易結(jié)晶、易燃易爆、劇毒等場(chǎng)合下工作，如果選用不當(dāng)，將直接影響過(guò)程控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量，甚至造成嚴(yán)重事故。3主要內(nèi)容：第一節(jié)

概述第二節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)第四節(jié)執(zhí)行器的選擇第五節(jié)閥門定位器第六節(jié)應(yīng)用實(shí)例41、執(zhí)行器的種類及特點(diǎn)第一節(jié)概述按所使用能源形式的不同可以分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)三大類。氣動(dòng)執(zhí)行器用壓縮空氣作為能源，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、性能穩(wěn)定、輸出力大、維修方便，價(jià)格便宜，防火防爆，因此廣泛地應(yīng)用于化工、造紙、煉油等生產(chǎn)過(guò)程中，它還可以與電動(dòng)儀表配套使用。電動(dòng)執(zhí)行器的能源取用方便，信號(hào)傳遞迅速，適合于遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳送，便于與電子計(jì)算機(jī)配合使用。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，防爆性能差。液動(dòng)執(zhí)行器的特點(diǎn)是輸出推力很大但由于各種原因在化工、煉油等生產(chǎn)過(guò)程中基本上不使用。51、執(zhí)行器的種類及特點(diǎn)第一節(jié)概述62、執(zhí)行器的構(gòu)成第一節(jié)概述執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（又稱控制閥或控制機(jī)構(gòu)）兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動(dòng)裝置，它按控制信號(hào)壓力的大小產(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)壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)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)換為流過(guò)閥的流量的裝置。73、執(zhí)行器的作用方式第一節(jié)概述執(zhí)行器的“氣開、氣關(guān)”的四種構(gòu)成方式83、執(zhí)行器的作用方式第一節(jié)概述

所謂氣開閥是隨著信號(hào)壓力的增大而開度增大，無(wú)信號(hào)時(shí)，氣動(dòng)閥處于全關(guān)狀態(tài)；反之，氣關(guān)閥是隨著信號(hào)壓力的增大而逐漸關(guān)閉的，無(wú)信號(hào)時(shí)，氣關(guān)閥處于全開狀態(tài)。

對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)，究竟選擇氣開作用方式還是氣關(guān)作用方式要由生產(chǎn)工藝要求來(lái)決定。一般來(lái)說(shuō)要根據(jù)以下幾條原則來(lái)進(jìn)行選擇。1.從生產(chǎn)的安全出發(fā)；2.從保證產(chǎn)品質(zhì)量的角度考慮；3.從降低原料和動(dòng)力損耗的角度考慮；4.從介質(zhì)特點(diǎn)考慮。91、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)第二節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是以140的壓縮空氣為能源，以20~100氣壓信號(hào)為輸入控制信號(hào)。它接受氣動(dòng)調(diào)節(jié)器或閥門定位器輸出的氣壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出力和直線位移，以推動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要分為薄膜式和活塞式兩種，其中薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)最為常用。氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力較大，主要適用于大口徑、高壓降控制閥或碟閥的推動(dòng)裝置。101、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)第二節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)除了薄膜式和活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)之外，還有長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它的行程長(zhǎng)、轉(zhuǎn)矩大，適于輸出轉(zhuǎn)角（0℃～90℃）和力矩，如用于蝶閥或風(fēng)門的推動(dòng)裝置。111、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)第二節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正作用和反作用兩種形式。當(dāng)來(lái)自控制器或閥門定位器的信號(hào)壓力增大時(shí)，閥桿向下移動(dòng)的叫正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)信號(hào)壓力增加時(shí)閥桿向上移動(dòng)的叫反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)。正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)壓力是通入波紋膜片上方的薄膜氣室。反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)壓力是通入波紋膜片下方的膜片氣室，通過(guò)更換個(gè)別零件，兩者便能相互改裝。121、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)第二節(jié)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-壓縮彈簧；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)薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)圖131、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)第二節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

根據(jù)有無(wú)彈簧執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為有彈簧的和無(wú)彈簧的。有彈簧的薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)最為常用，無(wú)彈簧的薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)常用于雙位式控制（即氣開氣關(guān)型）。

有彈簧的薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出位移與輸入氣壓信號(hào)成比例關(guān)系。

141、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)第二節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)按其作用方式可分成比例式和兩位式兩種。比例式是指輸入信號(hào)壓力與推桿的行程成比例關(guān)系，這時(shí)它必須與閥門定位器配用。兩位式是根據(jù)輸入執(zhí)行機(jī)構(gòu)活塞兩側(cè)的操作壓力差來(lái)完成的。151、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)第二節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)圖162、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)第二節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一樣，是控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要部分。它接受來(lái)自控制器的0～10mA或4～20mA的直流電流信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直行程位移，去操縱閥門、擋板等控制機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。172、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)第二節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

電動(dòng)執(zhí)行器有角行程、直行程和多轉(zhuǎn)式等類型。

角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力元件，將輸入的直流電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移（0℃～90℃），這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)適用于操縱蝶閥、擋板之類的旋轉(zhuǎn)式控制閥。

直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受輸入的直流電流信號(hào)后，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后經(jīng)減速器減速并轉(zhuǎn)換為直線位移輸出，去操縱單座、雙座、三通等各種控制閥和其他直線式控制機(jī)構(gòu)。

多轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要用來(lái)開啟和關(guān)閉閘閥、截止閥等多轉(zhuǎn)式閥門。由于它的電動(dòng)功率比較大，最大的有幾十千瓦，一般多用作就地操作和遙控。182、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)第二節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由伺服放大器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)又包括兩相伺服電動(dòng)機(jī)、減速器和位置發(fā)送器。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成框圖192、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)第二節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(1)伺服放大202、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)第二節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(2)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)、減速器和位置變送器三部分組成。伺服電動(dòng)機(jī)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)力部分，具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大和啟動(dòng)電流較小的特點(diǎn)。減速器將高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩變成低轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩。位置發(fā)送器是根據(jù)差動(dòng)變壓器的工作原理，利用輸出軸的位移來(lái)改變鐵芯在差動(dòng)線圈中的位置，以產(chǎn)生反饋信號(hào)和位置信號(hào)。操作器是用來(lái)手動(dòng)與自動(dòng)之間的切換、遠(yuǎn)方操作和自動(dòng)跟蹤無(wú)擾動(dòng)切換等任務(wù)。212、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)第二節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(3)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的整機(jī)特性信號(hào)傳遞方框圖系統(tǒng)平衡時(shí)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的靜態(tài)關(guān)系式為電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入與輸出之間具有良好的線性關(guān)系。223、智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)第二節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與常規(guī)電動(dòng)執(zhí)行器相比,智能電動(dòng)執(zhí)行器有如下特點(diǎn)：1）具有智能化和高精度的控制功能。2)一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想。3)具有智能化的通信功能。4)具有智能化的自診斷與保護(hù)功能。5）具有靈活的組態(tài)功能，“一機(jī)多用”，提高了經(jīng)濟(jì)效益。23第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力和輸出位移作用下，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)閥芯的運(yùn)動(dòng)，改變了閥芯與閥座之間的流通截面積，即改變了調(diào)節(jié)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。241、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要由閥體、閥座、閥芯、和閥桿或轉(zhuǎn)軸構(gòu)成。調(diào)節(jié)閥的外形組成1—執(zhí)行機(jī)構(gòu)2—閥桿3—閥芯4—閥座5—閥體6—轉(zhuǎn)軸7—閥板251、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)幾種常用的型式(1)芯型式閥芯的類型多樣，但一般分為兩大類，即直行程閥芯和角行程閥芯。1)直行程閥芯包括：①平板型閥芯；②柱塞型閥芯；③窗口型閥芯；④多級(jí)閥芯。2)角行程閥芯包括：①偏心旋轉(zhuǎn)閥芯；②碟型閥芯；③球型閥芯。261、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)幾種常用的型式(1)芯型式直行程閥芯(a)平板型閥芯；(b)柱塞型閥芯；(c)球型、針型閥芯；

(d)圓柱體上銑出小槽閥芯(e)窗口型閥芯；(f)多級(jí)閥芯；（g）套筒閥閥芯

271、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)幾種常用的型式(1)芯型式（a）偏心旋轉(zhuǎn)閥芯；(b)碟型閥芯；(c)球型閥芯角行程閥芯281、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)幾種常用的型式(2)調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)型式291、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(3)流體對(duì)閥芯的作用形式和閥芯的安裝形式。(a)流開閥；(b)流閉閥兩種不同流向的調(diào)節(jié)閥

(a)正裝閥；(b)反裝閥閥芯的安裝形式302、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的工作原理第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對(duì)于不可壓縮流體，由能量守恒原理可知，調(diào)節(jié)閥上的能量損失等于調(diào)節(jié)閥前后流體的壓力之差：調(diào)節(jié)閥的開度不變，流體的密度不變，那么單位質(zhì)量流體經(jīng)調(diào)節(jié)閥時(shí)的能量損失與流體的動(dòng)能成正比：312、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的工作原理第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)流體在調(diào)節(jié)閥的平均流速調(diào)節(jié)閥的流量方程式：上式通常采用下列單位：則上式可改寫為323、調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)反映調(diào)節(jié)閥的工作特性和結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)很多，如流量系數(shù)，公稱直徑，閥座直徑，閥芯行程，流量特性，公稱壓力和薄膜有效面積等。在這些參數(shù)中流量系數(shù)值具有特別重要的意義，因?yàn)榇酥档拇笮≈苯臃从沉苏{(diào)節(jié)閥的容量。它是設(shè)計(jì)、使用部門選用調(diào)節(jié)閥的重要參數(shù)。333、調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由于不可壓縮流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量可改寫為：令流通能力被定義為：當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開時(shí)，閥前后壓差為0.1流體重度為1時(shí)，每小時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)閥流體的流量數(shù)，以或計(jì)。343、調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)閥的尺寸通常用公稱直徑和閥座直徑來(lái)表示。主要依據(jù)是計(jì)算出流通能力來(lái)進(jìn)行選擇。流通能力表示調(diào)節(jié)閥的容量，對(duì)于通過(guò)調(diào)節(jié)閥的流體流量的控制，是基于改變其閥芯與閥座之間的流通截面大小，即改變其阻力大小來(lái)達(dá)到的。353、調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、和根據(jù)調(diào)節(jié)所需的物料量、，流體重度γ以及調(diào)節(jié)閥上的壓差，可以求得最大流量、最小流量的值，再根據(jù)，

在所選用產(chǎn)品型式的標(biāo)準(zhǔn)系列中，選取大于并最接近一級(jí)的值，查出和。從表4-3中查得，應(yīng)選閥座直徑為40，公稱直徑為40的雙座閥。此時(shí)，值為25，這樣在最大流量時(shí)還有一定的余量。363、調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、和[例]流過(guò)某一油管的最大體積流量為40m3/h，流體重度為0.05，閥門上的壓差為0.2，試選擇適當(dāng)型號(hào)的閥門。根據(jù)流通能力公式：374、調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、和調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比就是調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量與最小流量之比?？烧{(diào)比也稱為可調(diào)范圍，用R表示理想可調(diào)比——當(dāng)調(diào)節(jié)閥上壓差一定時(shí)，這時(shí)的可調(diào)比稱為理想可調(diào)比。理想可調(diào)比一般均小于50。目前我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)時(shí)，取R=30。384、調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、和實(shí)際可調(diào)比——調(diào)節(jié)閥在實(shí)際工作時(shí)，總是與管路系統(tǒng)相串聯(lián)或與旁路閥相并聯(lián)，隨著管路系統(tǒng)的阻力變化或旁路閥開啟程度的不同，調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比也發(fā)生相應(yīng)的變化，此時(shí)的可調(diào)比就稱為實(shí)際可調(diào)比。394、調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、和串聯(lián)管道時(shí)的可調(diào)比——調(diào)節(jié)閥串聯(lián)管道工作情況如圖所示：404、調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、和令414、調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、和并聯(lián)管道時(shí)的可調(diào)比工作情況如圖所示424、調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、和并聯(lián)管道時(shí)的可調(diào)比工作情況如圖所示435、調(diào)節(jié)閥的流量特性第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、指介質(zhì)流過(guò)閥門的相對(duì)流量與閥門相對(duì)開度之間的關(guān)系，即：從過(guò)程控制的角度來(lái)看，流量特性是調(diào)節(jié)閥主要的特性，它對(duì)整個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)的品質(zhì)有很大影響，不少控制系統(tǒng)工作不正常，往往是由于調(diào)節(jié)閥的特性特別是流量特性選擇不合適，或者是閥芯在使用中受腐蝕、磨損使特性變壞引起的。445、調(diào)節(jié)閥的流量特性第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、由流量方程可知，流過(guò)調(diào)節(jié)閥的流量不僅與閥的開度（流通截面積）有關(guān)，還受調(diào)節(jié)閥兩端壓差的影響。當(dāng)調(diào)節(jié)閥兩端壓差不變時(shí)，流量特性只與閥芯形狀有關(guān)，這時(shí)的流量特性就是調(diào)節(jié)閥生產(chǎn)廠家提供的特性，稱為理想流量特性或固有流量特性。而調(diào)節(jié)閥在現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)，兩端壓差是不可能固定不變的，因此，流量特性也要發(fā)生變化，我們把調(diào)節(jié)閥在實(shí)際工作中所具有的流量特性稱為工作流量特性或安裝流量特性。可見相同理想流量特性的調(diào)節(jié)閥，在不同現(xiàn)場(chǎng)不同條件下工作時(shí)，其工作流量特性并不完全一樣。455、調(diào)節(jié)閥的流量特性第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、理想流量特性——當(dāng)調(diào)節(jié)閥前后壓差一定的情況下得到的流量特性，稱之為理想流量特性，它僅取決于閥芯的形狀。不同的閥芯曲面可得到不同的流量特性，它是一個(gè)調(diào)節(jié)閥所固有的流量特性。在目前常用的調(diào)節(jié)閥中，有三種典型的固有流量特性，即直線流量特性、對(duì)數(shù)（或稱等百分比）流量特性和快開流量特性。465、調(diào)節(jié)閥的流量特性第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、三種閥芯形狀圖理想流量特性曲線475、調(diào)節(jié)閥的流量特性第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、（1）直線流量特性直線流量特性是指調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與閥芯的相對(duì)位移成直線關(guān)系直線流量特性的調(diào)節(jié)閥在小開度工作時(shí)，其相對(duì)流量變化太大，控制作用太強(qiáng)，容易引起超調(diào)，產(chǎn)生振蕩；而在大開度工作時(shí)，其相對(duì)流量變化小，控制作用太弱，造成控制作用不及時(shí)。485、調(diào)節(jié)閥的流量特性第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、（2）對(duì)數(shù)（等百分比）流量特性對(duì)數(shù)（等百分比）流量特性是指閥桿的相對(duì)位移（開度）變化所引起的相對(duì)流量變化與該點(diǎn)的相對(duì)流量成正比。從過(guò)程控制來(lái)看，利用對(duì)數(shù)（等百分比）流量特性，在小開度時(shí)小，控制緩和平穩(wěn)；在大開度時(shí)大，控制及時(shí)有效。495、調(diào)節(jié)閥的流量特性第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、（3）快開流量特性這種特性在小開度時(shí)流量就比較大，隨著開度的增大，流量很快達(dá)到最大，故稱為快開特性快開特性的閥芯形狀為平板型，其有效行程為閥座直徑的1/4，當(dāng)行程增大時(shí)，閥的流通面積不再增大，就不能起控制作用。505、調(diào)節(jié)閥的流量特性第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、工作流量特性——在實(shí)際使用時(shí)，調(diào)節(jié)閥安裝在管道上，與其它設(shè)備串聯(lián)，或者與旁路管道并聯(lián)，因而調(diào)節(jié)閥前后的壓差是變化的。此時(shí)，調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與閥芯相對(duì)開度之間的關(guān)系稱為工作流量特性。515、調(diào)節(jié)閥的流量特性第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、（1）串聯(lián)管道的工作流量特性525、調(diào)節(jié)閥的流量特性第三節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、（2）并聯(lián)管道的工作流量特性53第四節(jié)執(zhí)行器的選擇、執(zhí)行器的選擇，主要是從以下三方面考慮：（1）根據(jù)工藝條件，選擇合適的執(zhí)行器結(jié)構(gòu)型式和材質(zhì)；（2）根據(jù)工藝對(duì)象的特點(diǎn)，選擇合適的調(diào)節(jié)閥流量特性；（3）根據(jù)工藝參數(shù)，計(jì)算出流量系數(shù)，選擇合理的閥門口徑。54第四節(jié)執(zhí)行器的選擇、1、執(zhí)行器結(jié)構(gòu)形式選擇(1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇主要指氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇。55第四節(jié)執(zhí)行器的選擇、1、執(zhí)行器結(jié)構(gòu)形式選擇(1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇對(duì)于氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō),薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力，通常都能滿足調(diào)節(jié)閥的要求，所以大多均選用它。但當(dāng)所選用的調(diào)節(jié)閥口徑較大或壓差較高時(shí)，要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)有較大的輸出力，此時(shí)可考慮選用活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)然也可用薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)再配上閥門定位器。在選用氣動(dòng)執(zhí)行器時(shí)，還必須考慮氣動(dòng)執(zhí)行器的作用方式是氣開式還是氣關(guān)式。有信號(hào)壓力輸入時(shí)閥關(guān)，無(wú)信號(hào)壓力時(shí)閥開為氣關(guān)式執(zhí)行器，反之為氣開式。氣開、氣關(guān)的選擇主要從工藝生產(chǎn)安全的要求出發(fā)。考慮的原則是：信號(hào)壓力中斷時(shí)，應(yīng)保證設(shè)備和操作人員的安全。如閥門處于打開位置時(shí)危害性小，則應(yīng)選用氣關(guān)式；反之，則用氣開式。56第四節(jié)執(zhí)行器的選擇、1、執(zhí)行器結(jié)構(gòu)形式選擇(1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)時(shí)有四種組合方式57第四節(jié)執(zhí)行器的選擇、1、執(zhí)行器結(jié)構(gòu)形式選擇(2)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的選擇調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的選擇依據(jù)主要是：（1）流體性質(zhì)，如流體種類、粘度、腐蝕性、是否含懸浮顆粒；（2）工藝條件，如溫度、壓力、流量、壓差、泄漏量；（3）過(guò)程控制要求，如控制系統(tǒng)精度、可調(diào)比、噪音等。58第四節(jié)執(zhí)行器的選擇、2、調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇目前，調(diào)節(jié)閥的流量特性有直線、等百分比、快開和拋物線四種。拋物線的流量特性介于直線與等百分比特性之間，一般用等百分比流量特性來(lái)代替拋物線流量特性。這樣，調(diào)節(jié)閥的流量特性，在生產(chǎn)中常用的是直線、等百分比和快開三種。而快開特性主要用于兩位式控制及程序控制中，因此，在考慮調(diào)節(jié)閥流量特性選擇時(shí)通常是指如何合理選擇直線和等百分比流量特性。59第四節(jié)執(zhí)行器的選擇、2、調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇有數(shù)學(xué)分析法和經(jīng)驗(yàn)法。目前較多采用經(jīng)驗(yàn)法。調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇一般可以從以下幾個(gè)方面考慮。1）考慮系統(tǒng)的控制品質(zhì)2）考慮工藝管道情況3）考慮負(fù)荷變化情況60第四節(jié)執(zhí)行器的選擇、2、調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇1）考慮系統(tǒng)的控制品質(zhì)一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)，在負(fù)荷變動(dòng)的情況下，要使系統(tǒng)保持預(yù)定的控制品質(zhì)，則必須要求系統(tǒng)總的開環(huán)放大系數(shù)在整個(gè)操作范圍內(nèi)保持不變。調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇原則，應(yīng)符合：=常數(shù)。61第四節(jié)執(zhí)行器的選擇、2、調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇2）考慮工藝管道情況具體做法是先根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)選擇所需要的工作流量特性，再考慮工藝配管情況確定相應(yīng)的理想流量特性。選擇原則可參照下表進(jìn)行。62第四節(jié)執(zhí)行器的選擇、2、調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇3）考慮負(fù)荷變化情況直線特性調(diào)節(jié)閥在S值小、負(fù)荷變化大的場(chǎng)合，不宜采用。

等百分比特性調(diào)節(jié)閥對(duì)負(fù)荷變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性。在負(fù)荷變化較大的場(chǎng)合，應(yīng)選用對(duì)數(shù)（等百分比）流量特性的調(diào)節(jié)閥。當(dāng)調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開度時(shí)，也應(yīng)選用對(duì)數(shù)（等百分比）流量特性的調(diào)節(jié)閥。當(dāng)介質(zhì)有固體懸浮物時(shí)，為了不至于引起閥芯曲面的磨損應(yīng)選用直線流量特性的調(diào)節(jié)閥。63第四節(jié)執(zhí)行器的選擇、2、調(diào)節(jié)閥的口徑選擇調(diào)節(jié)閥的口徑選擇對(duì)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行影響很大。調(diào)節(jié)閥口徑選擇的主要依據(jù)是流量系數(shù)。流量系數(shù)的大小決定于閥門全開時(shí)的最大流量和壓差的數(shù)值。為了能正確計(jì)算流量系數(shù)，首先必須要合理確定調(diào)節(jié)閥流量和壓差的數(shù)據(jù)。通常把代入計(jì)算公式中的流量和壓差分別稱為計(jì)算流量和計(jì)算壓差。64第四節(jié)執(zhí)行器的選擇、2、調(diào)節(jié)閥的口徑選擇選擇調(diào)節(jié)閥口徑的步驟如下（1）確定計(jì)算流量（2）確定計(jì)算壓差（3）計(jì)算流量系數(shù)（4）選取流量系數(shù)（5）驗(yàn)算調(diào)節(jié)閥開度（6）驗(yàn)算調(diào)節(jié)閥實(shí)際可調(diào)比(7)確定調(diào)節(jié)閥口徑65第四節(jié)執(zhí)行器的選擇、2、調(diào)節(jié)閥的口徑選擇（1）確定計(jì)算流量最大計(jì)算流量是指通過(guò)調(diào)節(jié)閥的最大流量，其值應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)備的生產(chǎn)能力、對(duì)象負(fù)荷的變化、操作條件變化以及系統(tǒng)的控制質(zhì)量等因素綜合考慮，合理確定。計(jì)算流量也可以參考泵和壓縮機(jī)等流體輸送機(jī)械的能力來(lái)確定。有時(shí)，綜合多種方法來(lái)確定。66第四節(jié)執(zhí)行器的選擇、2、調(diào)節(jié)閥的口徑選擇（2）確定計(jì)算壓差計(jì)算壓差是指最大流量時(shí)調(diào)節(jié)閥上的壓差，即調(diào)節(jié)閥全開時(shí)的壓差。確定計(jì)算壓差時(shí)必須兼顧調(diào)節(jié)性能和動(dòng)力消耗兩方面，即應(yīng)合理選定S值。閥上的壓差占整個(gè)系統(tǒng)壓差的比值越大，調(diào)節(jié)閥流量特性的畸變?cè)叫?，控制性能就越能得到保證。但閥前后壓差越大，所消耗的動(dòng)力越多。67第四節(jié)執(zhí)行器的選擇、2、調(diào)節(jié)閥的口徑選擇（2）確定計(jì)算壓差計(jì)算壓差步驟如下：1)選擇調(diào)節(jié)閥前后最近的壓力基本穩(wěn)定的兩個(gè)設(shè)備作為系統(tǒng)的計(jì)算范圍。2)在最大流量的條件下，分別計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)調(diào)節(jié)閥之外的各項(xiàng)局部阻力所引起的壓力損失，再求出它們的總和68第四節(jié)執(zhí)行器的選擇、2、調(diào)節(jié)閥的口徑選擇（2）確定計(jì)算壓差計(jì)算壓差步驟如下：3)選取S值。S值應(yīng)為調(diào)節(jié)閥全開時(shí)閥上壓差和系統(tǒng)的壓力損失之比，即4)求取調(diào)節(jié)閥計(jì)算壓差69第四節(jié)執(zhí)行器的選擇、2、調(diào)節(jié)閥的口徑選擇（3）計(jì)算流量系數(shù)選擇合適的計(jì)算公式，根據(jù)已決定的計(jì)算流量和計(jì)算壓差，求得最大流量時(shí)的流量系數(shù)（4）選取流量系數(shù)根據(jù)已求得的，在所選用的產(chǎn)品型式的標(biāo)準(zhǔn)系列中，選取大于并與其最接近的那一擋值。70第四節(jié)執(zhí)行器的選擇、2、調(diào)節(jié)閥的口徑選擇（5）驗(yàn)算調(diào)節(jié)閥開度一般最大計(jì)算流量時(shí)調(diào)節(jié)閥的開度在90%左右，最小計(jì)算流量時(shí)的開度不小于10%。開度驗(yàn)算時(shí)必須考慮調(diào)節(jié)閥的理想流量特性和工作條件。（6）驗(yàn)算調(diào)節(jié)閥實(shí)際可調(diào)比

可調(diào)比驗(yàn)算時(shí)應(yīng)按R實(shí)=來(lái)進(jìn)行。(7)確定調(diào)節(jié)閥口徑驗(yàn)算合格后，根據(jù)流量系數(shù)值決定調(diào)節(jié)閥的公稱直徑和閥座直徑。71第五節(jié)閥門定位器、閥門定位器的用途主要有以下幾個(gè)方面：（1）提高閥桿位置的線性度，克服閥桿的摩擦力，消除被控介質(zhì)壓力變化與高壓差對(duì)閥位的影響；（2）增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作速度，改善控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性；（3）可用20～100的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)壓力去操作40～200的非標(biāo)準(zhǔn)號(hào)壓力的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；

（4）可實(shí)現(xiàn)分程控制，用一臺(tái)控制儀表去操作兩臺(tái)調(diào)節(jié)閥；72第五節(jié)閥門定位器、閥門定位器的用途主要有以下幾個(gè)方面：（5）可實(shí)現(xiàn)反作用動(dòng)作；（6）可修正調(diào)節(jié)閥的流量特性；（7）可使活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)和長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)的兩位式動(dòng)作變?yōu)楸壤絼?dòng)作；（8）電/氣閥門定位器后，可用4～20mADC電流信號(hào)去操作氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一臺(tái)電/氣閥門定位器具有電/氣轉(zhuǎn)換器和氣動(dòng)閥門定位器的雙重作用。閥門定位器按輸入信號(hào)分類：氣動(dòng)閥門定位器和電/氣閥門定位器。73第五節(jié)閥門定位器、1、氣動(dòng)閥門定位器氣動(dòng)閥門定位器接受由氣動(dòng)控制器或電/氣轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的控制器的輸出信號(hào)，然后產(chǎn)生和控制器輸出信號(hào)成比例的氣壓信號(hào)，用以控制氣動(dòng)執(zhí)行器。閥門定位器功能示意圖74第五節(jié)閥門定位器、1、氣動(dòng)閥門定位器氣動(dòng)閥門定位器品種很多，按其工作原理不同，可分為位移平衡式和力（力矩）平衡式兩大類，現(xiàn)以力（力矩）平衡式為例，說(shuō)明其工作原理。力矩平衡式氣動(dòng)閥門定位器75第五節(jié)閥門定位器、1、氣動(dòng)閥門定位器閥門定位器有正作用和反作用兩種形式。正作用式定位器是指當(dāng)信號(hào)壓力增加時(shí)，輸出壓力也增加；而反作用式定位器是信號(hào)壓力增加時(shí)，輸出壓力減小。定位器上還帶有切換開關(guān)。其作用是當(dāng)定位器發(fā)生故障時(shí)，使調(diào)節(jié)器輸出的信號(hào)經(jīng)切換開關(guān)直接進(jìn)入氣動(dòng)執(zhí)行器。76第五節(jié)閥門定位器、1、電/氣閥門定位器電/氣閥門定位器實(shí)際上是電/氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器的組合。（1）電/氣轉(zhuǎn)換器為了使氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥能夠接收電動(dòng)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，必須把標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)。所以，電/氣轉(zhuǎn)換器的作用是將4～20的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成20～100的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)。77第五節(jié)閥門定位器、1、電/氣閥門定位器電/氣閥門定位器實(shí)際上是電/氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器的組合。（1）電/氣轉(zhuǎn)換器力平衡式電/氣轉(zhuǎn)換器原理圖78第五節(jié)閥門定位器、1、電/氣閥門定位器電/氣閥門定位器實(shí)際上是電/氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器的組合。（2）閥門定位器帶閥門定位器的氣動(dòng)執(zhí)行器框圖79第五節(jié)閥門定位器、1、電/氣閥門定位器(3)電/氣閥門定位器電/氣閥門定位器具有電/氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器的雙重作用。電/氣閥門定位器的結(jié)構(gòu)形式有多種，下面介紹的一種也是按力矩平衡原理工作的，主要由接線盒組件、轉(zhuǎn)換組件、氣路組件及反饋組件四部分組成。80第五節(jié)閥門定位器、1、電/氣閥門定位器(3)電/氣閥門定位器（1）接線盒組件由接線盒、端子板及電纜引線等部分組成。對(duì)于一般型和安全火花型無(wú)隔爆要求，而對(duì)于安全隔爆復(fù)合型則采取了隔爆措施。（2）轉(zhuǎn)換組件包括永久磁鋼、線圈、杠桿、噴嘴、擋板及調(diào)零裝置等部件。其作用是將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為氣壓信號(hào)。（3）氣路組件包括氣動(dòng)放大器、氣阻、壓力表及自動(dòng)-手動(dòng)切換閥等部件。它可實(shí)現(xiàn)氣壓信號(hào)放大和自動(dòng)-手動(dòng)切換的功能。（4）反饋組件包括反饋彈簧、反饋拉桿、反饋壓板等部件。它的作用是平衡電磁力矩，并保證閥門定位器輸出與輸入的線性關(guān)系。81第五節(jié)閥門定位器、1、電/氣閥門定位器(3)電/氣閥門定位器電/氣閥門定位器工作原理82第六節(jié)應(yīng)用實(shí)例、1、儲(chǔ)槽液位控制系統(tǒng)試畫出該控制系統(tǒng)的框圖。若儲(chǔ)槽不能溢出，試確定控制器的作用方向。液位控制過(guò)程示意圖83第六節(jié)應(yīng)用實(shí)例、1、儲(chǔ)槽液位控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng)框圖84第六節(jié)應(yīng)用實(shí)例、2、鍋爐鍋筒液位控制系統(tǒng)要求鍋爐不能燒干。試畫出該系統(tǒng)的框圖，判斷控制閥的氣開、氣關(guān)型式，確定控制器的正、反作用，并簡(jiǎn)述當(dāng)加熱室溫度升高導(dǎo)致蒸汽蒸發(fā)量增加時(shí)，該控制系統(tǒng)是如何克服擾動(dòng)的。鍋爐鍋筒液位控制系統(tǒng)示意圖85第六節(jié)應(yīng)用實(shí)例、2、鍋爐鍋筒液位控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng)框圖86第六節(jié)應(yīng)用實(shí)例、3、反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)1)畫出控制系統(tǒng)框圖；2)如果反應(yīng)器溫度不能過(guò)高，試確定控制閥的氣開、氣關(guān)型式；3)確定主控制器和副控制器的正反作用；4)若冷卻水壓力突然升高，試簡(jiǎn)述該控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過(guò)程。反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)示意圖87第六節(jié)應(yīng)用實(shí)例、3、反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)1)該系統(tǒng)是串級(jí)控制系統(tǒng)，其框圖如圖88第六節(jié)應(yīng)用實(shí)例、3、反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)2)因?yàn)榉磻?yīng)器溫度不能過(guò)高，控制閥在氣源中斷時(shí)應(yīng)該是全開的，因此選用氣關(guān)閥。3)先確定副控制器。因?yàn)楦睂?duì)象是正作用，控制閥是反作用，為了保證副回路是負(fù)反橫，副控制器選用正作用;再確定主控制器，把整個(gè)副回路看作是一個(gè)正作用環(huán)節(jié)，主對(duì)象為反作用，為了保證主回路為負(fù)反饋，主控制器采用正作用。89第六節(jié)應(yīng)用實(shí)例、3、反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)4)從副回路來(lái)看，當(dāng)冷卻水壓力升高時(shí)，冷卻水的流量增加，由于副控制器是正作用，其輸出增加；又由于控制閥是氣關(guān)閥，故其開度減小，因此冷卻水流量減小，從而及時(shí)克服由于壓力升高引起的流量增加，使冷卻水壓力的波動(dòng)幾乎不影響到反應(yīng)器溫度口從主路來(lái)看，若副回路對(duì)冷卻水壓力的波動(dòng)不能完全克服，而使反應(yīng)器溫度有微小降低。這時(shí)，由于主控制器是正作用控制器，其輸出減小，即副控制器的設(shè)定值減小，相當(dāng)于副控制器的測(cè)量值增加，所以其輸出增加，控制閥開度減小，冷卻水流量減小，使反應(yīng)器溫度升高，這樣，主回路和副回路同時(shí)作用，很及時(shí)地克服了壓力波動(dòng)的影響。90第六節(jié)應(yīng)用實(shí)例4、鍋爐水位控制系統(tǒng)畫出圖示鍋爐水位控制系統(tǒng)的流程圖和方框圖并確定調(diào)節(jié)閥的氣開/氣關(guān)形式、調(diào)節(jié)器的正/反作用和調(diào)節(jié)規(guī)律工藝要求鍋爐內(nèi)的水位維持定值并保證鍋爐不燒干。91為了保證鍋爐不燒干，給水閥應(yīng)選擇氣關(guān)閥，其增益Kv為負(fù)。又因給水流量增加時(shí)，鍋爐水位增加，故被控過(guò)程增益Ko為正；一般檢測(cè)變送單元LT的增益Km為正；為使系統(tǒng)的開環(huán)增益KcKvKoKm>0,故水位調(diào)節(jié)器LC的增益Kc<0,即LC應(yīng)為正作用調(diào)節(jié)器。水位調(diào)節(jié)器一般為P/PI調(diào)節(jié)器。第六節(jié)應(yīng)用實(shí)例4、鍋爐水位控制系統(tǒng)92第六節(jié)應(yīng)用實(shí)例5、貯槽液位控制系統(tǒng)畫出圖示貯槽液位控制系統(tǒng)的流程圖和方框圖，并確定調(diào)節(jié)閥的氣開/氣關(guān)形式、調(diào)節(jié)器的正/反作用和調(diào)節(jié)規(guī)律，工藝要求貯槽內(nèi)的液位維持定值并保證物料不溢出。93第六節(jié)應(yīng)用實(shí)例5、貯槽液位控制系統(tǒng)為了保證貯槽物料不溢出，給液閥應(yīng)選擇氣開閥，其增益Kv為正。又因給液流量增加時(shí)，貯槽液位增加，故被控過(guò)程增益Ko為正；一般檢測(cè)變送單元LT的增益Km為正；為使系統(tǒng)的開環(huán)增益KcKvKoKm>0,故水位調(diào)節(jié)器LC的增益Kc>0,即LC應(yīng)為反作用調(diào)節(jié)器。液位調(diào)節(jié)器一般為P/PI調(diào)節(jié)器。94第七節(jié)小結(jié)、本章對(duì)執(zhí)行器做了詳細(xì)的介紹，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行器的選擇、閥門定位器等問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)講述。本章內(nèi)容應(yīng)用性較強(qiáng)，希望讀者們能認(rèn)真掌握。附錄資料：不需要的可以自行刪除CASS工藝1CASS工藝簡(jiǎn)介2CASS工藝的基本原理3CASS工藝的基本特點(diǎn)4CASS工藝主要設(shè)計(jì)參數(shù)1CASS工藝簡(jiǎn)介CASS（CyclicActivatedSludgeSystem）工藝是近年來(lái)國(guó)際公認(rèn)的處理生活污水及工業(yè)廢水的先進(jìn)工藝。其基本結(jié)構(gòu)是：至少由兩個(gè)區(qū)域組成，即生物選擇區(qū)和主反應(yīng)區(qū)，但也可在主反應(yīng)區(qū)前設(shè)置一兼氧區(qū)，其主反應(yīng)區(qū)后部安裝了可升降的自動(dòng)撇水裝置。整個(gè)工藝的曝氣、沉淀、排水等過(guò)程在同一池子內(nèi)周期循環(huán)運(yùn)行，省去了常規(guī)活性污泥法的二沉池和污泥回流系統(tǒng)；同時(shí)可實(shí)現(xiàn)總體上連續(xù)進(jìn)水，間斷排水。

2CASS工藝的基本原理

CASS是一種具有脫氮除磷功能的循環(huán)間隙廢水生物處理技術(shù)。每個(gè)CASS反應(yīng)器由生物選擇區(qū)、兼氧區(qū)和主反應(yīng)區(qū)三個(gè)區(qū)域組成。

CASS反應(yīng)器CASS反應(yīng)器1.生物選擇區(qū)2.兼氧區(qū)3.主反應(yīng)區(qū)2CASS工藝的基本原理CASS工藝集反應(yīng)、沉淀、排水功能于一體，污染物的降解在時(shí)間上是一個(gè)推流過(guò)程，而微生物則處于好氧、缺氧、厭氧周期性變化之中，從而達(dá)到對(duì)污染物去除作用，同時(shí)還具有較好的脫氮、除磷功能。生物選擇區(qū)作用在生物選擇區(qū)內(nèi)，通過(guò)主反應(yīng)區(qū)污泥的回流并與進(jìn)水混合，不僅充分利用了活性污泥的快速吸附作用而且加速對(duì)溶解性底物的去除并對(duì)難降解有機(jī)物起到良好的水解作用，同時(shí)可使污泥中的磷在厭氧條件下得到有效的釋放。生物選擇區(qū)還可有效地抑制絲狀菌的大量繁殖，克服污泥膨脹，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在生物選擇區(qū)中，污泥回流液中存在的少量硝酸鹽氮（約為2mg/L）可得到反硝化，反硝化量可達(dá)整個(gè)系統(tǒng)反硝化量的20%左右。選擇器可定容運(yùn)行，亦可變?nèi)葸\(yùn)行，多池系統(tǒng)中的進(jìn)水配水池也可用作選擇器。兼性區(qū)作用兼氧區(qū)不僅具有輔助厭氧或兼氧條件下運(yùn)行的生物選擇區(qū)對(duì)進(jìn)水水質(zhì)水量變化的緩沖作用，同時(shí)還具有促進(jìn)磷的進(jìn)一步釋放和強(qiáng)化氮的反硝化作用。主反應(yīng)區(qū)作用主反應(yīng)區(qū)則是最終去除有機(jī)底物的主要場(chǎng)所。運(yùn)行過(guò)程中，通常將主反應(yīng)區(qū)的曝氣強(qiáng)度以及曝氣池中溶解氧強(qiáng)度加以控制，以使反應(yīng)區(qū)內(nèi)主體溶液中處于好氧狀態(tài)，保證污泥絮體的外部有一個(gè)好氧環(huán)境進(jìn)行硝化；活性污泥結(jié)構(gòu)內(nèi)部則基本處于缺氧狀態(tài)，溶解氧向污泥絮體內(nèi)的傳遞受到限制，而較高的硝酸鹽濃度（梯度）則能較好地滲透到絮體內(nèi)部，有效地進(jìn)行反硝化，從而使主反應(yīng)區(qū)中同時(shí)發(fā)生有機(jī)污染物的降解以及同步硝化和反硝化作用。CASS工藝的循環(huán)運(yùn)行過(guò)程

CASS以一定的時(shí)間序列運(yùn)行，其運(yùn)行過(guò)程包括進(jìn)水－曝氣、進(jìn)水－沉淀、停止進(jìn)水－排水和進(jìn)水－閑置等4個(gè)階段并組成其運(yùn)行的一個(gè)周期。CASS工藝的循環(huán)運(yùn)行過(guò)程不同的運(yùn)行階段的運(yùn)行方式可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整,如無(wú)反應(yīng)進(jìn)水（即進(jìn)水時(shí)既不曝氣也不攪拌）、無(wú)曝氣進(jìn)水混合、進(jìn)水曝氣及不進(jìn)水曝氣等。一個(gè)運(yùn)行周期結(jié)束后，重復(fù)上一周期的運(yùn)行并由此循環(huán)不止。CASS工藝的循環(huán)運(yùn)行過(guò)程

循環(huán)過(guò)程中，反應(yīng)器內(nèi)的水位隨進(jìn)水而由初始的設(shè)計(jì)最低水位逐漸上升至最高設(shè)計(jì)水位，因而運(yùn)行過(guò)程中其有效容積是逐漸增加的（即變?nèi)莘e運(yùn)行）。曝氣和攪拌階段結(jié)束后，在靜止條件下使活性污泥絮凝并進(jìn)行泥水分離，沉淀結(jié)束后通過(guò)移動(dòng)堰表面潷水裝置排出上清水層并使反應(yīng)器中的水位恢復(fù)至設(shè)計(jì)最低水位，然后，重復(fù)上一周期的運(yùn)行。CASS工藝的循環(huán)運(yùn)行過(guò)程

為保證系統(tǒng)在最佳條件下運(yùn)行，必須定時(shí)排泥。CASS反應(yīng)器中經(jīng)沉淀后的污泥濃度可達(dá)10000mg/L以上，剩余污泥量要比傳統(tǒng)的活性污泥處理工藝少得多。CASS工藝的循環(huán)操作過(guò)程（1）曝氣階段：由曝氣裝置向反應(yīng)池內(nèi)充氧，此時(shí)有機(jī)污染物被微生物氧化分解，同時(shí)污水中的NH3-N通過(guò)微生物的硝化作用轉(zhuǎn)化為NO3--N。CASS工藝的循環(huán)操作過(guò)程（2）沉淀階段:

此時(shí)停止曝氣，微生物利用水中剩余的DO進(jìn)行氧化分解。反應(yīng)池逐漸由好氧狀態(tài)向缺氧狀態(tài)轉(zhuǎn)化，開始進(jìn)行反硝化反應(yīng)?；钚晕勰嘀饾u沉到池底，上層水變清。CASS工藝的循環(huán)操作過(guò)程（3）潷水階段:

沉淀結(jié)束后，置于反應(yīng)池末端的潷水器開始工作，自上而下逐漸排出上清液。此時(shí)反應(yīng)池逐漸過(guò)渡到厭氧狀態(tài)繼續(xù)反硝化。CASS工藝的循環(huán)操作過(guò)程（4）閑置階段:

閑置階段即是潷水器上升到原始位置階段。具體運(yùn)行過(guò)程分析（1）進(jìn)水—曝氣階段。此階段，邊進(jìn)水邊曝氣，同時(shí)將主反應(yīng)器區(qū)的污泥回流至生物選擇器。污泥回流量約為處