過程控制42執(zhí)行器

結(jié)構(gòu)工作原理電動調(diào)節(jié)閥

電/氣閥門定位器電/氣轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)閥的選擇與計算調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的流通能力調(diào)節(jié)閥的作用方向氣動調(diào)節(jié)閥

第一頁，共四十七頁。3.4執(zhí)行器執(zhí)行器作用：它將控制器送來的控制信號轉(zhuǎn)換成執(zhí)行動作，從而操縱進入設備的能量，將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。電動調(diào)節(jié)閥氣動調(diào)節(jié)閥液動調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)閥門控制電機執(zhí)行器給定值被控變量干擾f

控制器

測量變送器執(zhí)行器被控對象+e實測值－自動控制系統(tǒng)方框圖第二頁，共四十七頁。3.4.1氣動調(diào)節(jié)閥氣動調(diào)節(jié)閥是由氣壓信號控制的閥門。氣動薄膜室推桿閥門閥位指示標牌閥桿根據(jù)流體力學，對不可壓縮流體，在通過調(diào)節(jié)閥時產(chǎn)生的壓力損失與流體速度之間關(guān)系為：第三頁，共四十七頁。調(diào)節(jié)閥的輸入輸出關(guān)系：U(s)Q(s)luQKv—調(diào)節(jié)閥的增益第四頁，共四十七頁。一.氣動調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)與分類氣動調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機構(gòu)和控制機構(gòu)（閥）兩部分組成。執(zhí)行機構(gòu)是推動裝置，它是將信號壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置?？刂茩C構(gòu)是閥門，它將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流通面積的大小。第五頁，共四十七頁。氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)薄膜式執(zhí)行機構(gòu)P正作用執(zhí)行機構(gòu)反作用執(zhí)行機構(gòu)

1.執(zhí)行機構(gòu)

執(zhí)行機構(gòu)按調(diào)節(jié)器輸出的控制信號，驅(qū)動調(diào)節(jié)機構(gòu)動作。第六頁，共四十七頁。（1）直通單座閥2．調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)節(jié)機構(gòu)就是閥門，是一個局部阻力可以改變的節(jié)流元件。（2）直通雙座閥

第七頁，共四十七頁。正裝閥閥芯下移時，閥芯與閥座間的流通截面積增大閥門中的柱式閥芯可以正裝，也可以反裝。反裝閥閥芯下移時，閥芯與閥座間的流通截面積減小第八頁，共四十七頁。（3）角形控制閥第九頁，共四十七頁。（4）三通控制閥

第十頁，共四十七頁。（5）隔膜控制閥

采用耐腐蝕材料作隔膜，將閥芯與流體隔開。（6）球閥閥芯與閥體都呈球形體，閥芯內(nèi)開孔。轉(zhuǎn)動閥芯使之與閥體處于不同的相對位置時，就有不同的流通面積。第十一頁，共四十七頁。二.調(diào)節(jié)閥的流量特性流量特性的定義：被控介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門的相對開度（相對位移）間的關(guān)系稱為調(diào)節(jié)閥的流量特性。Q/Qmax—相對流量

l/L—相對開度LQ第十二頁，共四十七頁。1、固有（理想）流量特性在將控制閥前后壓差固定時得到的流量特性稱為固有流量特性。它取決于閥芯的形狀。321343142（1）直線特性（2）等百分比特性（3）快開特性（4）拋物線特性第十三頁，共四十七頁。（1）直線流量特性控制閥的相對流量與相對開度成直線關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)。3142(l/L)/%

R—調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比系數(shù)。

可調(diào)比R為調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量與最小流量的比值。R=Qmax/Qmin直線閥的流量放大系數(shù)在任何一點上都是相同的。即在任何一點相同的行程變化所引起的流量變化都是相同的，但流量變化的相對值不同。流量，相對流量，流量變化，相對流量變化第十四頁，共四十七頁。控制力：閥門開度改變時，相對流量的改變比值。例：對直線閥，分別在在10%開度，50%開度，80％開度上，再分別增加10%開度時，各自相對流量的變化比值是多少？解：10％時：[（20-10）/10]×100%=100%50％時：[（60-50）/50]×100%=20%80％時：[（90-80）/80]×100%=12.5%Q/Q100L/Lmaxs=1

結(jié)論：直線閥在小開度時控制作用很強，易引起系統(tǒng)振蕩；而在大開度時控制作用很弱，控制不及時。第十五頁，共四十七頁。（2）等百分比（對數(shù)）流量特性單位相對行程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：3142曲線斜率（放大系數(shù)）隨行程的增大而增大。第十六頁，共四十七頁。等百分比閥在各流量點的放大系數(shù)不同，但對流量的控制力卻是相同的。流量小時，流量變化小,控制比較平穩(wěn)緩和；流量大時，流量變化大，控制比較靈敏有效。解：10%處：（6.58%-4.68%）/4.68%≈41%50%處：（25.7%-18.2%）/18.2%≈41%80%處：（71.2%-50.6%）/50.6%≈41%例：對等百分比閥，同樣以10％、50％及80％三點為例，分別增加10%開度，求相對流量變化的比值。Q/Q100L/Lmaxs=1第十七頁，共四十七頁。（4）拋物線流量特性（3）快開特性3142開度較小時就有較大流量，隨開度的增大，流量很快就達到最大，故稱為快開特性。適用于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。第十八頁，共四十七頁。2、調(diào)節(jié)閥的工作流量特性實際使用時，調(diào)節(jié)閥裝在具有阻力的管道系統(tǒng)中。管道對流體的阻力隨流量而變化，閥前后壓差也是變化的，這時流量特性叫調(diào)節(jié)閥的工作流量特性第十九頁，共四十七頁。壓降比s表示調(diào)節(jié)閥全開時，閥前后最小壓差△PTmin與總壓力△

P之比。s=PTmin

/△

PP△PGQ△PT管路及設備△PG△PT調(diào)節(jié)閥△P△P例：管道串聯(lián)時的工作流量特性流量特性畸變：對數(shù)閥變?yōu)橹本€閥直線閥變?yōu)榭扉_閥s↓第二十頁，共四十七頁。結(jié)論串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量特性發(fā)生畸變。串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量可調(diào)范圍降低，最大流量減小。串聯(lián)管道會使調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)減小，調(diào)節(jié)能力降低，s值低于0.3時，調(diào)節(jié)閥能力基本喪失。第二十一頁，共四十七頁。三.調(diào)節(jié)閥的選擇1．調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)的選擇由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩部分組成，接受調(diào)節(jié)器輸出的控制信號，轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移，來改變調(diào)節(jié)閥的流通截面積。第二十二頁，共四十七頁。（1）執(zhí)行機構(gòu)（驅(qū)動）薄膜式：結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，使用最廣泛?；钊剑狠敵鐾屏_，常用于高靜壓、高壓差和需較大推力的場合。長行程式：行程大，轉(zhuǎn)矩大，適用于轉(zhuǎn)角的蝶閥、風門等。（2）調(diào)節(jié)機構(gòu)（閥芯）直通閥、角閥、三通閥、球形閥、閥體分離閥、隔膜閥、蝶閥、高壓閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥和套筒閥等。

第二十三頁，共四十七頁。2．氣開式與氣關(guān)式的選擇（重要）

氣動調(diào)節(jié)閥在氣壓信號中斷后閥門會復位。無壓力信號時閥全開，隨著信號增大，閥門逐漸關(guān)小的稱為氣關(guān)式。無壓力信號時閥全閉，隨著信號增大，閥門逐漸開大稱的為氣開式。氣關(guān)式氣關(guān)式氣開式氣開式氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的氣開式與氣關(guān)式：第二十四頁，共四十七頁。第二十五頁，共四十七頁。選擇原則：從工藝生產(chǎn)安全要求出發(fā)．當工廠發(fā)生斷電或其他事故引起信號壓力中斷時，應(1)保證設備和操作人員的安全，如閥門處于打開位置時危害性小，則應選用氣關(guān)閥；反之，則用氣開閥．(2)從保證產(chǎn)品質(zhì)量出發(fā)(3)從降低原料,成本,動力損耗出發(fā)(4)從介質(zhì)特點考慮第二十六頁，共四十七頁。

給水閥燃氣閥蒸汽例：選擇蒸汽鍋爐的控制閥門時，為保證失控狀態(tài)下鍋爐的安全：

給水閥應選氣關(guān)式

燃氣閥應選氣開式例：調(diào)節(jié)進入設備的工藝介質(zhì)流量的調(diào)節(jié)閥，若介質(zhì)為易爆氣體，應選用氣開閥，以免信號中斷時介質(zhì)溢出設備而引起爆炸．例：精餾塔塔釜加熱蒸汽閥一般選氣開閥但是若塔釜釜液是易結(jié)晶,易聚合的物料時,加熱蒸汽閥應選氣關(guān)閥,以免調(diào)節(jié)閥失去能源時閥門閉合,停止蒸汽進入而導致釜內(nèi)液體結(jié)晶凝固.第二十七頁，共四十七頁。3.調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇保證控制品質(zhì)的重要因素之一是：保持控制系統(tǒng)的總放大倍數(shù)在工作范圍內(nèi)盡可能恒定。給定值被控量干擾f

控制器傳感器執(zhí)行器被控對象+eWc(s)－W3(s)W1(s)W2(s)K=K1K2K3Kc第二十八頁，共四十七頁。適當選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性能補償對象的靜特性。（1）若調(diào)節(jié)對象的靜特性是非線性的，工藝負荷變化又大，用等百分比特性補償。（2）若調(diào)節(jié)對象的靜特性是線性的，或工藝負荷變化不大，用直線閥。第二十九頁，共四十七頁。(1)、隨動控制系統(tǒng)第三十頁，共四十七頁。(2)、定值控制系統(tǒng)

第三十一頁，共四十七頁。4.調(diào)節(jié)閥口徑的選擇調(diào)節(jié)閥的口徑?jīng)Q定了調(diào)節(jié)閥的流通能力。

調(diào)節(jié)閥的流通能力用流量系數(shù)C值表示。流量系數(shù)C的定義：在閥兩端壓差100kPa，流體為水（103Kg／m3）的條件下，閥門全開時每小時能通過調(diào)節(jié)閥的流體流量（m3/h）。CDg例如，某一閥門全開、閥兩端壓差為100kPa時，流經(jīng)閥的水流量為20m3/h，則該調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)為：C=20。第三十二頁，共四十七頁。將流量系數(shù)的定義條件代入基本流量公式：（1）液體流量系數(shù)C值的計算根據(jù)基本流量公式兩式相除得QDg?P（2）氣體、蒸汽C值的計算第三十三頁，共四十七頁。例

某供暖系統(tǒng)，流過加熱盤管的水流量為Q=31m3/h熱水為80℃，Pm-Pr=1.7×100kPa，所裝閥門取多大？

?P=（0.5～0.7）×1.7×100kPa≈100kPa80℃熱水的密度ρ=971Kg/m3代入給水泵熱水鍋爐盤管PmPrM得C≈31

，取標準C=32在此檔中，選取和管道直徑相配的口徑。解：Pm-Pr是管網(wǎng)入口壓差，設配管S=0.5～0.7，第三十四頁，共四十七頁。氣源恒節(jié)流孔ps背壓室噴嘴擋板1．噴嘴擋板機構(gòu)

圖噴嘴擋板機構(gòu)的構(gòu)造與特性四。其他輔助單元結(jié)論(1)噴嘴擋板機構(gòu)是一種位移檢測機構(gòu)．輸入：噴嘴擋板間的微小位移．輸出：背壓室的氣壓信號(2)由于恒節(jié)流孔與噴嘴的孔徑都很小，所以輸出氣量很小，不能直接驅(qū)動氣動執(zhí)行器與遠距離傳輸?shù)谌屙?，共四十七頁。?～20mA的電流信號轉(zhuǎn)換成20～100KPa的標準氣壓信號。2電/氣轉(zhuǎn)換器電/氣轉(zhuǎn)換器作用：第三十六頁，共四十七頁。I↑吸力Fi↑

杠桿偏轉(zhuǎn)擋板與噴嘴間隙↓

背壓↑

放大器輸入↑

輸出壓力P↑

杠桿的反饋力Ff

↑

杠桿平衡P∝I工作原理負反饋磁鐵調(diào)零FiFf背壓第三十七頁，共四十七頁。4閥門定位器在調(diào)節(jié)閥上加裝閥門定位器，引入閥桿位移負反饋。使閥桿能按輸入信號精確地確定自己的開度。第三十八頁，共四十七頁。氣動薄膜單座(套筒)調(diào)節(jié)閥氣動薄膜雙座調(diào)節(jié)閥第三十九頁，共四十七頁。

氣動調(diào)節(jié)閥氣動調(diào)節(jié)蝶閥第四十頁，共四十七頁。3.4.5電動調(diào)節(jié)閥（閱讀）電動調(diào)節(jié)閥接受來自調(diào)節(jié)器的電流信號，閥門開度連續(xù)可調(diào)。執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推動裝置，它將輸入信號轉(zhuǎn)換成相應的動力，帶動控制機構(gòu)動作。閥門是調(diào)節(jié)閥的控制機構(gòu)，它與氣動調(diào)節(jié)閥的閥門是通用的。執(zhí)行機構(gòu)控制機構(gòu)第四十一頁，共四十七頁。電動執(zhí)行機構(gòu)用控制電機作動力裝置。輸出形式有：角行程：電機轉(zhuǎn)動經(jīng)減速器后輸出。直行程：電機轉(zhuǎn)動經(jīng)減速器減速并轉(zhuǎn)換為直線位移輸出。多轉(zhuǎn)式：轉(zhuǎn)角輸出，功率比較大，主要用來控制閘閥、截止閥等多轉(zhuǎn)式閥門。這幾種執(zhí)行機構(gòu)在電氣原理上基本相同，只是減速器不一樣。第四十二頁，共四十七頁。輸入信號與位置反饋信號進行比較，將差值放大。驅(qū)動電機經(jīng)減速輸出，帶動閥門直到位置發(fā)送器檢測到的位置信號與輸入信號相等時，放大器輸出為零。電動執(zhí)行機構(gòu)原理方框圖

第四十三頁，共四十七頁。電動V形球閥電動O形球閥電動三通球閥電動蝶閥電動高溫蝶閥智能電動蝶閥第四十四頁，共四十七頁。電動小型調(diào)節(jié)閥電動直角調(diào)節(jié)閥電動雙座調(diào)節(jié)閥電動漿液閥電動刀型閘閥電動閘閥第四十五頁，共四十七頁。小結(jié)結(jié)構(gòu)工作原理電動調(diào)節(jié)閥

電/氣閥門定位器電/氣轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)閥的選擇與計算調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的流通能力調(diào)節(jié)閥的作用方向氣動調(diào)節(jié)閥

第四十六頁，共四十七頁。內(nèi)容總結(jié)結(jié)構(gòu)。氣動調(diào)節(jié)閥。閥門中的柱式