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第九講氣動電動執(zhí)行器第一頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五第九講氣動、電動執(zhí)行器一、概述執(zhí)行器是自動控制系統(tǒng)中的重要組成部分,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(shè)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)。執(zhí)行器有自動調(diào)節(jié)閥門、自動電壓調(diào)節(jié)器、自動電流調(diào)節(jié)器、控制電機等。其中自動調(diào)節(jié)閥門是最常見的執(zhí)行器,種類繁多。第二頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五1、執(zhí)行器發(fā)展概況
20世紀(jì)50年代開始使用氣動執(zhí)行器和液動執(zhí)行器,防爆性能好,應(yīng)用廣,但對氣源要求較高。
50年代末出現(xiàn)電動執(zhí)行器,信號傳輸速度快。
80年代出現(xiàn)代電腦的智能電動執(zhí)行器,用于DCS。
90年代出現(xiàn)智能執(zhí)行器,用于現(xiàn)場總線控制。2、執(zhí)行器的構(gòu)成執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。第三頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五●按動力分類:氣動、電動和液動執(zhí)行機構(gòu)●按動作極性分類:正作用執(zhí)行器和反作用執(zhí)行器●按動作特性分類:比例式執(zhí)行器和積分式執(zhí)行器●按動作形成分類:角行程執(zhí)行器和直行程執(zhí)行器2、執(zhí)行器的分類與構(gòu)成第四頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五執(zhí)行器按照工作所用能源形式可分為:電動執(zhí)行器:電源配備方便,信號傳輸快、損失小,可遠(yuǎn)距離傳輸;但推力較小。氣動執(zhí)行器:結(jié)構(gòu)簡單,可靠,維護方便,防火防爆;但氣源配備不方便。液動執(zhí)行器:用液壓傳遞動力,推力最大;但安裝、維護麻煩,使用不多。工業(yè)中使用最多的是氣動執(zhí)行器和電動執(zhí)行器。第五頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五圖b中采用電氣轉(zhuǎn)換器,精度不高。采用電氣閥門定位器,可以提高調(diào)節(jié)閥的位置精度,應(yīng)用廣泛。第六頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五二、氣動執(zhí)行器(氣動調(diào)節(jié)閥)氣動執(zhí)行器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(biāo)牌閥桿第七頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五1、氣動執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類氣動執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)(控制機構(gòu))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。控制機構(gòu)是閥門,它將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流通面積的大小。第八頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五
2.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。氣動執(zhí)行機構(gòu)的輸出方式有角行程輸出和直行程輸出兩種。
第九頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五直行程輸出的氣動執(zhí)行機構(gòu)有兩類。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)第十頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五1).薄膜式
p→膜片→變形→帶動推桿移動→閥芯產(chǎn)生位移→改變閥門開度。(輸出力較小,精度較高)第十一頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五氣動執(zhí)行機構(gòu)接收的信號標(biāo)準(zhǔn):0.02MPa~0.1MPa2).活塞式活塞在汽缸中移動輸出推力。(輸出力較大)第十二頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五執(zhí)行機構(gòu)的輸出(推桿位移)也稱為行程。薄膜式執(zhí)行機構(gòu)的行程規(guī)格:10mm,16mm,25mm,60mm,100mm?;钊綀?zhí)行機構(gòu)有比例式和兩位式。長行程執(zhí)行機構(gòu):行程40~200mm,轉(zhuǎn)角90°氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu):輸出位移L=Ap/K,A為波紋膜片有效面積,K為彈簧剛度。第十三頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五3.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。由閥體,閥座,閥芯,閥桿,上下閥蓋組成。根據(jù)不同的使用要求,閥門的結(jié)構(gòu)型式很多。閥芯形式:
直行程閥芯和角行程閥芯第十四頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五(1)直通單座閥流體對閥芯的不平衡作用力大。一般用在小口徑、低壓差的場合。結(jié)構(gòu)簡單、泄漏量小。第十五頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五正裝閥閥芯下移時,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十六頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五(2)直通雙座閥閥體內(nèi)有兩個閥芯和閥座。流體流過時,作用在上、下兩個閥芯上的推力方向相反且大小相近,可以互相抵消,所以不平衡力小。但是,由于加工的限制,上下兩個閥芯閥座不易保證同時密閉,因此泄漏量較大。第十七頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五(3)角形控制閥兩個接管呈直角形,一般為底進側(cè)出,這種閥的流路簡單、對流體的阻力較小。適用于現(xiàn)場管道要求直角連接,介質(zhì)為高粘度、高壓差和含有少量懸浮物和固體顆粒狀的場合。第十八頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五(4)三通控制閥有三個出入口與工藝管道連接。流通方式有合流型(兩種介質(zhì)混合成一路)和分流型(一種介質(zhì)分成兩路)兩種。適用于配比控制與旁路控制。第十九頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五(5)隔膜控制閥采用耐腐蝕材料作隔膜,將閥芯與流體隔開。結(jié)構(gòu)簡單、流阻小、流通能力比同口徑的其他種類的閥要大。由于介質(zhì)用隔膜與外界隔離,故無填料,介質(zhì)也不會泄漏。耐腐蝕能力強,適用于強酸、強堿、強腐蝕性介質(zhì)的控制,也能用于高粘度及懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。第二十頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五適用于大口徑、大流量、低壓差的場合,也可以用于含少量纖維或懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。(6)蝶閥又名翻板閥。結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、流阻極小,但泄漏量大。第二十一頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五(7)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。流量變化較快,可起控制和切斷的作用,常用于雙位式控制。第二十二頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五(8)籠式閥閥內(nèi)有一個圓柱形套筒(籠子)。套筒壁上有一個或幾個不同形狀的孔(窗口),利用套筒導(dǎo)向,閥芯在套筒內(nèi)上下移動,改變閥的節(jié)流孔面積??烧{(diào)比大,不平衡力小,更換開孔不同的套筒,就可得到不同的流量特性。但不適于高粘度或帶有懸浮物的介質(zhì)流量控制。第二十三頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五(9)凸輪撓曲閥又名偏心旋轉(zhuǎn)閥。其閥芯呈扇形球面狀,與撓曲臂及軸套一起鑄成,固定在轉(zhuǎn)動軸上。閥芯球面與閥座密封圈緊密接觸,密封性好。適用于高粘度或帶有懸浮物的介質(zhì)流量控制。調(diào)節(jié)閥除了結(jié)構(gòu)類型的不同外,其它的主要技術(shù)參數(shù)是流量特性和口徑。第二十四頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五
如果采用電/氣轉(zhuǎn)換器和氣動執(zhí)行機構(gòu)配合,是開環(huán)系統(tǒng),調(diào)節(jié)精度不高。如果采用閥門定位器與氣動執(zhí)行機構(gòu)配合,執(zhí)行機構(gòu)的輸出位移通過凸輪杠桿反饋到閥門定位器,利用負(fù)反饋,提高氣動調(diào)節(jié)閥的位置精度。三、電/氣轉(zhuǎn)換器/閥門定位器第二十五頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五將4~20mA的電流信號轉(zhuǎn)換成20~100KPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號。1、電/氣轉(zhuǎn)換器電/氣轉(zhuǎn)換器作用:第二十六頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五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(fù)反饋磁鐵調(diào)零FiFf背壓第二十七頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五電氣轉(zhuǎn)換器工作原理:輸入信號:4~20mADC;輸出信號:0.02~0.1MPa(0.04~0.2MPa)第二十八頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五把4~20mA的信號轉(zhuǎn)換為0.02~0.1MPa的標(biāo)準(zhǔn)信號,以實現(xiàn)電動儀表與氣動儀表的連用,構(gòu)成混合控制系統(tǒng),充分發(fā)揮電、氣儀表的優(yōu)點。輸入信號:4~20mADC;輸出信號:0.02~0.1MPa(0.04~0.2MPa)基本誤差:±0.5%變差:±0.5%靈敏度:0.05%防爆等級:安全隔爆型:AB3e,安全火花型:HIII電/氣轉(zhuǎn)換器第二十九頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五1.氣阻R=P/q2.氣容固定氣容C=V/KT彈性氣容3.彈性元件4.噴嘴擋板機構(gòu):位移—壓力第三十頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五5.功率放大器第三十一頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五2、閥門定位器氣動調(diào)節(jié)閥中,閥桿的位移是由薄膜上氣壓推力與彈簧反作用力平衡確定的。為了防止閥桿處的泄漏要壓緊填料,使閥桿摩擦力增大,且個體差異較大,這會影響輸入信號P的執(zhí)行精度。第三十二頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五解決措施在調(diào)節(jié)閥上加裝閥門定位器,引入閥桿位移負(fù)反饋。使閥桿能按輸入信號精確地確定自己的開度。第三十三頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五2、氣動閥門定位器原理Pi進入波紋管→主杠桿產(chǎn)生逆時針轉(zhuǎn)矩→擋板靠近噴嘴→噴嘴背壓增加→放大→產(chǎn)生P1→推動執(zhí)行機構(gòu)薄膜室→執(zhí)行機構(gòu)輸出閥桿位移反饋桿繞支點逆時針旋轉(zhuǎn)→帶動凸輪逆時針旋轉(zhuǎn)→副杠桿順時針旋轉(zhuǎn)→通過反饋彈簧→對主杠桿產(chǎn)生順時針方向轉(zhuǎn)矩→與Pi產(chǎn)生逆時針力矩平衡。第三十四頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五
3、電/氣閥門定位器實際應(yīng)用中,常把電/氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器結(jié)合成一體,組成電/氣閥門定位器。I↑杠桿上端右移擋板靠近噴嘴P壓力↑閥桿下移反饋凸輪右轉(zhuǎn)反饋彈簧右拉杠桿平衡第三十五頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五3、電氣閥門定位器第三十六頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五4、智能型電氣閥門定位器第三十七頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五氣動薄膜單座(套筒)調(diào)節(jié)閥氣動薄膜雙座調(diào)節(jié)閥第三十八頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五
氣動調(diào)節(jié)閥氣動調(diào)節(jié)蝶閥第三十九頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五四、電動執(zhí)行器電動執(zhí)行器接受來自控制器的電流信號,閥門開度連續(xù)可調(diào)。電磁閥也接受來自控制器的電流信號,但閥門開度是位式調(diào)節(jié)。第四十頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五如直動式電磁閥:線圈通電時,產(chǎn)生電磁力,吸引閥芯柱上移,閥門打開。線圈斷電后,電磁力消失,閥芯落下。在彈簧壓力下閥門緊閉。電磁閥是位式閥,只有全開和全關(guān)兩個位置。第四十一頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五電動調(diào)節(jié)閥也由執(zhí)行機構(gòu)和閥門兩部分組成。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(yīng)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)第四十二頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五電動執(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。第四十三頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五電動執(zhí)行機構(gòu)
第四十四頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五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
第四十五頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五兩相電機伺服驅(qū)動電路
+-線圈Ⅱ、CF例
a(+)b(-)時
觸發(fā)電路1工作SCR1導(dǎo)通c、d間短接線圈Ⅰ
電機正轉(zhuǎn)220V通路
90o
相移第四十六頁,共五十頁,編輯于2023年,星期五四、智能式調(diào)節(jié)閥隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展,微處理器也被引入到調(diào)節(jié)閥中,出現(xiàn)了智能式調(diào)節(jié)閥。主要功能如下:1.控制及執(zhí)行功能2.補償及校正功能3.通信功能4.診斷功能5.
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