第九講氣動電動執(zhí)行器

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．