第十四章 執(zhí)行單元

14.執(zhí)行單元1.連續(xù)量輸出執(zhí)行器2.調(diào)節(jié)閥基本原理3.開關(guān)量輸出執(zhí)行器14.1.1.執(zhí)行器分類與比較根據(jù)所使用的能源種類，執(zhí)行器可以分為氣動(dòng)、液動(dòng)和電動(dòng)三種。常規(guī)情況下三種執(zhí)行器的主要特性比較如表14—1所示。14.1.2.執(zhí)行器基本構(gòu)成及工作原理執(zhí)行器一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)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，它可以按照調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)量，產(chǎn)生相應(yīng)的推力或位移，對(duì)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生推動(dòng)作用；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)裝置，常見的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥，它受執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操縱，可以改變調(diào)節(jié)閥閥芯與閥座間的流通面積，以達(dá)到最終調(diào)節(jié)被控介質(zhì)的目的。14.2.氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器一般由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成，根據(jù)應(yīng)用工作的需要，也可配上閥門定位器或電氣轉(zhuǎn)換器等附件，完整的氣動(dòng)執(zhí)行器工作原理圖如圖14—2所示。目前使用的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有薄膜式和活塞式兩大類。14.2.2.閥門定位器閥門定位器是氣動(dòng)執(zhí)行器的輔助裝置，與氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)配套使用。它主要用來(lái)克服流過調(diào)節(jié)閥的流體作用力，保證閥門定位在調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)要求的位置上。定位器與執(zhí)行器之間的關(guān)系如同一個(gè)隨動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。定位器接受來(lái)自調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)和來(lái)自執(zhí)行器的位置反饋信號(hào)，對(duì)兩者進(jìn)行比較，當(dāng)兩個(gè)信號(hào)不相對(duì)應(yīng)時(shí)，定位器以較大的輸出驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，直至執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移輸出與來(lái)自調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)相對(duì)應(yīng)。此外，配置閥門定位器可增大執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出功率，減少調(diào)節(jié)信號(hào)的傳輸滯后，加快閥桿的移動(dòng)速度，提高位置輸出的線性度，從而保證調(diào)節(jié)閻的正確定位。氣動(dòng)與電氣閥門定位器結(jié)構(gòu)示意圖14.3電動(dòng)執(zhí)行器

電動(dòng)執(zhí)行器也由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分組成。其中調(diào)節(jié)閥部分常與氣動(dòng)執(zhí)行器是通用的，不同的只是電動(dòng)執(zhí)行器使用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電動(dòng)執(zhí)行器有角行程和直行程兩種。14.3電動(dòng)執(zhí)行器的閉環(huán)系統(tǒng)伺服放大器的功能：輸入控制器來(lái)的控制信號(hào)，反饋輸入執(zhí)行器來(lái)的位置反饋信號(hào)，比較放大差值信號(hào)，提供足夠的輸出驅(qū)動(dòng)功率，可調(diào)整最小非工作區(qū)域，輸出方向性（正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)）的電機(jī)觸發(fā)信號(hào)，可控硅觸發(fā)交流開關(guān)，可驅(qū)動(dòng)伺服可逆電機(jī)，控制執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)方向。伺服電機(jī)的功能：輸入伺服放大器來(lái)的交流觸發(fā)控制信號(hào)，可正反兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，即可逆驅(qū)動(dòng)，輸出足夠大的力矩，帶動(dòng)執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)到指定位置。位置反饋裝置的功能：將執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)的實(shí)際位值真實(shí)地反饋到伺服放大器，保證執(zhí)行器的工作準(zhǔn)確到位。伺服放大器工作原理示意圖14.4.1調(diào)節(jié)閥14.4.1.調(diào)節(jié)閥工作原理

14.4.2調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)及分類調(diào)節(jié)閥的品種很多。根據(jù)上閥蓋的不同結(jié)構(gòu)形式可分為普通型、散熱片型、長(zhǎng)頸型以及波紋管密封型，分別適用于不同的使用場(chǎng)合。根據(jù)不同的使用要求，調(diào)節(jié)閥具有不同的結(jié)構(gòu)，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較廣的主要包括： 直通雙座調(diào)節(jié)閥、直通單座調(diào)節(jié)閥、角型調(diào)節(jié)閥、高壓調(diào)節(jié)閥、（高靜壓，高差壓差場(chǎng)合）隔膜閥、蝶閥、球閥、凸輪撓曲閥、套筒調(diào)節(jié)閥、三通調(diào)節(jié)閥、小流量調(diào)節(jié)閥（流通能力0.0012-0.05）14.4.3.調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的流量特性是指被控介質(zhì)流過閥門的相對(duì)流量和閥門相對(duì)開度之間的關(guān)系，即14.4.3.調(diào)節(jié)閥的流量特性直線特性：閥門開度與流量呈線性關(guān)系；對(duì)數(shù)特性：閥位移動(dòng)引起的流量變化與該點(diǎn)的原有流量成正比，即流量變化的百分比相等。又稱為等百分比流量特性；快開特性：小開度時(shí)流量變化大，大開度時(shí)流量變化明顯減??；拋物線特性：流量與閥門行程為拋物線關(guān)系，曲線介于直線與對(duì)數(shù)曲線之間；實(shí)際過程控制中常用：對(duì)數(shù)特性調(diào)節(jié)閥——有利于小流量范圍的有效調(diào)節(jié)直線特性調(diào)節(jié)閥——大開度范圍流量調(diào)節(jié)比較合適14.4.4.調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)流量系數(shù)C是直接反映流體流過調(diào)節(jié)器的能力，是調(diào)節(jié)閥的一個(gè)重要參數(shù)。流量系數(shù)C定義為當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開、閥兩端壓差為0.1MPa、流體密度為1g/cm3時(shí)，每小時(shí)流過調(diào)節(jié)閥的流量值，通常以m3/h或t/h計(jì)。14.4.4.調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)閥的應(yīng)用特點(diǎn)：在正常負(fù)荷下，以一定的閥門開度調(diào)節(jié)流量的大??；一般不能在小負(fù)荷下有效調(diào)節(jié)，流量特性會(huì)明顯變差；小負(fù)荷應(yīng)有旁路調(diào)節(jié)操作；不能作為切斷閥用，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉也會(huì)有一小流量通過；調(diào)節(jié)閥工作時(shí)，管路上應(yīng)打開其他閥門，保證管路上盡可能少的節(jié)流元件，以便調(diào)節(jié)閥的流量特性得到有效發(fā)揮。一般調(diào)節(jié)閥均配有手動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以便人工現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開度，檢查工作特性。比較截止閥的應(yīng)用特點(diǎn)：在正常情況下，截止閥全開或全管，不能調(diào)節(jié)流量的大小；截止閥的主要作用是保證管路的通或斷；截止閥開度處于半開狀態(tài)時(shí)，流量特性不穩(wěn)定，即閥門開度與流量大小無(wú)一定規(guī)律可循?！?.2基本控制規(guī)律控制規(guī)律：控制系統(tǒng)輸入與輸出之間的關(guān)系。按控制目標(biāo)分類：限位控制：在輸出超出設(shè)定的上下限時(shí)控制器改變輸出狀態(tài)；連續(xù)控制：根據(jù)測(cè)量值與設(shè)定值的差異（差值）