过程控制仪表第6章执行器讲述.ppt

第六章 执行器 §6.1 慨述 执行器是自动控制系统中的重要组成部分，它将控制器送来的控制信号转换成执行动作，从而操纵进入设备的能量，将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。 执行器有自动调节阀门、自动电压调节器、自动电流调节器、控制电机等。其中自动调节阀门是最常见的执行器，种类繁多。 执行器的作用：在自动控制系统中，接受调节器的控制信号，自动地改变操作变量，达到对被控参数（如温度压力液位等）进行调节的目的。使生产过程按预定要求正常运行。 执行器由执行机构和调节机构组成。执行机构是产生推力或位移的部分，调节机构是指直接改变能量或物料输送量的装置，通常称为调节阀或阀门。 按执行机构使用的工作能源分为三类：气动执行器，电动执行器，液压执行器 1）气动执行器是以压缩空气为能源的执行器。主要特点是：①输出推力大，②本质安全防爆，③维护方便，④便宜等。缺点是需要压缩空气系统，灵敏度和精度差，滞后大，不宜远传（150m以内）。 2）电动执行器是以电为能源的执行器：主要特点是： ①能源取用方便，②便于集中控制，③停电时执行器保持原位不动，不影响设备安全，④灵敏度和精度高，⑤和电动控制仪表配合方便。缺点是结构复杂，体积大，推力小，价格贵。 §6.2 气动执行器 它又称为气动调节阀，气动调节阀是由气压信号控制的阀门。主要包括：气动执行机构和调节机构(阀）两个组成部分。 1. 气动执行机构 执行机构按调节器输出的控制信号，驱动调节机构动作。气动执行机构的输出方式有角行程输出和直行程输出两种。 气动活塞式执行机构 薄膜式执行机构 直行程输出的气动执行机构有两类：薄膜式和活塞式 薄膜式是用弹性膜片将输入气压转换为推杆的推力，通过推杆使阀芯产生相应的位移，改变阀门开度。 活塞式是以汽缸内的活塞输出推力，由于汽缸允许压力较高，可以获得较大的推力，容易制成长行程的执行机构。 以薄膜式执行机构为例，如图所示。 气动薄膜执行机构的静态特性表示平衡状态时输入的气压p与阀杆位移l的关系，即 A为膜片的有效面积； K为平衡弹簧的弹性系数 气动执行机构的动态特性可近似成一阶惯性环节，其惯性的大小取决于膜头空间的大小与气管线的长度和直径。 2．调节机构 调节机构就是阀门，如图所示。主要包括：推杆，阀体，阀芯，阀座等。是一个局部阻力可以改变的节流元件。 阀芯在阀体内上下移动，可以改变阀芯和阀座之间的流通面积，控制通过的流量。 从流体力学的观点，调节阀是一个局部阻力可以变化的节流元件。对于不可压缩的流体，由能量守恒原理可以推导出调节阀的流量方程式为： 当A一定，（p1－p2）不变时，流量仅随阻力系数ζ变化。阻力系数主要与流通面积（阀门开度）有关，也与流体的性质和流动状态有关。调节阀阻力系数的变化是通过阀芯行程的改变来实现的。即改变开度就改变ζ，达到调节Q的目的。（开度↑→ ζ ↓→ Q ↑） 根据不同的使用要求，调节阀的结构形式有多种多样，如：直通单座阀，直通双座阀，角型阀，高压阀，蝶阀，球阀，隔离阀，三通阀等。 （1） 直通单座阀 流体对阀芯的不平衡作用力大。一般用在小口径、低压差的场合。 结构简单、泄漏量小。 阀门中的柱式阀芯可以正装，也可以反装。 正装阀 阀芯下移时，阀芯与阀座间的流通截面积增大 反装阀 阀芯下移时，阀芯与阀座间的流通截面积减小 （2） 直通双座阀 阀体内有两个阀芯和阀座。 流体流过时，作用在上、下两个阀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，上下两个阀芯阀座不易保证同时密闭，因此泄漏量较大。 （3）角形控制阀 两个接管呈直角形，一般为底进侧出，这种阀的流路简单、对流体的阻力较小。 适用于现场管道要求直角连接，介质为高粘度、高压差和含有少量悬浮物和固体颗粒状的场合。 （4） 三通控制阀 有三个出入口与工艺管道连接。流通方式有合流型（两种介质混合成一路）和分流型（一种介质分成两路）两种。适用于配比控制与旁路控制。 （5）隔膜控制阀 采用耐腐蚀材料作隔膜，将阀芯与流体隔开。 结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他种类的阀要大。由于介质用隔膜与外界隔离，故无填料，介质也不会泄漏。 耐腐蚀能力强，适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也能用于高粘度及悬浮颗粒状介质的控制。 适用于大口径、大流量、低压差的场合，也可以用于含少量纤维或悬浮颗粒状介质的控制。 （6）蝶阀 又名翻板阀。 结构简单