过程仪表及自动化 教学课件 马修水 第5章.ppt

5.1 概述 5.1.1 执行器的作用 以化工过程流量控制为例，执行器在自动控 制系统中的作用是接收来自控制器的控制信号， 通过其本身开度的变化，从而达到控制流量的目 的。因此，执行器是自动控制系统中的一个重要 的、必不可少的组成部分。 5.1.2 执行器的构成 执行器由执行机构和调节机构两个部分构成 ，如图5-1所示。 5.1.3 执行器的分类及特点 执行器按其使用的能源形式可分为气动执行 器、电动执行器和液动执行器3大类。工业生产中 多数使用前两种类型，它们常被称为气动调节阀 和电动调节阀。 气动调节阀具有结构简单、动作可靠稳定、 输出力大、安装维修方便、价格便宜和防火防爆 等优点，在工业生产中使用最广，特别是在石油 、化工等领域生产过程中使用。气动执行器的缺 点是响应时间长，信号不适于远传（传送距离限 制在150m以内）。为了克服此缺点可采用电/气阀 门定位器，使传送信号为电信号，现场操作为气 动信号。 电动调节阀具有动作较快、特别适于远距离 的信号传送、能源获取方便等优点；其缺点是价 格较贵，一般只适用于防爆要求不高的场合。但 由于其使用方便，特别是智能式电动执行机构的 面世，使得电动调节阀在工业生产中得到越来越 广泛的应用。 5.1.4 执行器的作用方式 执行器有正、反作用两种作用方式，当输入 信号增大时，执行器的流通截面积增大，即流过 执行器的流量增大，称为正作用；当输入信号增 大时，流过执行器的流量减小，称为反作用。 5.2 执行机构 执行机构的作用是根据输入控制信号的大小 ，产生相应的输出力F或输出力矩M和位移（直线 位移 或角位移 ），输出力F或输出力矩M用 于克服调节机构中流动流体对阀芯产生的作用力 或作用力矩，以及阀杆的摩擦力、阀杆阀芯质量 以及压缩弹簧的预紧力等其他各种阻力；位移（ 或 ）用于带动调节机构阀芯动作。 执行机构有正作用和反作用两种作用方式： 输入信号增加，执行机构推杆向下运动，称为正 作用；输入信号增加，执行机构推杆向上运动， 称为反作用。 5.2.1 气动执行机构 气动执行机构接收气动控制器或阀门定位器 输出的气压信号，并将其转换成相应的输出力F 和直线位移 ，以推动调节机构动作。 气动执行机构有薄膜式、活塞式和长行程式 3种类型。 （1）薄膜式 气动薄膜执行机构是最常见的执行机构，其 结构如图5-2所示。 1-上膜盖 2-波纹薄膜 3-下膜盖 4-支架 5-推杆 6-压缩弹簧 7-弹簧座 8-调节件 9-螺母 10-行程标尺 11-密封膜片 12-密封 环 13-填块 14-村套 气动薄膜执行机构有正作用和反作用两种形 式。图5-2a中信号压力增加时，推杆向下移动， 这种结构称为正作用式；图5-2b中信号压力增加 时，推杆向上移动，这种结构称为反作用式。 （2）活塞式 活塞式执行机构属于强力气动执行机构，结 构如图5-3所示。其汽缸允许操作压力高达0.5MPa ，且无弹簧抵消推力，因此输出推力很大，特别 适用于高静压、高压差、大口径场合。它的输出 特性有两位式和比例式。两位式是根据活塞两侧 操作压力的大小而动作，活塞由高压侧推向低压 侧，使推杆从一个极端位置动移到另一个极端位 置，其行程达25~100mm，适用于双位控制系统； 比例式是指推杆的行程与输入压力信号成比例关 系，必需带有阀门定位器，它适用于控制质量要 求较高的系统。 5.2.2 电动执行机构 在防爆要求不高且无合适气源的情况下可以 使用电动执行器。电动执行机构一般可以分为直 行程、角行程、多转式3种。 直行程电动执行机构的输出轴输出各种大小 不同的直线位移，通常用来推动单座、双座、三 通、套筒等形式的控制阀。 角行程电动执行机构的输出轴输出角位移， 转动角度范围小于360°，通常用来推动蝶阀、球 阀、偏心旋转阀等转角式控制阀。 多转式电动执行机构的输出轴输出各种大小 不等的有效圈数，通常用于推动闸阀或由执行电 动机带动旋转式的调节机构，如各种泵等。 5.3 控制阀 5.3.1 控制阀结构 从流体力学观点来看，控制阀是一个局部阻 力可以改变的节流元件，其结构如图5-4所示。由 于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座间的流 通面积，即改变了阀的阻力系数，操纵变量（调 节介质）的流量也就相应地改变，从而达到控制 工艺变量的目的。 图5-4所示为最常用的直通双座控制阀，控制 阀阀杆上端通过螺母与执行机构推杆相连接，推 杆带动阀杆及阀杆下端的阀芯上下移动，流体从 左侧进入控制阀，然后经阀芯