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1、化工儀表及自動化化工儀表及自動化第十一章第十一章 執(zhí)行器執(zhí)行器 內容提要內容提要n氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器n氣動執(zhí)行器的組成與分類氣動執(zhí)行器的組成與分類n控制閥的流量特性控制閥的流量特性n控制閥的選擇控制閥的選擇n氣動執(zhí)行器的安裝和維護氣動執(zhí)行器的安裝和維護n閥門定位器與電閥門定位器與電-氣轉換器氣轉換器n氣動閥門定位器氣動閥門定位器n電電-氣閥門定位器氣閥門定位器n電電-氣轉換器氣轉換器1內容提要內容提要n電動執(zhí)行器電動執(zhí)行器n概述概述n角行程電動執(zhí)行機構角行程電動執(zhí)行機構n直行程電動執(zhí)行機構直行程電動執(zhí)行機構2概述概述3作用作用作用作用 接受控制器的輸出信號,直接控制能量或物料等調節(jié)介質的輸送

2、量,達到控制溫度、壓力、流量、液位等工藝參數的目的。按能源形式分類按能源形式分類按能源形式分類按能源形式分類p 氣動執(zhí)行器p 電動執(zhí)行器p 液動執(zhí)行器執(zhí)行器執(zhí)行器執(zhí)行器執(zhí)行器從結構來說從結構來說從結構來說從結構來說p 執(zhí)行機構p 調節(jié)機構概述概述氣氣-電轉換器電轉換器電電-氣轉換器氣轉換器電電-氣閥門定位器氣閥門定位器氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器電動執(zhí)行器電動執(zhí)行器氣動控制儀表氣動控制儀表電動控制儀表電動控制儀表圖圖11-1 轉換單元的使用簡圖轉換單元的使用簡圖4第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器5結結結結構構構構氣動執(zhí)行結構氣動執(zhí)行結構氣動執(zhí)行結構氣動執(zhí)行結構控制閥控制閥控制閥控制閥n一、氣動執(zhí)行器

3、的組成與分類一、氣動執(zhí)行器的組成與分類1.1.組成組成第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器常用輔助設備常用輔助設備常用輔助設備常用輔助設備閥門定位器閥門定位器手輪機構手輪機構圖11-2 氣動薄膜控制閥外形圖6第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器72.2.2.2.執(zhí)行機構的分類執(zhí)行機構的分類執(zhí)行機構的分類執(zhí)行機構的分類 薄膜式薄膜式薄膜式薄膜式結構簡單、價格便宜、維修方便，應用廣泛?；钊交钊交钊交钊酵屏^大，用于大口徑、高壓降控制閥或蝶閥的推動裝置。長行程長行程長行程長行程行程長、轉矩大，適于輸出轉角（6090）和力矩。氣動薄膜式執(zhí)行機構有正作用和反作用兩種形式。氣動薄膜式執(zhí)行機構有正作用和

4、反作用兩種形式。氣動薄膜式執(zhí)行機構有正作用和反作用兩種形式。氣動薄膜式執(zhí)行機構有正作用和反作用兩種形式。根據有無彈簧可分為有彈簧的及無彈簧的執(zhí)行機構。根據有無彈簧可分為有彈簧的及無彈簧的執(zhí)行機構。結結構構圖11-3 正作用式氣動薄膜執(zhí)行機構 1上膜蓋；2波紋膜片；3下膜蓋；4支架；5推桿；6彈簧；7彈簧座；8調節(jié)件；9連接閥桿螺母；10行程標尺第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器圖11-4 反作用式氣動薄膜執(zhí)行機構 1上膜蓋；2波紋膜片；3下膜蓋；4密封膜片；5密封環(huán)；6填塊；7支架；8推桿；9彈簧；10彈簧座；11襯套；12調節(jié)件；13行程標尺8第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器93.3.3.

5、3.控制閥的分類控制閥的分類控制閥的分類控制閥的分類根據不同的使用要求，控制閥的結構形式主要有以下幾種。（1 1）直通單座控制閥）直通單座控制閥）直通單座控制閥）直通單座控制閥閥體內只有一個閥芯與閥座。特點特點特點特點結構簡單、價格便宜、全關時泄漏量少。直通單座閥缺點缺點缺點缺點在壓差大的時候，流體對閥芯上下作用的推力不平衡，這種不平衡力會影響閥芯的移動。第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器10（2 2）直通雙座控制閥）直通雙座控制閥）直通雙座控制閥）直通雙座控制閥 閥體內有兩個閥芯和兩個閥座。特點特點特點特點流體流過的時候，不平衡力小。缺點缺點缺點缺點容易泄漏直通雙座閥直通雙座閥第一節(jié)第一節(jié)

6、氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器（3 3）角形控制閥）角形控制閥）角形控制閥）角形控制閥 角形閥的兩個接管呈直角形。特點特點特點特點 流路簡單、阻力較小，適于現場管道要求直角連接，介質為高黏度、高壓差和含有少量懸浮物和固體顆粒狀的場合。流向一般是底進側出。11角形閥角形閥第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器（4 4）高壓控制閥）高壓控制閥）高壓控制閥）高壓控制閥 高壓控制閥的結構形式大多為角形,閥芯頭部摻摻鉻鉻或或鑲以硬質合金鑲以硬質合金,以適應高壓差下的沖刷和汽蝕。為了減少高壓差對閥的汽蝕,有時采用幾幾級級閥芯,把高差壓分開,各級都承擔一部分以減少損失。12第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器（5 5 5

7、5）三通控制閥）三通控制閥）三通控制閥）三通控制閥 共有三個出入口與工藝管道連接。按照流通方式分按照流通方式分按照流通方式分按照流通方式分合流型和分流型兩種 13三通閥三通閥（A）（B）（A）分流型）分流型（B）合流型）合流型第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器14（6 6 6 6）隔膜控制閥）隔膜控制閥）隔膜控制閥）隔膜控制閥 采用耐腐蝕襯里的閥體和隔膜。特點特點特點特點結構簡單、流阻小、流通能力比同口徑的其他種類的閥要大。不易泄漏。耐腐蝕性強，適用于強酸、強堿、強腐蝕性介質的控制，也能用于高黏度及懸浮顆粒狀介質的控制。注意執(zhí)行機構須有足夠的推力注意執(zhí)行機構須有足夠的推力 隔膜閥隔膜閥第一節(jié)第

8、一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器（7 7 7 7）蝶閥）蝶閥）蝶閥）蝶閥 特點特點特點特點結構簡單、重量輕、價格便宜、流阻極小。缺點缺點缺點缺點泄漏量大。15蝶閥蝶閥第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器16（8 8）球閥）球閥）球閥）球閥 節(jié)流元件是帶圓孔的球形體（A）或是一種V形缺口球形體（B）。特點特點（A）轉動球體可起到控制和切斷的作用（B）轉動球心使V形缺口起節(jié)流和剪切的作用,其特性近似于等百分比型。球閥球閥（A）（B）第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器（9 9）凸輪撓曲閥）凸輪撓曲閥）凸輪撓曲閥）凸輪撓曲閥 閥芯呈扇形球面狀，與撓曲臂及軸套一起鑄成，固定在轉動軸上。特點特點特點特點密封性好。

9、重量輕、體積小、安裝方便，適用于要求控制和密封的場合。17凸輪撓曲閥凸輪撓曲閥第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器18（1010）籠式閥）籠式閥）籠式閥）籠式閥 特點特點特點特點 可調比大、振動小、不平衡力小、結構簡單、套筒互換性好，更換不同的套筒可得到不同的流量特性，閥內部件所受的汽蝕小、噪聲小，是一種性能優(yōu)良的閥，特別適用于要求低噪聲及壓差較大的場合?；\式閥籠式閥缺點缺點缺點缺點不適用高溫、高黏度及含有固體顆粒的流體。第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器n二、控制閥的流量特性二、控制閥的流量特性 控控控控制制制制閥閥閥閥的的的的流流流流量量量量特特特特性性性性是是指指被被控控介介質質流流過過閥

10、閥門門的的相相對對流量與閥門的相對開度（相對位移）間的關系，即流量與閥門的相對開度（相對位移）間的關系，即 19第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器201.1.1.1.控制閥的理想流量特性控制閥的理想流量特性控制閥的理想流量特性控制閥的理想流量特性 在不考慮控制閥前后壓差變化時得到的流量特性稱為理想流量特性。它取決于閥芯的形狀（1 1 1 1）直線流量特性）直線流量特性）直線流量特性）直線流量特性 指控制閥的相對流量與相對開度成直線關系。（11-2）圖11-6 控制閥的理想流量特性(R=30)1直線；2等百分比(對數)；3快開；4拋物線第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器21將（11-2）積分可得

11、（11-3）邊界條件邊界條件邊界條件邊界條件：l=0時，Q=Qmin;l=L時Q=Qmax把邊界條件代入式（11-3），可分別得（11-4）R R R R為控制閥的可調范圍或可調比。為控制閥的可調范圍或可調比。為控制閥的可調范圍或可調比。為控制閥的可調范圍或可調比。Qmin不等于控制閥全關時的泄漏量，一般是不等于控制閥全關時的泄漏量，一般是Qmax的的2 24 4。注意！注意！第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器將式（11-4）代入式（11-3），可得（11-511-5）注注注注意意意意：當當當當可可可可調調調調比比比比R R不不不不同同同同時時時時，特特特特性性性性曲曲曲曲線線線線在在在在縱縱

12、縱縱坐坐坐坐標標標標上上上上的的的的起起起起點點點點是不同的。是不同的。是不同的。是不同的。22第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器23舉例舉例當當R=30,=30,l/L=0=0時，時，Q/Qmaxmax=0.33=0.33假設假設R=,位移變化量為位移變化量為10%10%在在1010時，流量變化的相對值為時，流量變化的相對值為在在5050時，流量變化的相對值為時，流量變化的相對值為在在8080時，流量變化的相對值為時，流量變化的相對值為 在流量小時，流量變化的相對值大；在流量大時，流量變化的相對值小。第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器24（2 2 2 2）等百分比（對數）流量特性）等百分比（

13、對數）流量特性）等百分比（對數）流量特性）等百分比（對數）流量特性 等等等等百百百百分分分分比比比比流流流流量量量量特特特特性性性性是指單位相對行程變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量成正比關系。（11-6）將（11-6）積分 將前述邊界條件代入 （11-11）第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器25（4 4 4 4）拋物線流量特性）拋物線流量特性）拋物線流量特性）拋物線流量特性（3 3）快開流量特性）快開流量特性）快開流量特性）快開流量特性 這種流量特性在開度較小時就有較大流量，隨開度的增大，流量很快就達到最大。快開特性的閥芯形式是平板形的，適用于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統。第一節(jié)第一

14、節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器26.工作流量特性工作流量特性工作流量特性工作流量特性 在實際生產中，控制閥前后壓差總是變化的，這時的流量特性稱為工作流量特性。工作流量特性。（1 1 1 1）串聯管道的工作流量特性）串聯管道的工作流量特性）串聯管道的工作流量特性）串聯管道的工作流量特性圖11-7 串聯管道的情形工作流量特性工作流量特性第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器27圖11-8管道串聯時控制閥的工作流量特性第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器28（2 2）并聯管道的工作流量特性）并聯管道的工作流量特性）并聯管道的工作流量特性）并聯管道的工作流量特性 控制閥一般都裝有旁路，以便手動操作和維護。當生產量

15、提高或控制閥選小了時，只好將旁路閥打開一些，此時控制閥的理想流量特性就改變成為工作特性。如如圖圖11-9所所示示，顯顯然然這這時時管管路路的的總總流流量量Q是是控控制制閥閥流流量量Q1與與旁旁路路流流量量Q2之之和和，即即QQ1Q2。圖11-9 并聯管道情況第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器29 以x代表并聯管道時控制閥全開時的流量與總管最大流量Qmax之比，可以得到在壓差p為一定時，而x為不同數值時的工作流量特性曲線。圖11-10并聯管道時控制閥的工作特性第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器30由上圖可見由上圖可見由上圖可見由上圖可見 當x1，即旁路閥關閉時，控制閥的工作流量特性與理想流量特性

16、相同。隨著x值的減小，即旁路閥逐漸打開，雖然閥本身的流量特性變化不大，但可調范圍大大降低了?？刂崎y關死，即l/L0時，流量Qmin大大增加。第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器 在實際使用中總存在著串聯管道阻力的影響，控制閥上的壓差還會隨流量的增加而降低，使可調范圍下降得更多些，控制閥在工作過程中所能控制的流量變化范圍更小，甚至幾乎不起控制作用。采用打開旁路閥的控制方案是不好的，一般認為旁路流量最多只能是總流量的百分之十幾，即x值最小不低于0.8。31第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器32 串、并聯管道都會使閥的理想流量特性發(fā)生畸變，串聯管道的影響尤為嚴重。串、并聯管道都會使控制閥的可調范圍降低，并聯管道尤為嚴重。串聯管道使系統總流量減少，并聯管道使系統總流量增加。串、并聯管道會使控制閥的放大系數減小，串聯管道時控制閥大開度時影響嚴重，并聯管道時控制閥小開度時影響嚴重。結論結論結論結論第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器n三、控制閥的選擇三、控制閥的選擇1.1.1.1.控制閥的尺寸選擇控制閥的尺寸選擇控制閥的尺寸選擇控制閥的尺寸選擇流經控制閥的流量為令代入式(11-13),得(11-13)