化工自动化及仪表第5章

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1、第五章执行器华东理工大学信息学院自动化系本章内容5.0概述5.1执行机构5.2控制阀5.4控制阀口径的确定5.3气动薄膜控制阀的流量特性5.5阀门定位器5.6气动薄膜控制阀的选用5.7数字阀和智能控制阀5.0概述作用：接收控制器输出的控制信号，改变操纵变量，使生产过程按预定要求正常进行。简单控制系统的方块图组成：执行机构和调节机构执行机构：执行机构是指根据控制器控制信号产生推力或位移的装置。调节机构：调节机构是根据执行机构输出信号去改变能量或物料输送量的装置，通常指控制阀。现场有时就将执行器称为控制

2、阀。分类：液动电动气动推力最大，但较笨重，现很少使用液动:电动执行器的执行机构和调节机构是分开的两部分，其执行机构有角行程和直行程两种，都是以两相交流电机为动力的位置伺服机构，作用是将输入的直流电流信号线性地转换为位移量。电动：安全防爆性能较差，电机动作不够迅速，在行程受阻或阀杆被轧住时电机易受损。气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体，其执行机构有薄膜式和活塞式两类。气动：活塞式:行程长，适用于要求有较大推力的场合薄膜式:行程较小，只能直接带动阀杆。化工厂一般均采用薄膜式。（习惯称为气动调节阀

3、)是用压缩空气为能源，结构简单、动作可靠、平稳、输出推动力大、维修方便、防火防爆、价格较低、广泛应用于化工、炼油生产。气动：5.1执行机构气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体。5.1.1气动执行机构    气动执行机构主要分为薄膜式和活塞式。薄膜式活塞式正作用形式:信号压力增大,推杆向下。薄膜式反作用形式:信号压力增大,推杆向上。这种执行机构的输出位移与输入气压信号成比例关系。当压力与弹簧的反作用力平衡时,推杆稳定在某一位置,信号压力越大,推杆的位移量也越大。(推杆的位移即为执行机构的直线输

4、出位移,也称行程。)形式有传统结构和改进结构。传统型国产正作用式执行机构称为ZMA型，反作用式执行机构称为ZMB型。较大口径的控制阀都是采用正作用的执行机构。信号压力通过波纹膜片的上方（正作用式）或下方（反作用式）进入气室。侧装式气动执行机构（增力式执行机构）特点：薄膜式膜头装在支架的侧面轻型气动执行机构特点：结构上采用多根弹簧，结构紧凑、重量轻、高度降低、输出推力增大（图见P89）(2)活塞式活塞式执行机构属于强力气动执行机构。其气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

5、，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的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移动到另一个极端位置，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，必须带有阀门定位器，它适用于控制质量要求较高的系统。5.1.2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。电动执行机构是由电动机带动减速装置，在电信号的作用下产生直线运动和角度旋转运动。电动执行机构一般可以分为

6、直行程、角行程、多转式三种。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360o,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。5.2控制阀5.2.1控制阀（调节阀）结构调节阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之间的流通面积，即改

7、变了阀的阻力系数，被调介质的流量也就相应地改变，从而达到调节工艺参数的目的。正作用：阀芯向下，阀杆向下，流通面积减少。反作用：阀芯向上，阀杆向下，流通面积增大。执行器如气动薄膜控制阀的执行机构和调节机构组合起来可以实现气开和气关式两种调节。气动控制阀的气开、气关特性气关阀：供气量越大，阀门开度越小，而在失气时则全开，称FO型。气开阀：供气量越大，阀门开度越大，而在失气时则全关，称FC型；5.2.2控制阀类型直通单座阀、直通双座阀直通单座阀直通双座阀结构特点：只有一个阀芯有两个阀芯直通单座阀直通双座阀

8、优点：泄漏量小不平衡推力较小缺点：阀芯受到的不平衡推力大泄漏量大适用：压差较小、泄漏量压差较大、对泄较小的场合漏量要求不高的场合隔膜控制阀：耐腐蚀性强。结构简单，流路阻力小，流量系数大，无泄漏量。角型控制阀、三通控制阀、套筒型控制阀等5.3气动薄膜控制阀的流量特性定义：流量特性是指流过阀门的调节介质的相对流量与阀杆的相对行程（阀门的相对开度）之间的关系。数学表达式表示控制阀某一开度的流量与全开时流量之比，称为相对流量。类型：理想特性、工作特性表示控制阀某一开度下阀杆行