过程仪表及自动化 教学课件 作者 马修水 第5章.ppt

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1、第5章执行器1《过程仪表及自动化》执行器接受来自控制器的控制信号，通过改变阀的开度、执行机构的动作等调节被控对象使被控变量参数数值在误差允许的范围内。执行器由执行机构和调节机构两部分组成。本章介绍执行机构、调节阀、数字阀和智能控制阀。2021/8/422《过程仪表及自动化》本章内容概述5.1执行结构5.2控制阀5.3数字阀和智能控制阀5.432021/8/43《过程仪表及自动化》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

2、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。4《过程仪表及自动化》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。图5-1执行器的构成框5《过程仪表及自动化》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。6《过程仪表及自动化》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

3、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。7《过程仪表及自动化》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。8《过程仪表及自动化》5.1.4执行器的作用方式执行器有正、反作用两种作用方

4、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。9《过程仪表及自动化》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。10《过程仪表及自动化》执行机构有正作用和反作用两种作用方式：输入信号增

5、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。11《过程仪表及自动化》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。12《过程仪表及自动化》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。13《过程仪表及自动化》图5-2气动薄膜执行机构14《过程仪表及自动化》1-上膜盖2-波纹薄膜3-下膜盖4-支架5-推杆6-压缩弹簧

6、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。15《过程仪表及自动化》（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

7、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；16《过程仪表及自动化》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。17《过程仪表及自动化》图5-3活塞式执行机构结构图1-活塞2-汽缸18《过程仪表及自动化》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

8、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19《过程仪表及自动化》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。20《过程仪表及自动化》5.3控制阀5.3.1控制阀结构从流体力