1、11 執行器本章根本要求1掌握控制閥的流量特性的意義，了解串聯管道中阻力比s和并聯管道中分流比x對流量特性的影響。2了解氣動薄膜控制閥的根本構造、主要類型及運用場所。3了解氣動執行器的氣開、氣關型式及其選擇原那么。4了解電氣轉換器及電氣閥門定位器的用途及任務原理。5了解電動執行器的根本原理。11 執行器概述 執行機構 調理機構 調理閥的流量系數和流量特性 閥門定位器 執行器的選擇計算和安裝氣動薄膜直通單座閥氣動薄膜直通雙座閥氣動蝶閥氣動球閥氣動切斷閥電動直通單座閥電動隔膜閥電動三通閥氣動薄膜角形閥電磁閥手動截止閥1、對執行器的初步認識11.1 概述2、執行器在自控系統中的作用執行器是指：閥門調

2、理閥(延續的)、開關閥(過程控制范疇) 電機延續的、開關的(屬于流體機械的范疇，起執行器的作用)執行器是控制系統必不可少的環節。執行器任務條件惡劣，它也是控制系統最薄弱的環節。緣由：執行器與介質操作變量直接接觸，如：(強)腐蝕性、(高)粘度、(易)結晶、高溫、急冷、高壓、高差壓等。 執行器通常專指閥門11.1 概述執行器在自控系統中的作用：接納調理器計算機輸出的控制信號，使調理閥的開度產生相應變化，從而到達調理操作變量流量的目的。圖6-2 氣動薄膜調理閥的外形和內部構造1-薄膜 2-平衡彈簧 3-閥桿 4-閥芯 5-閥體 6-閥座PO氣動執行機構調理機構1234563、執行器的構成11.1 概

3、述執行器由執行機構和控制調理機構兩個部分構成 輔助安裝：閥門定位器和手動操作機構 執行機構調理機構POIOF lM流通截面積支配變量的流量11.1 概述3、執行器的構成執行機構根據控制信號產生推力(薄膜、活塞、馬達)。即將信號的大小轉換為閥桿位移的安裝。 控制機構根據推力產生位移或轉角，改動開度。即將閥桿的位移轉換為流過閥的流量的安裝。手操機構手輪機構的作用是當控制系統因停電、停氣、控制器無輸出或執行機構失靈時，利用它可以直接支配控制閥，以維持消費的正常進展。氣動執行器4、分類1按運用的能源方式電動執行器液動執行器 氣動閥電動閥在過程控制領域運用很少2按閥門的輸出延續式0100開關式ON/OF

4、F調理閥*11.1 概述3按運用的調理機構直行程式調理機構角行程式調理機構 它采用氣動執行機構優點：構造簡單、動作可靠穩定、輸出力大、安裝維修方便、價錢廉價和防火防爆。缺陷：呼應時間大，信號不適于遠傳。 采用電/氣轉換器或電/氣閥門定位器，使傳送信號為電信號，現場操作為氣動信號。氣動調理閥電信號氣信號11.1 概述4、分類電動調理閥它采用電動執行機構優點：動作較快、能源獲取方便，特別適于遠間隔的信號傳送。缺陷：輸出力較小、價錢貴。 普通只適用于防爆要求不高的場所。11.1 概述4、分類直通雙座調理閥直通單座調理閥 籠式套筒調理閥 角型調理閥 三通調理閥 高壓調理閥隔膜調理閥波紋管密封調理閥超高

5、壓調理閥小流量調理閥低噪音調理閥直行程式調理機角行程式調理機構留意：同一類型的氣動/電動調理閥，分別采用氣動執行機構和電動執行機構。蝶閥凸輪撓曲調理閥V型球閥O型球閥 4、分類11.1 概述H反作用：當輸入信號增大時，流過執行器的流量減小。正作用：當輸入信號增大時，執行器的開度增大，即流過 執行器的流量增大。5、執行器的作用方式正反作用的選擇主要從平安消費的角度來確定。假設，介質是由強腐蝕性的，再消費過程中不允許溢出，調理閥的作用方式？假設后面的環節不允許沒有物料，調理閥的作用方式？11.1 概述根據控制信號的大小，產生相應的輸出力F和位移M直線位移l或角位移。輸出力F用于抑制調理機構中流動流

6、體對閥芯產生的作用力或作用力矩，以及摩擦力等其他各種阻力；位移l或用于帶動調理機構閥芯動作。 11.2 執行機構氣動執行機構 電動執行機構 11.2.1 氣動執行機構 氣動執行機構主要分為兩大類：薄膜式與活塞式。薄膜式與活塞式執行機構又可分為：有彈簧和無彈簧 氣源 PO1、氣動薄膜式執行機構根本構造和任務原理氣源PO氣動執行機構的動態特性為一階滯后環節。其時間常數的大小與薄膜氣室大小及引壓導管長短粗細有關，普通為數秒到數十秒之間。 11.2.1 氣動執行機構 2、氣動活塞式執行機構根本構造和任務原理根本部件：活塞和氣缸。活塞在氣缸內隨活塞兩側壓差而挪動，兩側可分別輸入一個固定信號和一個變動信號

7、，或兩側都輸入變動信號。它的輸出特性有比例式及兩位式兩種。兩位式是根據輸入執行活塞兩側的操作壓力的大小，使推桿從一個位置移到另一極端位置。比例式是在兩位式根底上加有閥門定位器后，使推桿位移與信號壓力成比例關系。 P1P211.2.1 氣動執行機構 構成原理 11.2.2 電動執行機構輸入信號伺服放大器伺服電機減速器輸出位置發生器調理機構是執行器的調理部分，在執行機構的輸出力和輸出位移作用下，調理機構閥芯的運動，改動了閥芯與閥座之間的流通截面積，即改動了調理閥的阻力系數，使被控介質流體的流量發生相應變化。11.3 調理機構1執行機構2閥桿3閥芯4閥座5閥體6轉軸7閥板 主要構成：閥體、閥座、閥心

8、、和閥桿或轉軸1、調理機構的構造和特點11.3 調理機構單導向構造閥體內只需一個閥芯和一個閥座。構造簡單、走漏量小甚至可以完全切斷允許壓差小雙導向構造的允許壓差較單導向構造大。 2、常用調理閥構造表示圖及特點1直通單座調理閥雙導向構造它適用于要求走漏量小，任務壓差較小的干凈介質的場所。在運用中應特別留意其允許壓差，防止閥門關不死。 11.3 調理機構閥體內有兩個閥芯和閥座 。因流體對上、下兩閥芯上的作用力可以相互抵消，因此雙座閥具有允許壓差大上、下兩閥芯不易同時封鎖，因此走漏量較大的特點。 2、常用調理閥構造表示圖及特點2直通雙座調理閥均為雙導向構造它適用于閥兩端壓差較大，走漏量要求不高的干凈

9、介質場所，不適用于高粘度和含纖維的場所。 11.3 調理機構閥體為直角形；通道簡單、阻力小，適用于高壓差、高粘度、含有懸浮物和顆粒狀物質的調理；角形閥普通運用于底進側出，此時調理閥穩定性好；在高壓差場所下，為了延伸閥芯運用壽命，也可采用側進底出，但側進底出在小開度時易發生振蕩；角形閥還適用于工藝管道直角形配管的場所。 11.3 調理機構2、常用調理閥構造表示圖及特點3角形調理閥三通調理閥：閥體有三個接納口，適用于三個方向流體的管路控制系統，大多用于熱交換器的溫度調理、配比調理和旁路調理。運用中應留意流體溫差不宜過大，通常小于是150，否那么會使三通閥產生較大應力而引起變形，呵斥銜接處走漏或損壞

10、。三通閥有三通合流閥和三通分流閥兩種。三通合流閥為介質由兩個輸入口流進混合后由一出口流出；三通分流閥為介質由一入口流進，分為兩個出口流出。 合流三通調理閥11.3 調理機構2、常用調理閥構造表示圖及特點4三通調理閥分流三通調理閥蝶閥是經過擋板以轉軸為中心旋轉來控制流體的流量；構造緊湊、體積小、本錢低，流通才干大；特別適用于低壓差、大口徑、大流量的氣體形或帶有懸浮物流體的場所；走漏較大；蝶閥通常任務轉角應小于70，此時流量特性與等百分比特性類似；多用于開關閥。蝶閥11.3 調理機構2、常用調理閥構造表示圖及特點5蝶閥套筒上開有一定外形的窗口節流孔，套筒挪動時，就改動了節流孔的面積，從而實現流量調

11、理。套筒閥分為單密封和雙密封兩種構造，前者類似于直通單座閥，適用于單座閥的場所；后者類似于直通雙座閥，適用于雙座閥的場所。套筒閥具有穩定性好、拆裝維修方便等優點，因此得到廣泛運用，但其價錢比較貴。套筒閥11.3 調理機構2、常用調理閥構造表示圖及特點6套筒閥閥體與普通的直通單座閥類似，但閥內有一個圓柱形套筒，又稱籠子，利用套筒導向，閥芯可在套筒中上下挪動。轉軸帶動閥芯偏心旋轉；體積小，分量輕，運用可靠，維修方便，通用性強，流體阻力小等優點，適用于粘度較大的場所，在石灰、泥漿等流體中，具有較好的運用性能。偏心旋轉閥11.3 調理機構2、常用調理閥構造表示圖及特點7偏心旋轉閥閥芯為一球體；閥芯上開

12、有一個直徑和管道直徑相等的通孔，轉軸帶動球體旋轉，起調理和切斷作用；該閥構造簡單，維修方便，密封可靠，流通才干大；流量特性為快開特性，普通用于位式控制。 “O形球閥11.3 調理機構2、常用調理閥構造表示圖及特點8“O形球閥閥芯也為一球體；但球體上開孔為V形口，隨著球體的旋轉，流通截面積不斷發生變化，但流通截面的外形一直堅持為三角形；該閥構造簡單，維修方便，封鎖性能好，流通才干大，可調比大；流量特性近似為等百分比特性，適用于纖維、紙漿及含顆粒的介質。 “V形球閥11.3 調理機構2、常用調理閥構造表示圖及特點9“V形球閥孔板流量計的公式？11.4 流量系數和流量特性 調理閥的流量方程根據的原理

13、：伯努利方程能量守恒流量系數是反映調理閥口徑大小的一個重要參數。 流量系數KV的定義:在調理閥前后壓差為100kPa，流體密度為1g/cm3即440的水的條件下，調理閥全開時，每小時經過閥門的流體量m3。 11.4.1 調理閥的流量系數把上述參數代入流量方程，即可算出實踐工況的流經閥門的流量。 現實上，這里提出流量系數的概念，意圖不在流量的計算上，真正目的是根據工藝要求如何來選擇一臺適宜的調理閥。 根據工藝要求，即流量Q、前后差壓P、介質密度，可以用下式來計算調理閥的流量系數，并以此來作為閥門口徑選擇的根據之一：流量系數的計算 11.4.1 調理閥的流量系數留意：上式中各參數的單位； 上式只適

14、用于普通的流體如水或者類似流體流體的種類和性質將影響K的大小，因此對不同的流體必需思索其對流量系數的影響；流體的流動形狀也將影響K的大小。可調比R反映調理閥的調理才干的大小。 定義：調理閥所能調理的最大流量和最小流量之比。 調理閥前后壓差的變化，會引起可調比變化，將可調比分為理想可調比和實踐可調比。 11.4.2 調理閥的可調比 理想可調比由構造設計決議，通常 R=30 或 501、理想可調比R (P 一定) 11.4.2 調理閥的可調比 1串聯管道時的可調比 設 2、實踐可調比 Rr (P 變化) 11.4.2 調理閥的可調比 2并聯管道時的可調比 R 1 設 11.4.2 調理閥的可調比

15、2、實踐可調比 Rr (P 變化) 調理閥前后壓差的變化，會引起流量變化。流量特性分為理想流量特性和實踐流量特性11.4.3 調理閥的流量特性 最大流量最大位移實踐位移實踐流量調理閥流量特性：介質流過調理閥的相對流量與相對位移即閥的相對開度之間的關系調理閥的固有特性，由閥芯的外形所決議。1-快開特性2-直線特性3-拋物線特性4-等百分比對數特性1、理想流量特性(P 一定)11.4.3 調理閥的流量特性 特點：a.放大系數是常數 調理閥的相對流量與相對位移成直線關系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數 b. Q 流量相對變化值 1直線流量特性 11.4.3 調理閥的流量特性 特點：a. Q 放

16、大系數單位相對位移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b. 流量相對變化值是常數 2等百分比流量特性對數流量特性11.4.3 調理閥的流量特性 單位相對位移的變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量值的平方值的平方根成正比關系 3拋物線流量特性 為了彌補直線特性在小開度時調理性能差的缺陷，在拋物線特性根底上派生出一種修正拋物線特性，它在相對位移30%及相對流量變20%這段區間內為拋物線關系，而在此以上的范圍是線性關系。 11.4.3 調理閥的流量特性 在開度較小時就有較大的流量，隨著開度的增大，流量很快就到達最大；以后再添加開度，流量變化很小。 有效位移普通為閥座直徑的1/4 適

17、用于迅速啟閉的位式控制或程序控制系統 4快開流量特性 上述4種流量特性中：直線和等百分比最常用。11.4.3 調理閥的流量特性 1串聯管道時* 流量特性發生畸變* 直線特性快開特性* 等百分比特性直線特性 * 可調比減小 2、任務流量特性(P 變化)11.4.3 調理閥的流量特性 2并聯管道時的任務流量特性 通常普通X值不能低于0.8，即旁路流量只能為總流量的百分數之十幾。 可調比將大大下降11.4.3 調理閥的流量特性 2、任務流量特性(P 變化)執行器的選用能否得當，將直接影響控制系統的控制質量、平安性和可靠性。 執行器的選擇，主要是從以下三方面思索：1調理閥的構造方式；2調理閥的流量特性

18、；3調理閥的口徑。11.5 執行器的選擇計算1、執行機構的選擇 11.5.1 執行器構造方式的選擇 比較項目氣動薄膜執行機構電動執行機構可靠性高（簡單、可靠）較低驅動能源需另設氣源簡單方便價格低高輸出力大小剛度小大防爆好差工作環境大（-4080）小（-1055）選擇執行機構時，必需思索執行機構的輸出力力矩應大于它所遭到的負荷力力矩。 負荷力力矩包括流體對閥芯產生的作用力不平衡力或作用力矩不平衡力矩閥桿的摩擦力、分量以及緊縮彈簧的預緊力。 對于氣動薄膜執行機構：任務壓差小于最大允許壓差。但當所用調理閥的口徑較大或壓差較高時，執行機構要求有更大的輸出力，此時可思索用活塞式執行機構，也可選用薄膜執行

19、機構再配上閥門定位器。 1、執行機構的選擇 11.5.1 執行器構造方式的選擇 氣開式調理閥：有信號壓力輸入時閥翻開，即供氣量越大，閥門開度越大，而在失氣時那么全關，稱FC型；氣關式調理閥：有信號壓力輸入時閥封鎖，即供氣量越大，閥門開度越小，而在失氣時那么全開，稱FO型。2、確定整個調理閥的作用方式 11.5.1 執行器構造方式的選擇 氣開氣關的選擇原那么是：2、確定整個調理閥的作用方式 11.5.1 執行器構造方式的選擇 信號壓力中斷時，應保證設備和操作人員的發全，如閥門處于翻開位置時危害性小，那么應選用氣關式；反之，那么用氣開式。 因：供氣中斷時，應使給水閥全開，使得鍋爐不致燒干引起爆炸。

20、故：選氣關閥。鍋爐汽包水位控制帶控制點的流程圖例：鍋爐汽包水位的控制氣關閥氣開氣關的選擇原那么是：平安原那么2、確定整個調理閥的作用方式 11.5.1 執行器構造方式的選擇 因：供氣中斷時，應使燃料閥全關，停頓供應燃料油，不致使加熱爐溫度過高燒壞爐子。故：選氣開閥。加熱爐溫度控制帶控制點的流程圖氣開閥氣開氣關的選擇原那么是：平安原那么2、確定整個調理閥的作用方式 11.5.1 執行器構造方式的選擇 例2：加熱爐爐溫的控制主要根據是：1流體性質如流體種類、粘度、腐蝕性、能否含懸浮顆粒；2工藝條件如T、p、F、p、走漏量；3過程控制要求控制系統精度、可調比、噪音。根據以上各點進展綜合思索，并參照各

21、種調理機構的特點及其適用場所，同時兼顧經濟性，來選擇滿足工藝要求的調理機構。3、調理機構的選擇 11.5.1 執行器構造方式的選擇 實踐上是指如何選擇直線特性和等百分比特性。 閱歷準那么 :1、思索系統的控制質量11.5.2 執行器流量特性的選擇 調理閥在串聯管道時的任務流量特性與S值的大小有關，即與工藝配管情況有關。因此，在選擇其特性時，還必需思索工藝配管情況。1根據系統的特點選擇所需求的任務流量特性2思索工藝配管情況確定相應的理想流量特性詳細做法:閱歷準那么 :2、思索工藝管道情況11.5.2 執行器流量特性的選擇 直線特性調理閥在小開度時流量相對變化值大，控制過于靈敏，易引起振蕩，且閥芯

22、、閥座也易遭到破壞，因此在S值小、負荷變化大的場所，不宜采用。等百分比特性調理閥的放大系數隨調理閥行程添加而增大，流量相對變化值是恒定不變的，因此它對負荷變化有較強的順應性。 結論：常用的調理閥流量特性為“線性和“等百分比。在設計過程中，當流量特性難以確定時，優先選用“等百分比特性，它的順應性更強。閱歷準那么 :3、思索負荷變化情況11.5.2 執行器流量特性的選擇 首先必需求合理確定調理閥流量和壓差的數據。通常把代入計算公式中的流量和壓差分別稱為計算流量和計算壓差。而在根據計算所得到的流量系數選擇調理閥口徑之后，還應對所選調理閥開度和可調理比進展驗算，以保證所選調理閥的口徑能滿足控制要求。

23、根據流量系數11.5.3 調理閥的口徑選擇 就是根據工藝參數計算出K，然后根據K選取一個Kv值差不多的調理閥。 最大計算流量是指經過調理閥的最大流量，其值應根據工藝設備的消費才干、對象負荷的變化、操作條件變化以及系統的控制質量等要素綜合思索，合理確定。 防止兩種傾向：過多思索余量；只思索眼前消費 選擇調理閥口徑的步驟：1確定計算流量11.5.3 調理閥的口徑選擇 計算壓差是指最大流量時調理閥上的壓差，即調理閥全開時的壓差。確定計算壓差時必需兼顧調理性能和動力耗費兩方面，即應合理選定S值。2確定計算壓差 選取S值 S值普通希望不小于0.3，常選 求取調理閥計算壓差PV 計算壓差確定步驟如下： 1

24、1.5.3 調理閥的口徑選擇 選擇調理閥前后最近的壓力根本穩定的兩個設備作為系統的計算范圍。 在最大流量的條件下，分別計算系統內調理閥之外的各項部分阻力所引起的壓力損失，再求出它們的總和PF。2確定計算壓差根據已求得的Kmax，在所選用的產品型式的規范系列中，選取大于Kmax并與其最接近的那一擋Kv值P.169，表6-3。根據已決議的計算流量和計算壓差，求得最大流量時的流量系數Kmax 3計算流量系數Kmax4選取流量系數KV11.5.3 調理閥的口徑選擇 選擇調理閥口徑的步驟：最大計算流量時的開度不大于90%最小計算流量時的開度不小于10% 直線特性調理閥 等百分比特性的調理閥 5驗算調理閥

25、開度11.5.3 調理閥的口徑選擇 選擇調理閥口徑的步驟：6驗算調理閥實踐可調比須滿足根據值決議調理閥的公稱直徑Dg和閥座直徑dg7確定調理閥口徑11.5.3 調理閥的口徑選擇 選擇調理閥口徑的步驟：11.6 電氣轉換器/閥門定位器電氣轉換器電氣閥門定位器緊縮空氣過濾器1、閥門定位器將控制信號(I0或PO)，成比例地轉換成氣壓信號輸出至執行機構，使閥桿產生位移閥可見，閥門定位器與氣動執行機構構成一個負反響系統桿位移量經過機械機構反響到閥門定位器，當位移反響信號與輸入的控制信號相平衡時，閥桿停頓動作，調理閥的開度與控制信號相對應。閥門定位器可以采用更高的氣源壓力，從而可增大執行機構的輸出力。在什

26、么情況下需求運用閥門定位器？11.6 電氣轉換器/閥門定位器答：大口徑閥門，或者要求由較大輸出力的閥門等小口徑閥門普通較少運用。閥門定位器與執行機構安裝在一同，因此可減少調理信號的傳輸滯后。此外，閥門定位器還可以接受不同范圍的輸入信號，因此采用閥門定位器還可實現分程控制。 1、閥門定位器11.6 電氣轉換器/閥門定位器在什么情況下需求運用閥門定位器？按構造方式，閥門定位器可以分為：1電/氣閥門定位器2氣動閥門定位器3智能式閥門定位器。 2、分類11.6 電氣轉換器/閥門定位器當輸入IO，對主杠桿2產生向左的力F1，主杠桿繞支點反時針偏轉，擋板13接近噴嘴15，Pa，使閥桿向下挪動，并帶動反響桿

27、9繞支點4偏轉，凸輪5也跟著逆時針偏轉，從而使反響彈簧11拉伸，最終使閥門定位器到達平衡形狀。此時，一定的信號壓力就對應于一定的閥桿位移，即對應于一定的閥門開度。 Pa3、電/氣閥門定位器11.6 電氣轉換器/閥門定位器電/氣閥門定位器作用：1將420mA或010mA轉換為氣信號，用以控制氣動調理閥；2它還可以起到閥門定位的作用。 Pa3、電/氣閥門定位器11.6 電氣轉換器/閥門定位器MiKiIoFiliK1PaK2LKfFflfMf3、電/氣閥門定位器11.6 電氣轉換器/閥門定位器閥桿位移和輸入信號之間的關系取決于轉換系數Ki、力臂長度li以及反響部分的反響系數Kf，而與執行機構的時間常數和放大系數，即執行機構的膜片有效面積和彈簧剛度無關。