第六章 执行器.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 执行器,教学内容,气动执行器,气动执行器的结构与分类,控制阀的流量特性,控制阀的选择,气动执行器的安装和维护,电动执行器,电,-,气转换器及电,-,气阀门定位器,电,-,气转换器,电,-,气阀门定位器,执行器作用,将,控制器的输出信号,转化为,对被操作对象的,实际操作,（动作）。,根据,动作能源,的不同，可分为三类：,气动执行器,：以气压为动力，推动机构动作。,电动执行器,：以电动机作为动力源。,液动执行器,：以液压站提供的流体（液压油）高压为动力源。,气动执行器,：结构简单、动作可靠、输出推力大、防火防爆、维修方便,比较,电动执行器,：能源取用方便、信号传递迅速、结构复杂、防爆性能差,执行器,的选择和使用将直接影响控制系统的,安全性,和,可靠性,气动控制器,电动控制器,气动执行器,电动执行器,气,电转换器,电,气转换器,电,气阀门定位器,转换单元的使用简图,电动执行器,电动执行器,气动执行器,气动执行器,气动执行器,6.1,气动执行器,一,.,气动执行器的结构与分类,结构,控制,机构,执行,机构,（两部分）,常用辅助设备,阀门定位器,手轮机构,气动执行器示意图,Q,气动薄膜调节阀,P,薄膜,弹簧,调节螺钉,推杆,阀杆,填料,阀体,阀芯,阀座,按控制信号压力的大小,产生相应的推力,，推动控制机构动作（将信号压力大小,阀杆位移）的装置。,1.,执行机构,（推动装置）,分类,薄膜式,活塞式,薄膜式,：,气压推动薄膜,并带动推杆运动,活塞式,：,气压推动活塞,并带动推杆运动,薄膜式：,活塞式：,结构简单，价格便，维修方便,推力较大，用于大口径、高压降的控制阀或蝶阀的推动装置,气动,弹簧,执行机构：,在薄膜或活塞上增加弹簧，使其,行程与气压成正比,常用于,连续变化量,的调节。,无弹簧,气动执行机构：,常用于,开关方式,调节（,双位,）。,气动执行机构,小结,薄膜式,活塞式,有弹簧薄膜式,无弹簧薄膜式,有弹簧活塞式,无弹簧活塞式,常用,（,常用,）,输入信号：,空气压力（,0.020.1MPa,）,输出：,阀杆位移,按阀杆最大位移,行程,，确定规格：,10,，,16,，,25,，,40,，,60,，,100mm,正作用形式,：,信号压力,增大,，推杆,向下,反作用形式：,信号压力,增大,，推杆,向上,执行机构的,作用方向,：,2.,控制机构,（,控制阀）,直接与被控介质接触，,控制流体的流量,（将阀杆的位移,流过阀的流量）的装置。,作用,直接作用于对象，并使对象的运动（如流量）发生变化。,各种形式的控制阀,按照不同的使用要求，主要有,:,分类,：,直通,单座,控制阀,直通,双座,控制阀,角型,控制阀,三通,控制阀,隔膜,调节阀,蝶阀,球阀,直通双座阀,直通单座阀,角形阀,合流阀,分流阀,球阀（圆孔）,球阀（,V,形孔）,合流阀,分流阀,球阀（圆孔）,球阀（,V,形孔）,（,1,）直通单座控制阀,特点,结构简单、泄漏量小，易保证关闭，甚至完全切断。,缺点,在压差大的时候，流体对阀芯上下作用的推力不平衡，这种不平衡力会影响阀芯的移动。,直通单座阀,（,2,）直通双座控制阀,特点,流体流过的时候，不平衡力小。,缺点,容易泄漏,可分为正作用式与反作用式两种形式。,根据阀芯与阀座的相对位置,直通双座阀,（,3,）角形控制阀,角形阀的两个接管呈直角形，一般为底进侧出。,特点,流路简单、阻力较小，适于现场管道要求直角连接，介质为高黏度、高压差和含有少量悬浮物和固体颗粒状的场合角形阀,（,4,）三通控制阀,共有三个出入口与工艺管道连接。,按照流通方式分,合流型和分流型两种,三通阀,（,5,）隔膜控制阀,采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜。,特点,结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他种类的阀要大。不易泄漏。耐腐蚀性强，适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也能用于高黏度及悬浮颗粒状介质的控制。,隔膜阀,注意执行机构须有足够的推力,（,6,）蝶阀,特点,结构简单、重量轻、价格便宜、流阻极小。,缺点,泄漏量大。,蝶阀,（,7,）球阀,球阀的阀芯与阀体都呈球形体，转动阀芯使之与阀体处于不同的相对位置时，就具有不同的流通面积。,“,V,”,形和“,O,”,形两种开口形式。,球阀阀芯分类,球阀,球阀阀芯的形状,（,8,）凸轮挠曲阀,阀芯呈扇形球面状，与挠曲臂及轴套一起铸成，固定在转动轴上。,特点,密封性好。重量轻、体积小、安装方便，适用于高黏度或带有悬浮物的介质流量控制。,凸轮挠曲阀,（,9,）笼式阀,特点,可调比大、振动小、不平衡力小、结构简单、套筒互换性好，更换不同的套筒可得到不同的流量特性，阀内部件所受的汽蚀小、噪声小，是一种性能优良的阀，特别适用于要求低噪声及压差较大的场合。,缺点,不适用高温、高黏度及含有固体颗粒的流体。,笼式阀,直通单座阀,气动薄膜直通单座调节阀,气动薄膜直通双座调节阀,电动直通双座调节阀,气动薄膜角形调节阀,电动角形调节阀,电动三通合流调节阀,电动三通合流、分流调节阀,气动薄膜隔膜调节阀,蝶阀,电动蝶阀,V,型调节球阀,使用于造纸、化工、冶金等工业企业中含有纤维或微小固体颗粒的悬浊液介质中对有关工艺参数的控制，特别适用于制浆、造纸生产过程中的纸浆、白水、黑液、白液等悬浮颗粒的流体及浓、浊浆状流体介质的自动调节,正作用,：,阀芯,向下,，流通面积,减少,反作用,：阀芯,向下,，流通面积,增大,控制机构的,作用方向,：,二,.,控制阀的流量特性,被控介质流过阀门的,相对流量,与阀门,相对开度,（相对位移）间的关系。,1.,理想流量特性,不考虑,控制阀前后,压差变化,对流量的影响得到的流量特性称为理想流量特性。,1.,理论流量特性1,）,直线,特性：,Q/,Q,max,=K,（,/L,）,+C,（,2,）,对数,特性（等百分比）：,Q/,Q,max,=R,（,/L-1,）,（,3,）,抛物线,特性：,（,4,）,快开特,性：,快开,直线,对数,不同流量特性的阀芯形状,抛物线,（,/L)%,（,Q/Q,max,)%,1,2,3,4,理想流量特性,1,快开,2,直线,3,抛物线,4,等百分比曲线,理想流量特性取决于阀芯的形状,直线特性,生产,负荷（流量）小,时（即小开度），流量变化的相对值大，,控制作用太强,；,可调范围（比）,生产,负荷（流量）大,时（即大开度），流量变化的相对值小，,控制作用太弱,。,不利于生产过程控制,等百分比特性,负荷小,时，,K,小，流量变化小，,控制平稳,缓和；,曲线斜率,K,随,行程增大而增大,负荷大,时，,K,大，流量变化大，,控制灵敏,有效，有利于控制。,目前使用比较多的是,等百分比,流量特性,快开特性,在,开度很小,时，就有,较大的流量,，开度增大，流量很快达到最大。（平板形阀芯）,适于迅速启闭的,切断阀,和,双位控制,系统,2.,控制阀的实际流量特性,控制阀在调节过程中，将引起,阀门两端压差的变化,，反过来影响通过阀门流体的流量。,因控制阀前后压差遭受阻力损失,而会引起流量特性发生畸变,理想流量特性 工作流量特性,即,Q,P,F,P,V,P,串联管道的情形,Q,Q,1Q,2,P,并联管道的情形,（旁路阀）,串联管道,阻力比,全开时阀前后压差,全开时管道系统压力损失,S=1,同理想流量特性,S,1,实际流量比理想流量小,，流量特性发生畸变。,一般取,S0.30.5,注意,：生产中不能任意关小控制阀两端的截止阀,并联管道,Q,控制阀全开时流量,Q,max,总管最大流量,x=1,（旁路阀关闭），同理想流量特性,x,1,（旁路阀逐渐开），流量特性变化不大，可,调范围大大降低,控制阀一般都装有旁路，以便,手动操作,和,维护,。,当生产量提高或控制阀选小了时，需将旁路阀打开一些，此时控制阀的理想流量特性就改变成为工作特性。,要求,0.8,注意,：采用打开旁路阀控制方案不好,串、并联比较：,流量,特性畸变,方面：,串联,管道影响更严重,可,调范围降低,方面：,并联,管道更严重,串联管道使总流量减小；并联管道使总流量增加。,三,.,控制阀的选择,结构与特性,气开式与气关式,阀门口径,1.,结构与特性选择,结构,依据,工艺条件,和,介质的物化性质,（腐蚀性、黏度等）进行选择。,流量特性,依据,工艺需要,并结合整个管路,系统的工况特点,（管路流量特性）选择。,2.,气开式与气关式的选择,气开式：有气压信号时，开阀,气关式：有气压信号时，关阀,信号压力中断时，应保证设备和工作人员的安全。,考虑原则,依据,气源断开的安全性,结合执行机构形式选择。,正,反,正,正,正反,反,反,组合方式图,气关,气关,气开,气开,3.,阀门口径的选择,阀门口径的选择不能过小也不能过大,依据,实际流量调节范围,选择。,控制阀的流量系数,额定流量系数,在控制阀全开，当阀前后的压差为,0.1,，流过的流体密度为,时，流过阀的流量数,3,。,四,.,气动执行机构的安装与维修保养,1.,位置选择应注意方便安装维修；,2.,环境温度：,+60,C-40C,3.,尽量直立安装在水平管道上，其它安装方式应加设支撑架；,4.,控制阀前后一般应安装手动截止阀及旁路阀，以便维修；,5,.,不能装反，安装前应进行清洗；,6.,定期维护检修。注意观察密封与磨损情况。,截止阀,旁路阀,6.2,电动执行器,电动执行机构：以,电动机为核心动力源,，将控制器输出的直流电信号直接转换成相应的,角位移,或,直线行程,。,结构,控制,机构,电动执行,机构,控制信号,电磁铁,电动机,控制阀,减速器,输出轴,控制信号,旋转,位移,（电磁阀）,控制阀,（,1,）,角行程,电动执行机构：使输出轴产生,090,角,位移；,（,2,）,直线行程,电动执行机构：,（,3,）,多转式,电动执行机构,电动执行机构的分类,电动执行器的结构原理,输出轴,伺服 放大器,伺服 电动机,减速器,位置 发送器,输入信号,操作器,离合器,手轮,角行程电动执行机构的工作过程：,伺服放大器,伺服电机,输出轴,减速器,位置发送器,控制信号,反馈信号,转动,能将执行机构输出轴的位移转变为,0,10mA DC,（或,4,20mA DC,）反馈信号的装置，它的主要部分是差动变压器。,位置发送器,差动变压器原理图,电动执行机构不仅可与控制器配合实现自动控制，还可通过操纵器实现控制系统的自动控制和手动控制的相互切换。当操纵器的切换开关置于手动操作位置时，由正、反操作按钮直接控制电机的电源，以实现执行机构输出轴的正转或反转，进行遥控手动操作。,小结,6.3,电,气转换器,在电控,系统中，使用气动执行机构必须进行,电,气转换,。,将控制器输出的,直流电信号气压信号,；,将执行器的,位置信号（气压）电信号,，反馈给控制器，以便控制器能准确的进行控制。,按力矩平衡原理工作,电,气转换器原理结构图,杠杆,十字弹簧,测量线圈,铁芯,磁钢,正反馈波纹管,负反馈波纹管,调零弹簧,喷嘴挡板,放大器,直流电流信号,测量线圈,产生测量力（电磁力）,杠杆逆时针偏转,挡板靠近喷嘴,背压升高,放大器放大,输出气压信号,正、负波纹管,反馈力，当反馈力矩与测量力矩相平衡时，放大器输出与电流成正比的,0.020.1Mpa,的气压信号。,二、电,-,气阀门定位器,作用,具有电,-,气转换器的作用,，可用电动控制器输出的,0,10,mA,DC,或,4,20,mA,DC,信号去操纵气动执行机构；,具有,气动阀门定位器的作用,，可以使阀门位置按控制器送来的信号准确定位。,改变图中反馈凸轮,5,的形状或安装位置，还可以改变控制阀的流量特性和实现正、反作用。,电,-,气阀门定位器,1,力矩马达；,2,主杠杆；,3,平衡弹簧；,4,反馈凸轮支点；,5,反馈凸轮；,6,副杠杆；,7,副杠杆支点；,8,薄膜执行机构；,9,反馈杆；,10,滚轮；,11,反馈弹簧；,12,调零弹簧；,13,挡板；,14,喷嘴；,15,主杠杆支点,电动执行器的选择,电动执行器与气动执行器的差异主要执行机构，其控制机构基本相同。,电动执行器的选择：,根据控制机构选择执行机构；,根据扭矩选择角行程执行器；,根据轴位移选择直线行程执行器；,根据阀门型号选择多转式执行器。,一、数字阀,数字阀,是一种位式的数字执行器，由一系列并联安装而且按二进制排列的阀门所组成。,组成,流孔,阀体,执行机构,6-4,数字阀与智能控制阀,8,位二进制数字阀原理图,特点,高分辨率,高精度,反应速度快，关闭特性好。,直接与计算机相连,没有滞后、线性好、噪声小。,二、智能控制阀,智能控制阀,集常规仪表的检测、控制、执行等作用于一身，具有智能化的控制、显示、诊断、保护和通信功能，是以控制阀为主体，将许多部件组装在一起的一体化结构。,智能性的表现,控制智能,通信智能,诊断智能,自动控制系统,课程内容回顾,被控对象,自动化装置,自动化装置,检测变送,控制器,执行器,液位检测,流量检测,压力检测,温度检测,积分控制,比例控制,位式控制,微分控制,课程内容回顾,被控对象,时滞对象,积分对象,一阶对象,重要参数：放大倍数、时间常数、,滞后时间,课程内容回顾,自动控制系统,高级控制系统,复杂控制系统,(,串级控制系统,),简单控制系统,课程内容回顾,第十七章 典型化工单元的控制方案,本章,作业,P165166,1，4，17，18,电,气转换器原理结构图,它按控制信号压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，即：将信号压力大小,阀杆位移的装置。,1.,执行机构,（推动装置）,气,气,(),Q,P,(),(),(),(),(),