第六章 執(zhí)行器

1、第六章第六章 執(zhí)行器執(zhí)行器 內(nèi)容提要內(nèi)容提要n 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器n氣動執(zhí)行器的結構與分類氣動執(zhí)行器的結構與分類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 電動執(zhí)行器電動執(zhí)行器n 電電- -氣轉換器及電氣轉換器及電- -氣閥門定位器氣閥門定位器n電電- -氣轉換器氣轉換器n電電- -氣閥門定位器氣閥門定位器1內(nèi)容提要內(nèi)容提要n 數(shù)字閥與智能控制閥數(shù)字閥與智能控制閥n數(shù)字閥數(shù)字閥n智能控制閥智能控制閥2概述概述3 接收控制器送來的控制信號，改變被控介質的流量，從而將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。 p 氣動執(zhí)行器p

2、電動執(zhí)行器p 液動執(zhí)行器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第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器4 執(zhí)行器的推動裝置，它按控制信號壓力的大小產(chǎn)生相應的推力，推動控制機構動作，所以它是將信號壓力的大小轉換為閥桿位移的裝置。 執(zhí)行器的控制部分，它直接與被控介質接觸，控制流體的流量。所以它是將閥桿的位移轉換為流過閥的流量的裝置。 第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器閥門定位器閥門定位器手輪機構手輪機構圖6-1 氣動執(zhí)行器示意圖5圖圖6-2 氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的外形和內(nèi)部結構氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的外形和內(nèi)部結構1薄膜薄膜 2平

3、衡彈簧平衡彈簧 3閥桿閥桿 4閥芯閥芯 5閥體閥體 6閥座閥座PO氣氣動動執(zhí)執(zhí)行行機機構構控控制制機機構構123456輔助裝置：閥門定位器 和 手動操作機構 根據(jù)控制信號產(chǎn)生推力根據(jù)控制信號產(chǎn)生推力( (薄膜、活塞、馬達薄膜、活塞、馬達)。 它是執(zhí)行器的推動裝置，它按控制信號的大小產(chǎn)生相應的推力，它是執(zhí)行器的推動裝置，它按控制信號的大小產(chǎn)生相應的推力，推動控制機構動作，所以它是將信號的大小轉換為閥桿位移的推動控制機構動作，所以它是將信號的大小轉換為閥桿位移的裝置裝置 根據(jù)推力產(chǎn)生位移或轉角，改變開度根據(jù)推力產(chǎn)生位移或轉角，改變開度。 它是執(zhí)行器的控制部分，它直接與被控介質接觸，控制流體的它是執(zhí)

4、行器的控制部分，它直接與被控介質接觸，控制流體的流量。所以它是將閥桿的位移轉換為流過閥的流量的裝置流量。所以它是將閥桿的位移轉換為流過閥的流量的裝置 手輪機構的作用是當控制系統(tǒng)因停電、停氣、控制器無輸出手輪機構的作用是當控制系統(tǒng)因停電、停氣、控制器無輸出或執(zhí)行機構失靈時，利用它可以直接操縱控制閥，以維持生產(chǎn)或執(zhí)行機構失靈時，利用它可以直接操縱控制閥，以維持生產(chǎn)的正常進行。的正常進行。 第一節(jié)第一節(jié) 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器一、氣動執(zhí)行器的結構與分類一、氣動執(zhí)行器的結構與分類6結構簡單、價格便宜、維修方便，應用廣泛。 推力較大，用于大口徑、高壓降控制閥或蝶閥的推動裝置。 行程長、轉矩大，適于輸出轉角

5、（6090）和力矩。 根據(jù)有無彈簧可分為有彈簧的及無彈簧的執(zhí)行機構。根據(jù)有無彈簧可分為有彈簧的及無彈簧的執(zhí)行機構。 結結構構氣源 PO氣源PO氣動執(zhí)行機構的動態(tài)特性為一階滯后環(huán)節(jié)。其時間常數(shù)氣動執(zhí)行機構的動態(tài)特性為一階滯后環(huán)節(jié)。其時間常數(shù)的大小與薄膜氣室大小及引壓導管長短粗細有關，一般的大小與薄膜氣室大小及引壓導管長短粗細有關，一般為數(shù)秒到數(shù)十秒之間。為數(shù)秒到數(shù)十秒之間。 基本部件：活塞和氣缸基本部件：活塞和氣缸活塞在氣缸內(nèi)隨活塞兩側壓差而移動活塞在氣缸內(nèi)隨活塞兩側壓差而移動兩側可以分別輸入一個固定信號和一個兩側可以分別輸入一個固定信號和一個變動信號，或兩側都輸入變動信號。變動信號，或兩側都輸

6、入變動信號。它的輸出特性有比例式及兩位式兩種。它的輸出特性有比例式及兩位式兩種。兩位式是根據(jù)輸入執(zhí)行活塞兩側的操作兩位式是根據(jù)輸入執(zhí)行活塞兩側的操作壓力的大小，活塞從高壓側推向低壓側壓力的大小，活塞從高壓側推向低壓側，使推桿從一個位置移到另一極端位置，使推桿從一個位置移到另一極端位置比例式是在兩位式基礎上加有閥門定位比例式是在兩位式基礎上加有閥門定位器后，使推桿位移與信號壓力成比例關器后，使推桿位移與信號壓力成比例關系。系。 P1P2反作用：反作用：當輸入信號增大時，流過執(zhí)行器的流量減小當輸入信號增大時，流過執(zhí)行器的流量減小 氣動調(diào)節(jié)閥通常稱為氣關閥氣動調(diào)節(jié)閥通常稱為氣關閥 正作用：正作用：當

7、輸入信號增大時，執(zhí)行器的開度增大，即流過執(zhí)行器當輸入信號增大時，執(zhí)行器的開度增大，即流過執(zhí)行器的流量增大的流量增大 氣動調(diào)節(jié)閥通常稱為氣開閥氣動調(diào)節(jié)閥通常稱為氣開閥從安全生產(chǎn)的角度來確定正反作用從安全生產(chǎn)的角度來確定正反作用H如果，介質是由強腐蝕性的，再生產(chǎn)過如果，介質是由強腐蝕性的，再生產(chǎn)過程中不允許溢出，調(diào)節(jié)閥的作用形式？程中不允許溢出，調(diào)節(jié)閥的作用形式？如果后面的環(huán)節(jié)不允許沒有物料，調(diào)節(jié)如果后面的環(huán)節(jié)不允許沒有物料，調(diào)節(jié)閥的作用形式？閥的作用形式？調(diào)節(jié)機構是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，在執(zhí)行機構的輸出力和輸出位移作用下，調(diào)節(jié)機構閥芯的運動，改變了閥芯與閥座之間的流通截面積，即改變了調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)

8、，使被控介質流體的流量發(fā)生相應變化。1執(zhí)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、和閥桿或轉軸7根據(jù)不同的使用要求，控制閥的結構形式主要有以下幾種。閥體內(nèi)只有一個閥芯與閥座。結構簡單、泄漏量小，易保證關閉，甚至完全切斷。 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。 圖6-2 直通單座閥8 閥體內(nèi)有兩個閥芯和閥座。 流體流過的時候，不平衡力小。 容易泄漏可分為正作用式與反作用式兩種形式。 圖6-3 直通雙座閥 角形閥的兩個接管呈直角形，一般為底進側出。 流路簡單、阻力較小，適于現(xiàn)場管道要求直角連接，介質為高黏度、高壓差和含有少量懸

9、浮物和固體顆粒狀的場合。 圖6-4 角形閥9 共有三個出入口與工藝管道連接。 合流型和分流型兩種 圖6-5 三通閥1011 采用耐腐蝕襯里的閥體和隔膜。 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。圖6-6 隔膜閥注意執(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 結構簡單、重量輕、價格便宜、流阻極小。泄漏量大。 圖6-7 蝶閥1213 球閥的閥芯與閥體都呈球形體，轉動閥芯使之與球閥的閥芯與閥體都呈球形體，轉動閥芯使之與閥體處于不同的相對位置時，就具有不同的流通面積，閥體處于不同的相對

10、位置時，就具有不同的流通面積，以達到流量控制的目的。以達到流量控制的目的。 “V”形和“O”形兩種開口形式。 圖6-8球閥圖6-9球閥閥芯的形狀 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。 密封性好。重量輕、體積小、安裝方便，適用于高黏度或帶有懸浮物的介質流量控制。圖6-10凸輪撓曲閥1415 可調(diào)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(nèi)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。 不適用高溫、高黏度及含有固體顆粒的流體。 圖6-11籠式閥三、控制閥的選擇三、控制閥的選擇30 主要根據(jù)工藝

11、條件，如溫度、壓力及介質的物理、化學特性（如腐蝕性、黏度等）來選擇。 先按控制系統(tǒng)的特點來選擇閥的希望流量特性，然后再考慮工藝配管情況來選擇相應的理想流量特性。 主要從工藝生產(chǎn)上安全要求出發(fā)。主要從工藝生產(chǎn)上安全要求出發(fā)。信號壓力中斷時，應保證設備和操作人員的安全。如果閥處于打開位置時危害性小，則應選用氣關式，以使氣源系統(tǒng)發(fā)生故障，氣源中斷時，閥門能自動打開，保證安全。反之閥處于關閉時危害性小，則應選用氣開閥。 有壓力信號時閥關、無信號壓力時閥開的為氣關式氣關式。反之，為氣開式氣開式。31序號序號執(zhí)行機構執(zhí)行機構控制閥控制閥氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器（a a）（b b）（c c）（d d）正正正正反

12、反反反正正反反正正反反氣關（正）氣關（正）氣開（反）氣開（反）氣開（反）氣開（反）氣關（正）氣關（正）32表6-1組合方式表圖6-19 組合方式圖33 口徑選擇得過小，會使流經(jīng)控制閥的介質達不到所需要的最大流量。 口徑選擇得過大，會浪費設備投資，且使控制閥經(jīng)常處于小開度工作，控制性能變差，易使控制系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。 控制閥的口徑選擇是由控制閥流量系數(shù)控制閥的口徑選擇是由控制閥流量系數(shù)KV值決定的。值決定的。流量系數(shù)流量系數(shù)KV的定義為：當閥兩端壓差為的定義為：當閥兩端壓差為100100kPa，流體密度，流體密度為為1 1g/cm3，閥全開時，流經(jīng)控制閥的流體流量。，閥全開時，流經(jīng)控制閥的流體流量

13、。 2110ppQKV對于不可壓縮的流體，且閥前后壓差p1p2不太大時，有 四、氣動執(zhí)行器的安裝和維護四、氣動執(zhí)行器的安裝和維護34（1 1）為便于維護檢修，氣動執(zhí)行器應安裝在靠近地面）為便于維護檢修，氣動執(zhí)行器應安裝在靠近地面或樓板的地方。或樓板的地方。 （2 2）氣動執(zhí)行器應安裝在環(huán)境溫度不高于）氣動執(zhí)行器應安裝在環(huán)境溫度不高于+60+60和不和不低于低于-40-40的地方，并應遠離振動較大的設備。的地方，并應遠離振動較大的設備。 （3 3）閥的公稱通徑與管道公稱通徑不同時，兩者之間）閥的公稱通徑與管道公稱通徑不同時，兩者之間應加一段異徑管。應加一段異徑管。（5 5）通過控制閥的流體方向在

14、閥體上有箭頭標明，）通過控制閥的流體方向在閥體上有箭頭標明，不能裝反。不能裝反。 （4 4）氣動執(zhí)行器應該是正立垂直安裝于水平管道上。）氣動執(zhí)行器應該是正立垂直安裝于水平管道上。特殊情況下需要水平或傾斜安裝時，除小口徑閥外，特殊情況下需要水平或傾斜安裝時，除小口徑閥外，一般應加支撐。即使正立垂直安裝，當閥的自重較大一般應加支撐。即使正立垂直安裝，當閥的自重較大和有振動場合時，也應加支撐。和有振動場合時，也應加支撐。 （6 6）控制閥前后一般要各裝一只切斷閥，以便修理）控制閥前后一般要各裝一只切斷閥，以便修理時拆下控制閥?？紤]到控制閥發(fā)生故障或維修時，不時拆下控制閥?？紤]到控制閥發(fā)生故障或維修時

15、，不影響工藝生產(chǎn)的繼續(xù)進行，一般應裝旁路閥。影響工藝生產(chǎn)的繼續(xù)進行，一般應裝旁路閥。 3536（7 7）控制閥安裝前，應對管路進行清洗，排去污物和焊）控制閥安裝前，應對管路進行清洗，排去污物和焊渣。安裝后還應再次對管路和閥門進行清洗，并檢查閥門渣。安裝后還應再次對管路和閥門進行清洗，并檢查閥門與管道連接處的密封性能。當初次通入介質時，應使閥門與管道連接處的密封性能。當初次通入介質時，應使閥門處于全開位置以免雜質卡住。處于全開位置以免雜質卡住。 圖6-20控制閥在管道中的安裝1調(diào)節(jié)閥；2切斷閥；3旁路閥（8 8）在日常使用中，要對控制閥經(jīng)常維護和定期檢修。）在日常使用中，要對控制閥經(jīng)常維護和定期

16、檢修。 第二節(jié)第二節(jié) 電動執(zhí)行器電動執(zhí)行器37 電動執(zhí)行器接收來自控制器的電動執(zhí)行器接收來自控制器的0 01010mA或或4 42020mA的直流電流信號，并將其轉換成相應的角位移或直行程位的直流電流信號，并將其轉換成相應的角位移或直行程位移，去操縱閥門、擋板等控制機構，以實現(xiàn)自動控制。移，去操縱閥門、擋板等控制機構，以實現(xiàn)自動控制。 主要由伺服放大器、伺服電動機、減速器、位置發(fā)送器和操縱器組成。 圖6-21 角行程執(zhí)行機構的組成示意圖3839 是能將執(zhí)行機構輸出軸的位移轉是能將執(zhí)行機構輸出軸的位移轉變?yōu)樽優(yōu)? 010mA DC（或（或4 420mA DC）反饋信號的裝置，它的主要部分是差反饋

17、信號的裝置，它的主要部分是差動變壓器。動變壓器。 圖6-22差動變壓器原理圖 電動執(zhí)行機構不僅可與控制器配合實現(xiàn)自動控制，電動執(zhí)行機構不僅可與控制器配合實現(xiàn)自動控制，還可通過操縱器實現(xiàn)控制系統(tǒng)的自動控制和手動控制還可通過操縱器實現(xiàn)控制系統(tǒng)的自動控制和手動控制的相互切換。當操縱器的切換開關置于手動操作位置的相互切換。當操縱器的切換開關置于手動操作位置時，由正、反操作按鈕直接控制電機的電源，以實現(xiàn)時，由正、反操作按鈕直接控制電機的電源，以實現(xiàn)執(zhí)行機構輸出軸的正轉或反轉，進行遙控手動操作。執(zhí)行機構輸出軸的正轉或反轉，進行遙控手動操作。 第三節(jié)第三節(jié) 電電-氣轉換器及電氣轉換器及電-氣閥門定位器氣閥門

18、定位器 電-氣轉換器可以把電動變送器來的電信號變?yōu)闅庑盘?，送到氣動控制器或氣動顯示儀表；也可把電動控制器的輸出信號變?yōu)闅庑盘柸ヲ寗託鈩涌刂崎y，此時常用電氣閥門定位器，它具有電-氣轉換器和氣動閥門定位器兩種作用。 40一、電一、電-氣轉換器氣轉換器41圖6-23電-氣轉換器原理結構圖1噴嘴擋板；2調(diào)零彈簧；3負反饋波紋管；4十字彈簧；5正反饋波紋管；6杠桿；7測量線圈；8磁鋼；9鐵芯；10放大器二、電二、電-氣閥門定位器氣閥門定位器42 具有電-氣轉換器的作用，可用電動控制器輸出的010 mA DC或420 mA DC信號去操縱氣動執(zhí)行機構； 具有氣動閥門定位器的作用，可以使閥門位置按控制器送來的信號準確定位。 改變圖6-24中反饋凸輪5的形狀或安裝位置，還可以改變控制閥的流量特性和實現(xiàn)正、反作用。 圖6-24電-氣閥門定位器1力矩馬達；2主杠桿；3平衡彈簧；4反饋凸輪支點；5反饋凸輪；6副杠桿；7副杠桿支點；8薄膜執(zhí)行機構；9反饋桿；10滾輪；11反饋彈簧；12調(diào)零彈簧；13