DCS控制技术执行器选择参考

三、气动执行器的选择

气动执行器有多种类型，在实际工作中，应该根据不同的使用场合，合理地进行选择，以充分发挥气动执行器在自动控制系统中的作用。气动执行器的选择主要包括执行器结构类型的选择、作用方式的选择、流量特性的选择和调节阀口径的确定四个方面。

1．执行器结构形式的选择

执行器选择包括执行机构和调节阀选择两部分。

选择执行机构主要考虑以下两个因素。

① 一般标准组合的调节阀所规定的允许压差是否能满足工艺操作时阀上压降的要求。

在大差压的情况下，一般要计算阀芯所受的不平衡力和执行机构的输出力，使其满足：

()o t F F F +≥1.1 (6- )

式中 F 0——阀座紧压力，一般按阀全关时估算为200N ，即F 0=200πdN ， N 。 ② 执行机构的响应速度是否能满足工艺操作的要求。

薄膜执行机构可以满足大多数直行程调节阀的要求，应用最为广泛。对要求执行机构输出力较大或高压差场合，可选用活塞执行机构。当采用蝶阀等角行程调节阀时，可选用长行程执行机构。

选择阀门时的依据主要是：

① 根据工艺条件，选择合适的调节阀结构形式和材质。对于材质的主要考虑：介质的腐蚀性；气蚀和冲刷是否严重；介质的温度；工作压力等方面进行。

② 根据工艺对象特点，选择合适的流量特性； ③ 根据工艺操作参数，选择合理的阀门尺寸；

调节阀的种类较多，在选择调节阀的类型时，应从被调介质的工艺条件（如温度、压力、流量等）和被调介质的流体特性（如粘度、腐蚀性、是否含悬浮颗粒等）两个方面考虑。例如角形调节阀可用于介质为高粘度、含悬浮颗粒的场合，能够避免结焦、堵塞；隔膜调节阀适用于强腐蚀性流体的调节等。总之，应根据各种阀门的特点结合具体的工艺情况进行合理的选择。

2．执行器作用方式的选择

气动执行器有气开和气关两种作用方式。有信号压力时阀开，无信号压力时阀关的为气开式，又称为常闭式执行器；有信号压力时阀关，无信号压力时阀开的为气关式，又称为常开式执行器。

执行器气开、气关的作用方式是由执行机构的作用方式和调节阀的作用方式共同决定的

执行机构有正作用和反作用两种作用方式,调节阀的阀芯也有正、反两种安装方式。因此，两者共有四种不同的组合形式。当正作用执行机构与正装调节阀组合时，执行器为气关式，如图6- (a)；当正作用式执行机构与反装调节阀组合时，执行器为气开式，如图6- (b)；反作用执行机构与正装调节阀组合成气开式执行器，如图6- (c)；反作用执行机构与反装调节阀组合成气关式执行器，如图6- (d)。

对于双座阀和口径较大的单座阀，推荐使用图6- (a) 、6- (b)两种形式，对口径较小的单座阀和单导向阀芯的高压阀、角形阀以及隔膜、三通等阀，由于调节阀芯只能正装，因此只能采用图6- (a) 、6- (c)两种组合形式，通过改变执行机构的作用方式来实现执行器的气关或气开。

执行器气开和气关的选择，主要根据气压控制信号中断时，应能保证工艺装置处于安全状态的原则进行。例如，有一燃油锅炉的温度控制系统，若控制信号中断，调节阀应能自动切断燃料油的输送，以避免锅炉因失控使炉温过高而造成事故，显然，此时应选用气开式执行器。

3．调节阀流向选择

调节阀对流向的要求一般有三种情况：对流向没有要求，任意安装使用，如球阀、普通蝶阀等；规定了流向，一般不得改变，使用时只能按流向箭头来安装，如三通阀、双座阀、带平衡孔的双密封套筒阀、偏心旋转阀等；需要进行流向选择，这一类阀主要

正

反

反

正

正

反

反

反

图6- 执行器的气开、气关组合方式

是单密封类调节阀，如单座阀、角形阀、高压阀、无平衡孔的单密封套筒阀等，需要根据工艺条件，选择某一流向。

当进行流向选择时，流开、流闭状态各有特点。一般来说，流开型的阀工作比较稳定，但“自洁”性能和密封性能较差，阀芯易受冲击损伤，寿命短；流闭型“自洁”性能和密封性能好，阀芯不易受冲击，阀寿命长，但当d

S

最小工作开度应大于20%—30%，选用刚度大的弹簧（推荐选用60—180KPa范围的弹簧），选用等百分比流量特性。

具体选用时，应根据工作条件和主要矛盾来决定。

4．调节阀的流量特性选择

调节阀的流量特性直接影响自动控制系统的质量和稳定，因此，正确选择调节阀的流量特性十分重要。由于快开特性调节阀只用于两位调节或程序控制，所以调节阀流量特性的选择主要是指直线特性和等百分比特性的合理选择。调节阀流量特性的选择一般分为以下两个步骤。

（1）根据工艺对象的特性，选择合适的调节阀工作流量特性。

在实际工作中，希望包括控制系统在内的广义对象总的放大系数恒定，以利于得到高的控制质量。控制系统中的变送器、控制器等仪表的放大系数通常是恒定的，而被控对象的放大系数往往是变化的，因此，调节阀工作流量特性的选择目的，就是要求用调节阀的放大系数来补偿对象放大系数的变化，使广义对象的放大系数保持不变。

例如，被控对象的放大系数为常数时，应采用直线流量特性的调节阀；当被控对象的放大系数随扰动的增加而变小时，应选用等百分比流量特性，利用等百分比特性放大系数随开度而增大的特点去补偿被控对象放大系数的下降，使系统总的放大系数保持不变；根据同样的道理，如果被控对象的放大系数随着扰动的增大而上升，则应选用快开特性的调节阀。

（2）根据工艺配管情况，选定调节阀的理想流量特性。

在所需工作特性的基础上，结合管路系统中其他阻力部件决定的S值，来选择理想流量特性。一般地，当s＞0.6时，调节阀特性受管路中其他阻力的影响较小，理想特性可选得与工作特性一致。实际工作中，常用直线特性代替快开特性。当0.3＜s＜0.6时，阀特性已有相当程度的畸变，此时，直线与等百分比工作特性都应选择等百分比理想特性。当S＜0.3时,应选用低S值的调节阀，否则不适应进行自动控制。

（3）特殊条件下阀特性的选择。