HG第六章执行器

（6-6）
将（6-6）积分
将前述边界条件代入 C ln
Qmin 1 ln ln R, Qmax R
K ln R
l ( 1) Q R L Qmax
（6-7）
24
快开、抛物线流量特性
（3）快开流量特性
这种流量特性在开度较小时就有较大流量，随 开度的增大，流量很快就达到最大。
快开特性的阀芯形式是平板形的，适用于迅 速启闭的切断阀或双位控制系统。 （4）抛物线流量特性
直通单座阀
9
2、直通双座控制阀
阀体内有两个阀芯和两个阀座。 特点：流体流过的时候，不平衡力小。 缺点：容易泄漏。
直通双座阀
10
3、角形控制阀
角形阀的两个接管呈直角形。 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。流向一般是底进侧出。
结论
① 串、并联管道都会使阀的理想流量特性发生畸变， 串联管道的影响尤为严重。 ② 串、并联管道都会使控制阀的可调范围降低，并 联管道尤为严重。 ③ 串联管道使系统总流量减少，并联管道使系统总 流量增加。
④ 串、并联管道会使控制阀的放大系数减小，串联 管道时控制阀大开度时影响严重，并联管道时控制阀 小开度时影响严重。
（11-5）
注意：当可调比 R 不同时，特性曲线在纵坐标上的起 点是不同的。
22
（1）直线流量特性
举例
当R=30,l/L=0时，Q/Qmax=0.33 假设R=∞,位移变化量为10% 在10％时，流量变化的相对值为
20 10 100 % 100 % 10
在50％时，流量变化的相对值为
在80％时，流量变化的相对值为
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气动执行机构组合方式
序号
执行 机构
调节 阀
气动 执行 器
序号
执行 机构
调节 阀
气动 执行 器
图825(a) 图825(b)
正 正
正 反
气关 气开
图825(c) 图825(d)
反 反
正 反
气开 气关
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五、气动执行机构的安装与维修保养
由上图可见： 在实际使用中总存在着串联管道阻力的影响，控制阀 上的压差还会随流量的增加而降低，使可调范围下降得 更多些，控制阀在工作过程中所能控制的流量变化范围 更小，甚至几乎不起控制作用。 采用打开旁路阀的控制方案是不好的，一般认为旁路 流量最多只能是总流量的百分之十几，即x值最小不低于 32 0.8。
第一节 气动执行器
组成：执行机构和控制机构。
执行机构：推动装置，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， 是将信号压力的大小转换为阀 杆位移的装置。 控制机构：控制部分，它直 接与被控介质接触，控制流体 的流量，是将阀杆的位移转换 为流过阀的流量的装置。
气
气
另外还有辅助装置：阀门定位器和手轮机构等。
缺点： 不适用高温、高黏度及含有固体颗粒的流体。
笼式阀
17
三、控制阀的流量特性
定义：是指被控介质流过阀门的 相对流量与阀门的相对开度（相 对位移）间的关系，即：
Q l f Qmax L
1．控制阀的理想流量特性 不考虑控制阀前后压差变化 时得到的流量特性。 取决于阀芯的形状。 主要有：直线、等百分比 (对数)、抛物线及快开等。
图b. 反作用式气动薄膜执行机构 1— 上膜盖； 2— 波纹膜片； 3— 下 膜盖； 4— 密封膜片； 5— 密封环； 6—填块；7—支架；8—推杆；9—弹 簧； 10— 弹簧座； 11— 衬套； 12— 7 调节件；13—行程标尺
二. 控制机构
调节机构，局部阻力可以改变的节流元件。根据不同 的使用要求，控制阀的结构形式主要有以下几种。
34
四、控制阀的选择
•结构与特性选择
–结构选择：依据工艺条件（温度、压力等）和介 质的物理、化学性质（腐蚀性、黏度等）进行选 择。 –流量特性选择：依据工艺需要并结合整个管路系 统的工况点（管路流量特性）选择。 –目前使用比较多的是等百分比流量特性。
•气开式与气关式的选择
–依据气源断开的安全性结合执行机构形式选择。
正作用：压力增加， 反作用：压力增
阀杆向下。
加，阀杆向上。
•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。
5
气动薄膜控制阀外形图
气动薄膜控制阀外形图
6
气动薄膜执行机构—图
a. 正作用式气动薄膜执行机构 1—上膜盖； 2—波纹膜片； 3—下膜盖 ；4—支架；5—推杆； 6—弹簧；7—弹簧座；8—调节 件；9—连接阀杆螺母； 10—行 程标尺
C Qmin 1 , Qmax R K 1 Qmin 1 1 Qmax R
（6-4）
R为控制阀的可调范围或可调比。
注意！ Qmin不等于控制阀全关时的泄漏量，一般是Qmax的2％～4％。
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（1）直线流量特性
将式（11-4）代入式（11-3），可得
Q 1 1l 1 Qmax R R L
常用种类：
① ②
③
④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨
直通单座控制阀 直通双座控制阀 角形控制阀 三通控制阀 隔膜控制阀 蝶阀（翻板阀） 球阀 凸轮挠曲阀 笼式阀
8
1、直通单座控制阀
阀体内只有一个阀芯与阀座。 特点：结构简单、价格便宜、全关时泄漏量少。 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。
概述
执行器是自动控制系统中的一个重要组成部分。
作用：接受控制器的输出信号,直接控制能量或物料等调节介
质的输送量,达到控制温度、压力、流量、液位等工艺参数的 目的。 分类：按能源形式可分为气动、电动、液动三大类。 气动执行器用压缩空气作为能源，特点是结构简单、动 作可靠、平稳、输出推力较大、维修方便、防火防爆，而 且价格较低，因此广泛地应用于化工、炼油等生产过程中。 它可以方便地与气动仪表配套使用，经过电-气转换器或 电-气阀门定位器可将电信号转换为0.02-0.1MPa的标 准气压信号，仍然可用气动执行器。 电动执行器：以电动机作为动力源，推动机构动作。能 源取用方便，信号传递迅速，但结构复杂。 液动执行器：以液压站提供的流体（液压油）高压为动 2 力源，推动机构动作。

2
19
（1）直线流量特性
指控制阀的相对流量与相对开 度成直线关系。
Q d Q max K l d L
20
（1）直线流量特性
将前式积分可得
Q l K C Qmax L
（6-3）
边界条件：l=0时，Q=Qmin; l=L时Q=Qmax
把边界条件代入式（11-3），可分别得
Q l 与 之间成抛物线关系。 Qmax L
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2．控制阀的工作流量特性
控制阀在调节过程中，同时将引起管道工况点的变化，
进而使阀门两端压差发生变化。 阀门两端压差的变化又反过来影响通过阀门流体的流 量。 因此，除非是简单的两端恒压（如水池放水阀），阀 门的实际流量特性通常是十分复杂的。
在实际生产中，控制阀前后压差总是变化的，这时的 流量特性称为工作流量特性。 •串联管道的工作流量特性 •并联管道的工作流量特性
26
（1）串联管道的工作流量特性
1
2
串联管道的情形
定义s=∆P1/ ∆P
27
（1）串联管道的工作流量特性
图6-16 管道串联时控制阀的工作流量特性
28
（2）并联管道的工作流量特性
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，只好将旁路阀打开一些， 此时控制阀的理想流量特性就改变成为工作特性。
15
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 于要求控制和密封的场合
凸轮挠曲阀
16
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。
30
（2）并 联管道的 工作流量 特性
由上图可见： 当x＝1，即旁路阀关闭时，控制阀的工作流量特性与 理想流量特性相同。 随着x值的减小，即旁路阀逐渐打开，虽然阀本身的流 量特性变化不大，但可调范围大大降低了。
控制阀关死，即l/L＝0时，流量Qmin大大增加。
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（2）并 联管道的 工作流量 特性
•阀门口径的选择
–依据实际流量调节范围选择。（流量系数）
35
气开式与气关式的选择
在选择气动执行器时，还必须考虑气动执行器的作用方 式，如气开（在有信号压力输入时阀开，无信号压力时 阀关）或气关（在有信号压力时阀关，无信号压力时阀 开）。确定调节阀开关方式的原则是：当信号压力中断 时，应保证工艺设备和生产的安全。如阀门在信号中断 后处于打开位置，流体不中断最安全，则选用气关阀； 如果阀门在信号压力中断后处于关闭位置，流体不通过 最安全，则选用气开阀。 由于气动执行机构有正、反两种作用方式，而阀也有正 装和反装两种方式，因此，实现气动调节阀的气开、气 关就有四种组合方式
角形阀
11
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
（A）分流型 （B）合流型
（A） （B）
三通阀
12
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。 注意执行机构须有足够的推力。
显然这时管路的总流 量Q是控制阀流量Q1与 旁路流量Q2之和，即Q ＝Q1＋Q2。
图6-17 并联管道情况
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（2）并联管道的工作流量特性
以x代表并联管道时控制阀全开时的流量Q1max与总管 最大流量Qmax 之比，可以得到在压差Δp为一定时，而x 为 不同数值时的工作流量特性曲线。
图6-18 并联管道时控制阀的工作特性
18
1．控制阀的理想流量特性
–快开特性： –直线特性：
Q l K C Qmax L
–对数特性：等百分比
d( Q Q l ) d( ) K Qmax L Qmax Q l K C Qmax L
ln
–抛物线特性：
Q 1 1 Qmax R

l R 1 L
第六章 执行器
基本要求： 1．理解气动控制阀的基本结构、主要类型及使用 场合。 2．理解气动执行器的气开、气关型式及其选择原 则。 3.了解控制阀的流量特性的意义，串联管道和并联 管道对流量特性的影响。 4．了解电气转换器及电-气阀门定位器的用途及工 作原理。 5．了解电动、液动执行器的基本原理。
1
60 50 100 20% 50
90 80 100 % 12.5% 80
在流量小时，流量变化的相对值大；在流量大时，流 量变化的相对值小。
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（2）等百分比（对数）流量特性
等百分比流量特性是指单位相对行程变化所引起的相 对流量变化与此点的相对流量成正比关系。
Q d Q max K Q Qmax l d L Q l ln K C Qmax L
隔膜阀
13
6、蝶阀
特点： 结构简单、重量轻、价格便宜、流阻极 小。 泄漏量大。
缺点：
蝶阀
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7、球阀
节流元件是带圆孔的球形体（A）或是一种V形缺口 球形体（B）。 特点： （A）转动球体可起到控制和切断的作用 （B）转动球心使V形缺口起节流和剪切的作 用,其特性近似于等百分比型。
（A）
球阀
（B）
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四、控制阀的选择
•结构与特性选择
–结构选择：依据工艺条件（温度、压力等）和介 质的物理、化学性质（腐蚀性、黏度等）进行选 择。 –流量特性选择：依据工艺需要并结合整个管路系 统的工况点（管路流量特性）选择。
•气开式与气关式的选择
–依据气源断开的安全性结合执行机构形式选择。
•阀门口径的选择
–依据实际流量调节范围选择。（流量系数）
3
一.执行机构
分类：
薄膜式：结构简单、价格便
气
宜、维修方便，应用广泛。 活塞式：推力较大，主要适 用于大口径、高压降控制阀 或蝶阀的推动装置。
气
•输入信号
–空气压力：0.02~0.1MPa
•输出：直线行程或角行程
–按连杆最大位移——行程确定规格：
•10，16，25，40，60，100mm
4
执行机构的正反作用形式