第六章 执行器

(4).三通阀
一、气动执行器的结构与分类 2.控制机构(控制阀)
(5).隔膜阀 采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜。
特点:结构简单.流路阻力小,流通能力大,耐腐蚀。 适用于强腐蚀性.高粘度或带悬浮颗粒与纤维的介质流量 控制。一般工作压力小于1MPa, 温度低于150℃。
(5).隔膜阀
一、气动执行器的结构与分类 2.控制机构(控制阀) (6).蝶阀 又称翻板阀,如图。 特点:结构简单,重量轻、价格便宜、流阻极小的优点, 但泄漏量大。 适用于大口径、大流量、 低压差的场合,也用于含少 量纤维或悬浮颗粒状介质 的控制,多用于燃烧系统的 风量控制。
第一节 气动执行器 一、气动执行器的结构与分类 1.执行机构 气动薄膜式执行机构有正作用和反作用。 正作用:当压力增大 P 时,阀杆向下动作, 压力是通入波纹膜 片上方的薄膜气室。
反作用:当压力增大 时,阀杆向上动作, 压力是通入波纹膜 片下方的薄膜气室。
反作用执行机构(ZMB型)
正作用执行机构(ZMA型)
第六章 执行器
执行器是自动控制系统的终端执行部件。 执行器的作用:接受控制器送来的控制信号,并将其转换成 相应的角位移或直行程位移,以改变操纵介质的流量,从而 实现对被控变量的控制。 常被称之为实现自动化的“手脚”。
第六章 执行器
执行器分类
气动执行器:压缩空气作为能源, 0.02~0.1MPa 的标准气压信号。结构简单.动作可靠.平稳.输出 推力较大.维修方便.防火防爆,价格低。 电动执行器:电源作为能源, 4~20mADC连续信号 和断续的开关信号。信号传递迅速,结构复杂. 防爆性差。
Q1-控制阀的流量;Q2-旁路流量; Q-管路的总流量; Q=Q1+ Q2。 x: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。 压差△p一定时, x为不同数值时 的工作流量特性,如图。
积分得：ln Q K l C ------(1) Qmax L
Qmin 1 C ln ln ln R, K ln R Qmax R l ( 1) Q L R 上式代入(1)中得： Qmax
d (l / L) K Qmax
•代入边界条件, l=0时,Q=Qmin;l=L时,Q=Qmax,可得：
(6).蝶阀
一、气动执行器的结构与分类 2.控制机构(控制阀) (7).球阀 阀芯与阀体都呈球形,转动阀芯使之与阀体相对位置不同, 流通面积就不同,以达到流量控制的目的。 阀芯有“V”形和“O”形两种开口形式。 V形球阀:转动球心使V形缺口起节流和剪切的作用。 用于高粘度和污秽介质的控制。 O形球阀:转动球体可起 控制和切断的作用。 用于双位控制。
(9).笼式阀
二、控制阀的流量特性 流量特性:被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度 Q l (相对位移)间的关系:
Qmax f( ) L
Q:控制阀某一开度时流量; Qmax:控制阀全开时流量。 l:控制阀某一开度行程; L:控制阀全开时行程。
改变控制阀阀芯与阀座间的流通截面积,可控制流量。 但改变节流面积的同时还发生阀前后压差的变化,也引起 流量的变化,则有理想流量特性与工作流量特性。
Q l 积分得： Q K L C max
C为积分常数。
1.控制阀的理想流量特性
Q l K C ------(1) Qmax L 边界条件:l=0时,Q=Qmin;l=L时,Q=Qmax。代入上式得： Qmin 1 1 C ;K 1C 1 ------(2) Qmax R R
d (Q / Qmax ) Q 1/ 2 K( ) d (l / L) Qmax
积分得： Q 1 1 ( R 1) l
2
Qmax
R
L
1.控制阀的理想流量特性
(4).快开特性 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,故称为快开特性。
阀芯是平板形的,适用于迅速启闭的切断阀或双位控制 系统。
阀芯在阀体内移动,改变了阀芯与 阀座之间的流通面积,即改变了阀 的阻力系数,被控介质的流量就改 变了,达到控制工艺参数的目的。 控制阀的主要组成:由上下阀盖、 阀体、阀芯、阀座、填料及压 板等零件组成。
一、气动执行器的结构与分类 2.控制机构(控制阀) (1). 直通单座阀 只有一个阀芯和阀座,如图。 特点:结构简单、价格便宜、关闭 时泄漏量小,保证关闭可完全切断; 但压力差大时,流体对阀芯上下作 用的推力不平衡,影响阀芯的移动。
(8).凸轮挠曲阀
一、气动执行器的结构与分类 2.控制机构(控制阀) (9).笼式阀
又称套筒型控制阀。阀体与一般的直通单座阀相似 ,如图。 阀内一个圆柱形套筒(笼子),套筒壁上有一个或几个不同 形状的孔,阀芯在套筒内上下移动可改变节流面积,实现 流量控制。 适用于低噪音及压差较大的 场合,不适用高温、高粘度 及含有固体颗粒的流体。
(1).直线流量特性 R=Qmax/Qmin,称控制阀的可调范围或可调比。 Qmin:控制阀能控制的最小流量,但不等于控制阀全关时的 泄漏量,一般为Qmax的2%～4%。 R=30(直通单座.双座.角形阀,阀体分离阀);R=10(隔膜阀)。 将(2)式代入(1)得： Q 1 1 ( R 1) l Q R L
2.控制阀的工作流量特性
(1).串联管道的工作流量特性 等百分比特性
直线特性
快开特性
直线特性
随着s↓
一般希望s0.3~0.5。 如控制阀选的过大,控制阀将工作在小开度。使流过控制 阀流量降低,这时s下降,使流量特性畸变,控制质量恶化。
2.控制阀的工作流量特性 (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 提高或控制阀选小时,将旁路阀打开,此时控制阀的理想流 量特性就变为工作流量特性。
max
注意:R值不同,特性曲线在纵坐标上的起点是不同的。
(1).直线流量特性
位移变化所引起的流量变Baidu Nhomakorabea相同, 但流量相对变化是不同的。 以行程10%.50%及80%三点为例, 若位移变化为10%,则： 在10%时,流量变化的相对值为:
60 50 在50%时,流量变化的相对值为: 50 100% 20% 90 80 100% 12.5% 在80%时,流量变化的相对值为: 80
2.控制阀的工作流量特性 工作流量特性:控制阀前后压差变化时的流量特性。 (1).串联管道的工作流量特性 △p2-管路系统(除控制阀外的全部设备和管道的 各局部阻力之和)的压差; △p1-控制阀的压差; △p-系统总压差。△p= △p1+ △p2
2.控制阀的工作流量特性
(1).串联管道的工作流量特性 S:控制阀全开时阀上压差△p1与系统总压差△p之比。 Qmax:管道阻力为零(△p2=0)时控制阀的全开流量,此时阀上 压差为系统总压差(△p1=△p) 。 以Qmax为参比值的工作流量特性,如图。 s=1时,即△p2=0,△p1=△p,工作流量特性与理想流量特性一致。
薄膜式执行机构
薄膜式执行机构
薄膜式执行机构
单弹簧老式气动薄膜执行机构(直行程)
多弹簧精小型气动薄膜执行机构(直行程)
传统的气动齿轮齿条活塞式执行机构(角行程)
新型气动齿轮齿条活塞式执行机构(角行程)
一、气动执行器的结构与分类 2.控制机构(控制阀) 是一个局部阻力可改变的节流元 件。阀杆上部与执行机构相连, 下部与阀芯相连。
对数阀的特点:小开度时,K小,控制平稳;在大开度时,K大, 控制灵敏。即相同位移变化所引起的流量变化百分比总是 相等的。这种阀的调节精度在全行程范围内是不变的。
1.控制阀的理想流量特性
(3).抛物线流量特性 Q/Qman与 l/L之间成抛物线关系,在直角坐标上为一抛物 线,它介于直线与对数曲线之间。数学表达式为：
二、控制阀的流量特性 1.控制阀的理想流量特性 理想流量特性:控制阀前后压差不变化时,只改变阀芯与阀 座间的流通截面积,得到的流量特性。取决阀芯的形状。 分类:直线、等百分比(对数)、抛物线及快开。 (1).直线流量特性:控制阀的相对流量与相 对开度成直线关系。数学表达式为： Q d( ) K为常数,即控制阀 Qmax K 的放大系数。 l d( ) L
(2).直通双座阀
一、气动执行器的结构与分类
2.控制机构(控制阀) (3).角形阀 角形阀的两个接管为直角形,如图。
特点:这种阀流路简单,阻力小。 应用:适用于高粘度、高压差、 含悬浮颗粒的场合。 有侧进底出和底进侧出两种, 一般多采用底进侧出。
(3).角形阀
一、气动执行器的结构与分类 2.控制机构(控制阀) (4).三通阀 阀体有三个出入口与管道相连。 有分流式和合流式两种,即可把一路流体分成两路, 或把两路合为一路。可代替两个直通阀。 适用于配比控制和旁路控制。
应用:用于低压差、小口径的场合。
(1). 直通单座阀
一、气动执行器的结构与分类
2.控制机构(控制阀) (2).直通双座阀 阀体内有两个阀芯和阀座,如图。
流体作用在上.下阀芯上的推力,大小相等方向相反可抵消, 则不平衡力很小, 但不能保证两个阀芯同时关紧,则关闭时 的泄漏量较大。 应用:不适用于高粘度和含悬浮颗粒或纤维的场合。 正作用(正装):阀杆下移时,阀芯 与阀座间的流通面积减少。 反作用(反装):阀杆下移时,阀芯 与阀座间的流通面积增大。
(7).球阀
一、气动执行器的结构与分类
2.控制机构(控制阀)
(8).凸轮挠曲阀 又称偏心旋转阀。阀芯呈扇形球面状,与挠曲臂及轴套 铸成一体,固定在转动轴上,如图。 挠曲臂在压力作用下能产生挠曲变形,使阀芯球面与阀座 圈紧密接触,密封性好。 特点:重量轻、体积小、安装方便。 适用于高粘度和带有悬浮物 的介质流量控制。
控制信号P0 执行 I0 机构 力F 力矩M 位移L
控制 角度θ 机构
阀门开度
流 量
执行器的构成框图
第一节 气动执行器 组成:执行机构和控制机构; 还有辅助装置,如阀门定位器 和手轮机构。
控 制
控 制
气动薄膜单座调节阀
第一节 气动执行器 工作过程:P作用在膜片2上,推动阀 杆4产生位移,改变阀芯7与阀座5之 间的流通面积, 达到控制通过阀门 的流体流量。 阀门定位器:用负反馈来改善执行 器的性能,使执行器能按控制器的 控制信号,实现准确地定位。 手轮机构:当控制系统因停电、 停气、控制器无输出或执行机 构失灵时,利用它可直接操纵控 制阀,以维持生产的正常进行。
第一节 气动执行器 一、气动执行器的结构与分类 1.执行机构 分类:薄膜式、活塞式和长行程执行机构。 薄膜式:结构简单、价格便宜、维修方便、应用广泛。 一般用作控制阀的推动装置。 活塞式:推力大.适用于大口径.高压降控制阀或蝶阀的 推动装置。
长行程执行机构:行程长.转矩大,适用于输出转角(0~90o) 和力矩,用于蝶阀或风门的推动装置。
一、气动执行器的结构与分类 1.执行机构 薄膜执行机构可分有弹簧的和无弹簧的。 有弹簧的:输出位移l与输入信号压力P成比例。当压力 (0.02~0.1MPa)通入薄膜气室时,在薄膜上产生推力,使阀杆 移动,弹簧受压,直到弹簧产生的反作用力与薄膜上的推力 相平衡时为止。 Ae l P Ae--膜片有效面积; Cs--弹簧刚度。 Cs P越大,推力越大,l也就越大。 阀杆的行程规格：10、16、25、40、60、100mm等。 无弹簧的:常用于双位式控制。
按能 源形 式分
液动执行器:利用高压液体作为能源,很少使用。
第六章 执行器
执行器组成:执行机构和控制机构(阀) 。 执行机构是执行器的推动装置,它按控制信号压力的大小 产生相应的推力或扭矩, 推动控制机构动作。 它是将压力信号的大小转换为阀杆位移的装置。
控制机构是执行器的控制部分,它直接与被控介质接触, 控制流体的流量。 它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。
20 10 100% 100% 10
流量小时,流量相对变化大;流量大时,流量相对变化小。
线性阀的特点:在小开度时,灵敏度高,控制作用强,易产生 振荡;在大开度时,灵敏度低,控制作用弱,调节缓慢。
1.控制阀的理想流量特性 (2).等百分比(对数)流量特性 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。数学表达式为： d (Q / Qmax ) Q