过程控制与自动化仪表——执行器仪表

西安理工大学自动化与信息工程学院信息与控制工程系过程控制与自动化仪表主讲教师：赵跃一执行器的概念与实例二电动阀门执行器三气动阀门执行器四阀门定位器与电气转换器五阀门执行器的选择和使用六其他常用执行器介绍第三章3.2执行器仪表执行器的概念执行器—在过程控制系统中接受控制器输出的控制信号，并根据控制信号的大小控制流入流出被控过程的物料或能量，从而实现对过程参数自动控制的装置。例1电动调节阀调节阀是一种最常使用的执行器例2气动阀门、风门执行器例3液压油缸驱动装置例4空预器扇形板提升装置例5皮带给煤机功能：固体物料的流量控制例6Si单晶炉提拉头例7风机、泵与变频驱动装置阀门执行器的分类一、按驱动能源可以分为1电动执行器2气动执行器3液动执行器二、按功能可以分为1调节阀2开关阀二、电动阀门执行器阀门执行器的构成阀门执行器由“执行机构”和“调节机构”两部分构成调节机构(阀体)调节机构(阀体)一、调节机构的分类1直通单座阀2直通双座阀调节机构的分类4三通阀3角型阀调节机构的分类5蝶阀调节机构的分类6隔膜阀调节机构的分类7球阀8闸阀电动执行机构原理二、电动执行机构原理电动执行器原理电动执行机构原理框图电动执行器原理傍磁式制动机构三、电子式电动执行机构电子式电动执行机构电子式电动执行机构电子式电动执行机构原理框图气动阀门执行器KLPAPKAL气动执行器使用中的问题1为何使用双座阀阀芯下移时，阀芯与阀座间的流通截面积增大气动执行器使用中的问题2阀门的正装与反装正装阀反装阀阀芯下移时，阀芯与阀座间的流通截面积减小气动执行器使用中的问题3气动执行器的气开与气关气动执行器的气开与气关气动执行器的气开与气关序号执行机构作用方式阀体作用方式执行器气开、气关形式a正正气关b正反气开c反正气开d反反气关阀门定位器如何解决阀芯因流体作用力引起的阀位偏差?气动阀门定位器电-气转换器负反馈磁铁调零FiFf背压一体式电-气阀门执行器有了阀门定位器还需要双座阀吗?气动执行器优势：1、大能量电源不进入工业现场，有效防爆。2、执行机构简单可靠易于维护。新型智能阀门执行器智能型阀门执行器新型阀门定位器1.流量特性的选择pkpAppAqv220210阀门是一个节流面积可变的节流装置它的流量为221mCCaa显然K是阀门位移L的函数lfk那么在一定的情况下流量也是的函数pvqllfqv阀门执行器的选择和使用阀门的流量特性我们把介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度之间的关系称为阀门的流量特性。Llfqqmax相对流量q/qmax是控制阀某一开度时流量q与全开时流量qmax之比；相对开度l/L是控制阀某一开度时行程l与全开行程L之比。阀门的流量特性Llfqqmax调节阀的流量特性不仅与阀门的开度有关，还与阀前后的压差有关，必须分开讨论。lq我们把介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度之间的关系称为阀门的流量特性,并把阀门前后压力一定情况下的流量特性称为“固有流量特性”或“理想流量特性”阀门的流量特性1、固有（理想）流量特性在将控制阀前后压差固定时得到的流量特性称为固有流量特性。它取决于阀芯的形状。（a）快开特性（b）直线特性（c）等百分比特性如果我们使那么阀位行程与流量之间就成线性关系,只要在加工阀芯时使阀芯表面满足一定的曲线就可以实现,这种阀称为“直线流量特性阀”.kLlqq/max阀门的流量特性KlldqqdmaxmaxmaxmaxqlKCqlC为积分常数积分可调比R为调节阀所能控制的最大流量与最小流量的比值。其中qmin不是指阀门全关时的泄漏量，而是阀门能平稳控制的最小流量，约为最大流量的2~4%一般阀门的可调比R=30。maxmin1qRqC阀门的可调比控制力：阀门开度改变时，相对流量的改变比值。例：在不同的开度上，再分别增加10%开度，相对流量的变化比值为：10％时：[（20-10）/10]×100%=100%50％时：[（60-50）/50]×100%=20%80％时：[（90-80）/80]×100%=12.5%直线阀的流量放大系数在任何一点上都是相同的，但其对流量的控制力却是不同的。直线流量特性研究10％时：[（20-10）/10]×100%=100%50％时：[（60-50）/50]×100%=20%80％时：[（90-80）/80]×100%=12.5%Q/Q100L/Lmaxs=1直线流量特性研究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：VKqqKlldqqdmax1maxmax1max1maxlnCllKqq1maxmaxllRqqKlldqqdmaxmax对数(等百分比)流量特性直线对数等百分比流量特性vkqqkLldqqdmaxmax///Llkdqqdqq///1maxmaxcLlkqq//lnmaxcLlkeqq/max/minmax1max/qqRRqqLl曲线斜率（放大系数）随行程的增大而增大。流量小时，流量变化小；流量大时，流量变化大。对数(等百分比)流量特性等百分比阀在各流量点的放大系数不同，但对流量的控制力却是相同的。Q/Q100L/Lmaxs=1对数流量特性控制力：阀门开度改变时，相对流量的改变比值。10%处：（6.58%-4.68%）/4.68%≈41%50%处：（25.7%-18.2%）/18.2%≈41%80%处：（71.2%-50.6%）/50.6%≈41%Q/Q100L/Lmaxs=1对数流量特性研究等百分比阀在各流量点的放大系数不同，但对流量的控制力却是相同的。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。适用于迅速启闭的切断阀或双位控制系统。1max2maxmaxqqKlldqqd2/1max2max1)1(1llRRqq积分快开流量特性研究快开流量特性阀加工最为简单但不能用于调节阀多用于开关阀快开流量特性研究阀门的工作流量特性工作流量特性在实际使用时,调节阀安装在管道上,或者与其他设备串联,或者与旁路管道并联,因而调节阀前后的压差是变化的。此时,调节阀的相对流量与阀芯相对开度之间的关系称为工作流量特性。ppsv2kqpG阀门的工作流量特性ppsv2kqpG阀门的工作流量特性ppsv阀门的工作流量特性并联管道的情况克服调节阀的非线性如果系统对调节阀线性度的要求比较高则可以采用左图的处理方法,组成流量调节子回路,这时流量的大小是由检测仪表来保证的,在这种情况下调节阀最好采用等百分比阀.调节阀的尺寸选择2.调节阀尺寸的选择pkpappaqv2222122102pprgAqv2102ppAqv令gAC20C为调节阀的结构参数称为流通能力rpCqvprqCvgrr为流体重度，调节阀的尺寸选择流通能力C表示调节阀的容量，其定义为：调节阀全开，阀前后压差为0.1MPa、流体重度为1gf/cm3时，每小时通过阀门的流体流量m3/H.使用时要根据流量要求计算所需C值查表选则阀门16001000630400250160100双座阀45028020012080单座阀流通能力C30325020015012510080阀门直径dg(mm)30025020015012510080公称直径Dg(mm)6340251610双座阀5632201285.03.22.01.20.800.500.320.200.120.08单座阀流通能力C655040322520151210876542阀门直径dg(mm)655040322520公称直径Dg(mm)16001000630400250160100双座阀45028020012080单座阀流通能力C30325020015012510080阀门直径dg(mm)30025020015012510080公称直径Dg(mm)6340251610双座阀5632201285.03.22.01.20.800.500.320.200.120.08单座阀流通能力C655040322520151210876542阀门直径dg(mm)655040322520公称直径Dg(mm)调节阀选型的其他问题3.调节阀型式的选择单座、直行程和套筒阀等。4.耐温、耐压范围的选择例如高温高压阀等。5.执行机构的选择。气动薄膜、气缸、电动、电子执行器等。包括行程和驱动力等。例题流过某一输油管道的最大体积流量为40M3/H输油管道总的输送压力为0.4MPa，油料重度为0.5g/cm3，粘度与水相当。最大流量时阀两端的压差为0.2MPa。请问应选择什么流量特性的阀门，阀门的型号是什么？2.632.05.040CprQC一、定量泵的控制其他常用执行器介绍二、离心式风机泵类执行器离心泵的流量和压力曲线其他常用执行器介绍2221QKnKHa直接节流法机械效率较低，在小流量时不宜使用其他常用执行器介绍流量检测安装在阀的上游节流阀安装在泵出口，不能安装在入口。否则容易引起“气缚”和“气蚀”。b回流控制法其他常用执行器介绍机械效率较低，在小流量时不宜使用泵不容易超压可以使用小口径高压阀进行调节。c调速控制法其他常用执行器介绍效率高能耗小，适用于流量大范围波动的场合。设备费用高。被控制系统响应速度慢。其他常用执行器介绍d离心风机的喘振管路特性其他常用执行器介绍fvlpLhhhhH12pphp2液压系统其他常用执行器介绍3电力拖动系统其他常用执行器介绍直流拖动交流拖动