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1、项目七 执行器的安装与校验,任务一 气动执行器的安装 任务二 配电-气阀门定位器调节阀的校验 任务三 电动执行器的安装与校验,返回,任务一 气动执行器的安装,【任务描述】 在学习气动执行器工作原理的基础上，掌握气动调节阀的安装与维护方法。 【知识链接】 气动执行器是指以压缩空气为动力的执行器，一般是由气动执行机构和调节机构（通常是阀门）两部分组成，根据需要还可以配上阀门定位器和手轮机构等附件。 执行器按使用能源不同可分为气动、电动、液动三种。气动执行器使用压缩空气作为能源，具有结构简单、工作可靠、价格便宜、维护方便、防火防爆等优点，因此广泛应用于炼油、化工等生产过程。它可以方便地与气动仪表配套
2、使用。对于采用电动仪表或计算机的控制系统，只要经过电-气转换器或电-气阀门定位器将电信号转换为,下一页,返回,任务一 气动执行器的安装,0.020.1 MPa的标准气压信号，仍然可以和气动执行器配套使用。电动执行器的优点是能源取用方便、信号传输速度快和传输距离远，缺点是结构复杂、推力小、价格贵，适用于防爆要求不太高及缺乏气源的场所。液动执行器的特点是推力最大，但目前在工业控制中基本不使用。因此下面将只讨论气动和电动两种执行器，特别是对气动执行器作较详细的讨论。 从结构上来说，执行器一般由执行机构和调节机构两部分组成。其中，执行机构是执行器的推动部分，它按照控制器所给信号的大小，产生位移；调节机
3、构是执行器的调节部分，最常见的是阀门，它接受执行机构的操纵，改变阀芯与阀座间的流通面积，调节工艺介质的流量。如果调节机构是阀门，我们就称这种执行器为调节阀。 一、气动执行机构的分类 气动执行机构主要有气动薄膜式与气动活塞式两种，其次还有长行程执行机构与滚筒膜片执行机构等。,上一页,下一页,返回,任务一 气动执行器的安装,1.气动薄膜式执行机构 气动薄膜式执行机构最为常用，它通常和阀门组成气动薄膜式执行器，称为气动薄膜调节阀，如图7-1所示。它具有结构简单、价格便宜、工作可靠、维修方便、应用广泛等特点，通常接受0.020.1 MPa的气压信号，是一种用得较多的气动执行机构。其剖面图如图7-2所示
4、，当气压信号进入薄膜气室后，在波纹膜片上产生推力，使推杆按信号比例转换成位移，直至弹簧被压缩的弹力与信号在膜片上产生的推力相平衡为止。推杆的位移就是气动薄膜执行机构的行程。推杆通过调节机构的阀杆，带动阀芯移动，改变阀芯与阀座间的流通面积，实现控制介质流量的目的。气动薄膜调节阀的调节机构为阀门，它与介质直接接触。,上一页,下一页,返回,任务一 气动执行器的安装,气动薄膜式执行机构分为正作用式与反作用式两类。当信号压力增大时，推杆向下移动的叫正作用执行机构。当信号压力增大时，推杆向上移动的叫反作用执行机构。正作用执行机构的信号压力通入波纹膜片上方的薄膜气室；而反作用执行机构的信号压力通入波纹膜片下
5、方的薄膜气室。通过更换个别零件，两者便能互相改装。 2.气动活塞式执行机构 气动活塞式执行机构分为单作用和双作用两种形式，由气动活塞式执行机构组成的执行器如图7-3所示，气动活塞式执行机构原理如图7-4所示。 （1）单作用气动活塞式执行机构。 单作用气动活塞式执行机构主要由气缸、活塞齿条、齿轮、主轴、复位弹簧等组成。单作用定位器输出的气压信号输入到执行机构无弹簧一侧的气室中，在活塞上形成推力，在推力和弹簧力之间差值的作用下，活塞齿条作直线运动，齿条通过齿轮带动主轴旋转，直至气信号,上一页,下一页,返回,任务一 气动执行器的安装,压力形成的推力与弹簧力平衡，运动停止；如果气压信号减小，则弹簧力大
6、于推力，活塞齿条向相反方向运动，当推力与弹簧力达到新的平衡，运动又会停止。执行机构主轴作旋转运动的同时带动阀杆、阀芯作旋转运动，从而改变阀芯、阀座之间的流通面积，达到调节介质流量的目的。 （2）双作用气动活塞式执行机构。 双作用气动活塞式执行机构主要由气缸、活塞齿条、齿轮、主轴等组成。双作用定位器输出的气压信号分别输入执行机构活塞左、右气室，由于输入左、右气室的气压信号压力不同，形成压差，推动活塞作直线运动。通过齿条、齿轮传动，将活塞的直线运动转换成执行机构主轴的旋转运动，直至左、右气室压力平衡，运动停止。执行机构作旋转运动的同时带动阀杆、阀芯作旋转运动，改变阀芯、阀座间的流通面积，达到调节介
7、质流量的目的。,上一页,下一页,返回,任务一 气动执行器的安装,活塞式执行机构输出力大，适用于高静压、高压差、大口径的场合。 （3）长行程执行机构由于采用了力平衡原理和杠杆放大机构，因而提高了精度与灵敏度，可用于需要大转矩的蝶阀、风门、挡板等场合。 （4）滚筒膜片执行机构是专门与偏心旋转阀配套使用的。 二、调节机构的分类 由于下面介绍的调节机构都是阀门，所以我们简称调节机构为阀。阀是通过改变阀芯行程来改变阀的阻力系数，实现流量调节的。 根据不同的使用要求，阀的结构有很多种类，常用的有直通单座、直通双座、隔膜阀、蝶阀、球阀等。,上一页,下一页,返回,任务一 气动执行器的安装,（1）直通单座阀。直
8、通单座阀的阀体内只有一个阀芯和一个阀座，如图7-5（a）所示。其特点是结构简单、价格便宜、全关时泄漏量少。但由于阀座前后存在压力差，对阀芯产生不平衡力较大。一般适用于阀两端压差较小，对泄漏量要求比较严格，管径不大（公称直径D25 mm）的场合。 （2）直通双座阀。直通双座阀的阀体内有两个阀座和两个阀芯，如图7-5（b）所示。它的流通能力比同口径的单座阀大。由于流体作用在上、下阀芯上的推力方向相反而大小近似相等，因此介质对阀芯造成的不平衡力小，允许使用的压差较大，应用比较普遍。但是，因加工精度的限制，上下两个阀芯不易保证同时关闭，所以关阀时泄漏量较大。阀体内流路复杂，用于高压差时对阀体的冲蚀损伤
9、较严重，不宜用在高黏度和含悬浮颗粒或纤维介质的场合。,上一页,下一页,返回,任务一 气动执行器的安装,（3）隔膜阀。它采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜，代替阀组件，如图7-5（g）所示。当阀杆移动时，带动隔膜上下动作，从而改变它与阀体堰面间的流通面积。这种阀结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他种类的大。由于流动介质用隔膜与外界隔离，故无填料密封，介质不会外漏。这种阀耐腐蚀性强，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。但介质压力不能太高，否则将导致阀门泄漏量增大。 （4）蝶阀。蝶阀又名翻板（挡板）阀，如图7-5（f）所示。它是通过挡板轴带动挡板偏转，改变流通面积
10、，达到改变流量的目的。蝶阀具有结构简单、重量轻、流阻极小的优点，适用于大口径、大流量、低压差的场合，也可以用于浓浊浆状或悬浮颗粒状介质的控制。 （5）球阀。球阀的节流元件是带圆孔的球形体，如图7-5（j）所示。转动球体可起到控制和切断的作用，常用于双位式控制。,上一页,下一页,返回,任务一 气动执行器的安装,球阀的结构除上述外，还有一种是V形缺口球形体，如图7-5（k）所示。转动球体使V形缺口起节流和剪切的作用，其特性近似于等百分比型。球阀适用于纤维、纸浆、含有颗粒等介质的控制。 除以上介绍的阀门外，还有角形阀（如图7-5（c）所示）、三通阀（如图7-5（d）、（e）所示）、笼式阀（如图7-5
11、（h）所示）、凸轮挠曲阀（如图7-5（i）所示）等。 三、调节阀的流量特性 调节阀的流量特性是指被调介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）之间的关系，即,上一页,下一页,返回,任务一 气动执行器的安装,式中 相对流量，即阀某一开度流量与全开时流量之比； 相对开度，即阀某一开度行程与全开时行程之比。 流量特性直接影响自动控制系统的控制质量和稳定性，因而要合理选用。 一般来说，改变调节阀阀芯、阀座之间的流通截面积，便可控制流量。但实际上还有多种因素影响，如在节流面积改变的同时还会发生阀前后压差的变化，而压差的变化又会引起流量的变化。为了便于分析，先假定阀前后压差固定，然后再引申到真实情
12、况，于是流量特性又有理想流量特性与工作流量特性之分。,上一页,下一页,返回,任务一 气动执行器的安装,1.理想流量特性 在不考虑调节阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。调节阀的理想流量特性取决于阀芯的形状，不同的阀芯曲面可得到不同的理想流量特性。典型的理想流量特性有快开、直线、等百分比（也称对数）型，其理想流量特性曲线和对应的阀芯形状如图7-6所示。 （1）快开流量特性。这种流量特性在开度较小时就有较大的流量，随开度的增大，流量很快就达到最大，此后再增加开度，流量的变化很小，故称为快开特性。快开特性调节阀适用于要求迅速启闭的切断阀或双位控制系统。 （2）直线流量特性。直线流量特性是
13、指调节阀的相对流量与相对开度成直线关系。 直线流量特性调节阀在流量小时，流量变化的相对值大；在流量大时，流量变化的相对值小。,上一页,下一页,返回,任务一 气动执行器的安装,（3）等百分比（对数）流量特性。等百分比流量特性是指单位相对位移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。 等百分比流量特性调节阀在同样的行程变化值下，负荷小时，流量变化小，控制平稳和缓；负荷大时，流量变化大，控制灵敏有效，这样有利于控制系统工作，因此应用较多。 2.工作流量特性 在实际生产中，调节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。由于调节阀和其他阀门、管道、设备等串联或并联，使调节阀两端的压
14、差随流量的变化而变化，其结果使调节阀的工作流量特性不同于理想流量特性。串联的阻力越大，流量变化引起调节阀前后压差变化也越大，理想流量特性畸变越严重。对于并联管道的情况，调节阀旁路开度越大引起调节阀理想流量特性畸变越严重。所以，调节阀的工作流量特性与实际的管道系统有关。,上一页,下一页,返回,任务一 气动执行器的安装,四、气动薄膜调节阀的选型 选用调节阀时，一般要根据被调介质的特点（温度、压力、腐蚀性、黏度等）、控制要求、安装地点等因素，参考各种类型阀体的特点合理选用，在具体选用时，一般应考虑下列几个主要方面的问题。 1.阀体结构与特性的选择 阀体的结构形式主要根据工艺条件，如温度、压力及介质的
15、物理、化学特性（如腐蚀性、黏度等）来选择。例如强腐蚀介质可采用隔膜阀（或带衬里阀）、高温介质可选用带散热片的结构形式。 阀体的结构形式确定以后，还需确定阀的流量特性（即阀芯的形状）。一般是先按控制系统的特点来选择阀体的希望流量特性，然后再根据工艺配管情况来选择相应的理想流量特性。使调节阀安装在具体的管道系统中，畸变后的工作流量特性能满足控制系统对它的要求。目前使用比较多的是等百分比流量特性。,上一页,下一页,返回,任务一 气动执行器的安装,2.气开式与气关式的选择 虽然气动薄膜调节阀有很多优点，但它却有一个缺点：无保持功能，就是说当气源突然中断时，阀门不能保持原来位置不变，而是在执行机构弹簧作
16、用下阀门恢复到无信号状态，或全关或全开。因此，气动薄膜调节阀有气开式与气关式两种形式。气压信号增加时阀开大，气压信号减小时阀关小的称为气开式，这种阀当气源中断时阀全关。反之，气压信号增加时阀关小；气压信号减小时阀开大的称为气关式，这种阀当气源中断时阀全开。由于执行机构有正、反作用，调节阀（具有双导向阀芯的）也有正、反作用，因此气动薄膜调节阀的气开或气关由执行机构的正、反作用及阀体的正、反作用的组合而定。 图7-7和表7-1说明了如何由执行机构的正、反作用和阀的正、反作用来组合而成气动薄膜调节阀的气关、气开形式。气动薄膜调节阀的气开、气关形式的选择主要从工艺生产上的安全要求出发。考虑原则是：万一输入到气动薄膜调节阀的气压信号由于某种原因（例如气源,上一页,下一页,返回,任务一 气动执行器的安装,故障、堵塞、泄漏等）而中断时，应保证设备和操作人员的安全。如果阀处于打开位置时危害性小，则应选用气关阀，也就是说气源系统发生故障，气源中断时，阀门能自动打开，保证安全；反之阀处于关闭时危害性小，则应选用气开阀。例如，加热炉的燃料气或燃料油一般应选用气开式调节阀，即当信号中断
