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1、结构,工作原理,电动调节阀,电/气阀门定位器,电/气转换器,调节阀的 选择与计算,调节阀的流量特性,调节阀的流通能力,调节阀的气开气关型式,气动调节阀,第4章 执行器,4.1 执行器 执行器作用：它将控制器送来的控制信号转换成执行动作，从而操纵进入设备的能量（操纵变量），将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。,电动调节阀,气动调节阀,液动调节阀,自动调节阀门 控制电机,执行器,给定值,被控变量,干扰f,控制器,测量变送器,执行器,被控对象,+,e,实测值,自动控制系统方框图,4.1.1 气动调节阀(理解） 气动调节阀是由气压信号控制的阀门。,气动薄膜室,推杆,阀门,阀位指示标牌,阀杆,
2、4.1.1.1 气动调节阀的结构与分类 气动调节阀由执行机构和调节机构（阀）两部分组成。 执行机构是推动装置，它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。 调节机构是阀门，它将阀杆的位移转换为流通面积的大小。,气动活塞式执行机构,薄膜式执行机构,1.执行机构执行机构按调节器输出的控制信号，驱动调节机构动作。,正作用执行机构：来自控制器的信号压力增大时，阀杆下移的叫。,反作用执行机构：来自控制器的信号压力增大时，阀杆上移的叫。,（1） 直通单座阀,2调节机构调节机构就是阀门，是一个局部阻力可以改变的节流元件。,（2） 直通双座阀,正装阀,阀芯下移时，阀芯与阀座间的流通截面积增大，介质流量增大。,阀
3、门中的柱式阀芯可以正装，也可以反装。,反装阀,阀芯下移时，阀芯与阀座间的流通截面积减小，介质流量减小。,（3）角形控制阀,（4） 三通控制阀,（5）隔膜控制阀采用耐腐蚀材料作隔膜，将阀芯与流体隔开。,（6） 球阀 阀芯与阀体都呈球形体，阀芯内开孔。转动阀芯使之与阀体处于不同的相对位置时，就有不同的流通面积。,4.1.1.2 调节阀的流量特性（掌握） 流量特性的定义： 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）间的关系称为调节阀的流量特性。,Q/Qmax 相对流量l/L 相对开度,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。,
4、（1）直线特性 （2）等百分比特性 （3）快开特性 （4）抛物线特性,（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，即单位阀芯位移变化所引起的流量变化是常数。,(l / L) /%,R 调节阀的可调比系数。,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。,R = Qmax / Qmin,直线阀的流量放大系数在任何一点上都是相同的。即在任何一点相同的行程变化所引起的流量变化都是相同的，但流量变化的相对值不同。,注意：流量，相对流量，流量变化，相对流量变化相对值的含义,控制力：阀门开度改变时，相对流量的改变比值。,例：对直线阀，分别在在10%开度，50%开度，80开度上，再分别增
5、加10%开度时，各自相对流量的变化比值是多少？,解：10时： （20-10）/10100%=100% 50时： （60-50）/50100%=20% 80时： （90-80）/80100%=12.5%,结论：直线阀在小开度时控制作用很强，而在大开度时控制作用很弱。体现在控制效果上，小开度时控制力强，容易引起系统振荡，大开度时，控制力弱，控制缓慢。,（2） 等百分比（对数）流量特性 相对流量与相对开度成对数关系：,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。,等百分比阀在各流量点的放大系数不同，但在各点流量变化相对比值是相同的，对流量的控制力是相同的。,解
6、：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%,例：对等百分比阀，同样以10、50及80三点为例，分别增加10%开度，求相对流量变化的比值。,（4） 抛物线流量特性,（3）快开特性,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。,2、调节阀的工作流量特性 实际使用时，调节阀装在具有阻力的管道系统中。管道对流体的阻力随流量而变化，阀前后压差也是变化的，这时流量特性叫调节阀的工作流量特性,阀权度s表示调节阀
7、全开时，阀前后最小压差PTmin与总压力 P之比。,s =PTmin / P,例：管道串联时的工作流量特性,流量特性畸变：,对数阀变为直线阀,直线阀变为快开阀,s ,结论 串联管道使调节阀的流量特性发生畸变。 串联管道使调节阀的流量可调范围降低，最大流量减小。 串联管道会使调节阀的放大系数减小，调节能力降低，s值低于0.3时，调节阀能力基本丧失。,4.1.1.2调节阀的选择 1调节阀结构的选择,2气开式与气关式的选择（掌握）气动调节阀在气压信号中断后阀门会复位。 随着输入气压信号增大，阀门开度逐渐关小的称为气关式。气关式阀在气压信号中断时全开。 随着输入气压信号增大，阀门逐渐开大的称为气开式。
8、气开式阀在气压信号中断时全关。,气动薄膜调节阀的气开式与气关式：,阀门气开气关式的选择原则： 当控制信号中断时，阀门的复位位置能使工艺设备处于安全状态。若此时要求阀门全开，选气关式，若要求阀门全关，选气开式。,例：选择蒸汽锅炉的控制阀门时，为保证失控状态下锅炉的安全：给水阀应选气关式燃气阀应选气开式,例：调节进入设备的工艺介质流量的调节阀，若介质为易爆气体，应选用气开阀，以免信号中断时介质溢出设备而引起爆炸,例：精馏塔塔釜加热蒸汽阀一般选气开阀 但是若塔釜釜液是易结晶,易聚合的物料时,加热蒸汽阀应选气关阀,以免调节阀失去能源时阀门闭合,停止蒸汽进入而导致釜内液体结晶凝固.,3. 调节阀流量特性
9、的选择 保证控制品质的重要因素之一是：保持控制系统的总放大倍数在工作范围内尽可能恒定。,适当选择调节阀的流量特性能补偿对象的静特性。,（1）若调节对象的静特性是非线性的，工艺负荷变化又大，用等百分比特性补偿。,（2）若调节对象的静特性是线性的，或工艺负荷变化不大，用直线阀。,4. 调节阀口径的选择,调节阀的口径决定了调节阀的流通能力。调节阀的流通能力用流量系数C值表示。,流量系数C的定义： 在阀两端压差100kPa，流体为水（103Kgm3）的条件下，阀门全开时每小时能通过调节阀的流体流量（m3 /h）。,例如，某一阀门全开、阀两端压差为100kPa时，流经阀的水流量为20 m3 /h，则该调
10、节阀的流量系数为：C=20。,将流量系数的定义条件代入基本流量公式：,液体流量系数C值的计算根据基本流量公式,两式相除得,例 某供暖系统，流过加热盘管的水流量为Q=31m3/h热水为80，Pm-Pr=1.7100kPa，所装阀门取多大？,P=（0.50.7）1.7100kPa 100kPa,80热水的密度=971Kg/m3,代入,得C31 ，取标准C=32在此档中，选取和管道直径相配的口径。,解：Pm-Pr是管网入口压差，设配管S=0.50.7，,4.1.2喷嘴挡板机构（了解）,图喷嘴挡板机构的构造与特性,结论(1)喷嘴挡板机构是一种位移检测机构,输入：喷嘴挡板间的微小位移,输出：背压室的气压
11、信号,(2)由于恒节流孔与喷嘴的孔径都很小，所以输出气量很小，不能直接驱动气动执行器与远距离传输,将420mA的电流信号转换成20100KPa的标准气压信号。,4.1.3 电/气转换器（了解）,电/气转换器作用：,I 吸力Fi 杠杆偏转 挡板与喷嘴间隙 背压 放大器输入 输出压力P 杠杆的反馈力Ff 杠杆平衡 PI,工作原理,4.1.4阀门定位器（了解）在调节阀上加装阀门定位器，引入阀杆位移负反馈。使阀杆能按输入信号精确地确定自己的开度。,4.1.5 电/气阀门定位器 （了解）实际应用中，常把电/气转换器和阀门定位器结合成一体，组成电/气阀门定位器。,I杠杆上端右移,挡板靠近喷嘴 P压力,阀杆
12、下移反馈凸轮 右转 反馈弹簧右拉 杠杆平衡,气动调节阀,气动调节蝶阀,4.1.6 电动调节阀（阅读） 电动调节阀接受来自调节器的电流信号，阀门开度连续可调。,执行机构,执行机构是调节阀的推动装置，它将输入信号转换成相应的动力，带动控制机构动作。 阀门是调节阀的控制机构，它与气动调节阀的阀门是通用的。,电动执行机构用控制电机作动力装置。输出形式有： 角行程：电机转动经减速器后输出。 直行程：电机转动经减速器减速并转换为直线位移输出。 多转式：转角输出，功率比较大，主要用来控制闸阀、截止阀等多转式阀门。这几种执行机构在电气原理上基本相同，只是减速器不一样。,输入信号与位置反馈信号进行比较，将差值放
13、大。,驱动 电机,经减速输出，带动阀门,直到位置发送器检测到的位置信号与输入信号相等时，放大器输出为零。,电动执行机构 原理方框图,电动小型调节阀,电动直角调节阀,电动双座调节阀,电动浆液阀,电动刀型闸阀,电动闸阀,小结,结构,工作原理,电动调节阀,电/气阀门定位器,电/气转换器,调节阀的 选择与计算,调节阀的流量特性,调节阀的流通能力,调节阀的气开气关形式,气动调节阀,练习： 1.在考察一个控制系统时发现当控制阀工作点由大开度移至小开度时，闭环系统的振荡总会加剧，并查明所选用的阀门具有线性特性，为了改善闭环系统的稳定性，你认为应该选用什么特性的控制阀？ 2.如图所示控制系统，采用线性控制阀。当负荷流量G增加时，系统的响应趋于非周期；而当G 减小时，系统响应振荡加剧。试分析其原因，并设法解决。,G,
