4过程控制装置执行器3

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1、上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院4.3 4.3 执行器执行器(Actuator)(Actuator)4.3.1. 概述概述 4.3.1.1 作用：作用：接受来自调节器的控制信号，通过其本身开度的变接受来自调节器的控制信号，通过其本身开度的变化，使流过其的介质流量发生变化，从而达到调节流量的目的。控制化，使流过其的介质流量发生变化，从而达到调节流量的目的。控制系统中重要、必不可少的环节系统中重要、必不可少的环节

2、 执行器使用条件恶劣，是调节系统的薄弱环节执行器使用条件恶劣，是调节系统的薄弱环节 薄弱环节原因：执行器薄弱环节原因：执行器与介质（操作变量）直与介质（操作变量）直接接触。接接触。工作环境特点：工作环境特点： (强强)腐蚀性、腐蚀性、(高高)粘度、粘度、(易易)结晶、结晶、 高温、深高温、深冷、高压、高差压等冷、高压、高差压等1上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院本本 节节关键点：关键点：qq气开、气关气开、气关

3、气开、气关气开、气关qq阀（芯）结构及其特点阀（芯）结构及其特点阀（芯）结构及其特点阀（芯）结构及其特点 qq流量系数流量系数流量系数流量系数 KvKvqq可调比可调比可调比可调比R Rqq流量特性流量特性流量特性流量特性qq阀门定位器阀门定位器阀门定位器阀门定位器qq执行器的计算执行器的计算执行器的计算执行器的计算2上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院执行器由执行器由执行机构执行机构和和调节机构调节机构两个部分

4、构成两个部分构成 执行器常用的辅助装置：执行器常用的辅助装置：阀门定位器阀门定位器利用负反馈原理改善执利用负反馈原理改善执行器的性能行器的性能手操机构手操机构用于人工直接操作执行器用于人工直接操作执行器 4.3.0.0 执行器的构成执行器的构成3上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院(1)(1)按使用的能源形式按使用的能源形式分类分类（三种（三种）气动执行器气动执行器气动调节阀气动调节阀电动执行器电动执行器液动执行

5、器液动执行器Electrical ActuatorPneumatic ActuatorHydrodynamic Actuator电动调节阀电动调节阀4.3.0.1执行器的分类及特点执行器的分类及特点 4上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院气动执行机构有以下三种类型：气动执行机构有以下三种类型：输出：直线位移输出：直线位移l (力大力大)用于直行程式调节机构用于直行程式调节机构 长行程式长行程式输出角位移输出角位移

6、 角行程式调节机构角行程式调节机构 薄膜式薄膜式活塞式活塞式气动调节阀采用气动执行机构：气动调节阀采用气动执行机构：输出：直线位移输出：直线位移l 用于直行程式调节机构用于直行程式调节机构 5上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院输出直线位移l 直行程式调节机构直行程式调节机构 输出角位移 角行程式调节机构角行程式调节机构 直行程式直行程式角行程式角行程式电动调节阀采用电动执行机构：电动调节阀采用电动执行机构：电动

7、执行机构有以下两种类型：电动执行机构有以下两种类型：6上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院直通双座调节阀直通双座调节阀直通单座调节阀直通单座调节阀笼式（套筒）调节阀笼式（套筒）调节阀三通调节阀三通调节阀角型调节阀角型调节阀高压调节阀高压调节阀隔膜调节阀隔膜调节阀波纹管密封调节阀波纹管密封调节阀超高压调节阀超高压调节阀小流量调节阀小流量调节阀低噪音调节阀低噪音调节阀直行程式调节机构 角角 行行程程式式调调节节机机构

8、构 同同一一类类型型的的气气动动调调节节阀阀和和电电动动调调节节阀阀，分分别别采采用用气气动动执执行行机机构和电动执行机构构和电动执行机构蝶阀蝶阀凸轮挠曲调节阀凸轮挠曲调节阀V型球阀型球阀O型球阀型球阀(2)按使用的调节机构分类：按使用的调节机构分类： 7上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院 优点：优点：结构简单、动作可靠稳定、输出力大、结构简单、动作可靠稳定、输出力大、 安装维修方便、价格便宜和防火防爆安装维修

9、方便、价格便宜和防火防爆气动调节阀气动调节阀优点：优点：动作较快、能源获取方便、动作较快、能源获取方便、 特别适于远距离的信号传送特别适于远距离的信号传送电动调节阀电动调节阀采用电采用电/ /气转换器或电气转换器或电/ /气阀门定位器，使传送气阀门定位器，使传送信号为电信号，现场操作为气动信号。信号为电信号，现场操作为气动信号。缺点：缺点：响应时间大，信号不适于远传响应时间大，信号不适于远传缺点缺点：输出力较小、价格贵输出力较小、价格贵一般只适用于防爆要求不高的场合一般只适用于防爆要求不高的场合(3)执行器的特点执行器的特点 8上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制

10、系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院正正作作用用：当当输输入入信信号号增增大大时时，执执行行器器的的开开度度增增大大，即即流流过过执执行器的流量增大。行器的流量增大。 气动调节阀通常称为气开阀气动调节阀通常称为气开阀反反作作用用：当当输输入入信信号号增增大大时时，流流过过执执行行器器的的流流量量减减小小 气气动动调节阀通常称为气关阀调节阀通常称为气关阀 4.3.0.2 执行器的作用方式执行器的作用方式 执行器的作用方式执行器的作用方式 指执行器的正反作用，是从指执行器的正反作用

11、，是从安全生产安全生产的的角度来确定的角度来确定的H如如果果，介介质质是是有有强强腐腐蚀蚀性性的的，在在生生产产过过程程中中不不允允许许溢溢出出，调调节节阀阀的的作作用形式？用形式？如如果果后后面面的的环环节节不不允允许许没没有有物物料料，调节阀的作用形式？调节阀的作用形式？气开阀气开阀气关阀气关阀9上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院执行器正反作用的实现执行器正反作用的实现气动执行器（气动调节阀）：通过执行机构

12、和调节机构的气动执行器（气动调节阀）：通过执行机构和调节机构的正、反作用组合实现：正、反作用组合实现：调节机构具有正反作用选择时，采用正作用执行机构，调节机构具有正反作用选择时，采用正作用执行机构，通过改变调节机构的正反作用来实现气开、气关；通过改变调节机构的正反作用来实现气开、气关；调节机构只具有正作用时，采用具有正反作用的执行机调节机构只具有正作用时，采用具有正反作用的执行机构，通过改变执行机构的正反作用来实现气开、气关。构，通过改变执行机构的正反作用来实现气开、气关。电动执行器（电动调节阀）：改变执行机构的控制器（伺电动执行器（电动调节阀）：改变执行机构的控制器（伺服放大器）的作用方式方

13、便，一般通过改变执行机构的正服放大器）的作用方式方便，一般通过改变执行机构的正反作用来实现气开、气关。反作用来实现气开、气关。10上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院4.3.0.3 执行机构执行机构 执行机构的作用执行机构的作用:l根据输入控制信号的大小，产生相应的输出力根据输入控制信号的大小，产生相应的输出力F或力或力矩矩M和位移和位移(直线位移直线位移l或角位移或角位移)l输出力输出力F 用于克服调节机构中流

14、动流体对阀芯产生用于克服调节机构中流动流体对阀芯产生的作用力或作用力矩，以及摩擦力等其他各种阻力的作用力或作用力矩，以及摩擦力等其他各种阻力l位移位移 (l或或)用于带动调节机构阀芯动作用于带动调节机构阀芯动作l执行机构作用方式执行机构作用方式 ：正作用正作用:输入信号增加，执行机构推杆向下运动输入信号增加，执行机构推杆向下运动 反作用反作用:输入信号增加，执行机构推杆向上运动输入信号增加，执行机构推杆向上运动 11上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工

15、大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院4.3.1. 气动执行机构气动执行机构 气动执行机构作用：气动执行机构接受（气动调节器气动执行机构作用：气动执行机构接受（气动调节器或阀门定位器输出的）气压信号，并将其转换成相应或阀门定位器输出的）气压信号，并将其转换成相应的输出力的输出力F和直线位移和直线位移l，以推动调节机构动作。，以推动调节机构动作。分类：三大类：薄膜式、活塞式、长行程分类：三大类：薄膜式、活塞式、长行程薄膜式：薄膜式：气压推动薄膜并带动连杆运动气压推动薄膜并带动连杆运动, 结构简单结构简单, 动作可靠，维修方便，价格较低，但输出行程小；动作可靠，维修方便，价格较低，但输出行程小；

16、活塞式：活塞式：气压推动活塞并带动连杆运动，输出推力气压推动活塞并带动连杆运动，输出推力大，行程长，但价格较高，只用于特殊需要的场合。大，行程长，但价格较高，只用于特殊需要的场合。长行程：长行程：行程长，力矩大，适用于角位移行程长，力矩大，适用于角位移执行机构又可分为有弹簧和无弹簧两种执行机构又可分为有弹簧和无弹簧两种 ，有弹簧比无，有弹簧比无弹簧输出推力较小，价格低。弹簧输出推力较小，价格低。12上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太

17、原理工大学化学化工学院1-上膜盖；上膜盖； 2-波纹膜片波纹膜片3-下膜盖；下膜盖； 4-支架支架5-推杆；推杆； 6-压缩弹簧压缩弹簧7-弹簧座；弹簧座； 8-调节件调节件9-连接阀杆螺母连接阀杆螺母10-行程标尺行程标尺 4.3.1.1 气动薄膜式执行机构 （1）气动薄膜式执行机构的结构）气动薄膜式执行机构的结构 有正作用有正作用(信号压力增加时推杆向下信号压力增加时推杆向下动作，动作，ZMA)和反作用和反作用(信号压力增加信号压力增加时推杆向上动作，时推杆向上动作，ZMB)两种型式。两种型式。输入信号输入信号气体压力：气体压力：0.020.1MPa输出输出 连杆位移连杆位移 行程，规格有

18、：行程，规格有：10，16，25，40，60，100mm13上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院1-上膜盖；上膜盖；2-波纹膜片波纹膜片 3-下膜盖；下膜盖； 4-支架支架 5-推杆；推杆； 6-压缩弹簧压缩弹簧7-弹簧座；弹簧座；8-调节件调节件 9-连接阀杆螺母连接阀杆螺母10-行程标尺行程标尺 （1）气动薄膜式执行机构的结构）气动薄膜式执行机构的结构气动薄膜调节阀的外形和内部结构1薄膜 2平衡弹簧 3阀杆

19、4阀芯 5阀体 6阀座PO气动执行机构调节机构12345614上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院1-上膜盖；上膜盖； 2-波纹膜片波纹膜片3-下膜盖；下膜盖； 4-支架支架5-推杆；推杆； 6-压缩弹簧压缩弹簧7-弹簧座；弹簧座； 8-调节件调节件9-连接阀杆螺母连接阀杆螺母10-行程标尺行程标尺 工作原理工作原理工作原理工作原理信号压力通入由上膜盖信号压力通入由上膜盖1和膜片和膜片2组成的气室组成的气室在膜片

20、上产生向下推力在膜片上产生向下推力推杆推杆5向下移动压缩弹簧向下移动压缩弹簧6 当弹簧的反作用力与信号压力当弹簧的反作用力与信号压力在膜片上产生的推力相平衡时，在膜片上产生的推力相平衡时，推杆稳定在一个对应的位置。推杆稳定在一个对应的位置。推杆的位移推杆的位移l即为执行机构的输即为执行机构的输出，也称行程。出，也称行程。 15上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院气压信号 PO气动薄膜式执行机构基本结构和工作原理气

21、动薄膜式执行机构基本结构和工作原理气压信号PO16上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院在在平平衡衡状状态态时时，气气动动薄薄膜膜式式执执行行机机构构的的力力平衡方程式为：平衡方程式为： a) 静态特性静态特性 输入输出特性见右图。存在非线性偏差输入输出特性见右图。存在非线性偏差和正反行程偏差。非线性偏差小于和正反行程偏差。非线性偏差小于5，回差小于回差小于35。可采用阀门定位器减小偏差。可采用阀门定位器减小偏差。

22、 （2）气动薄膜式执行机构的特性）气动薄膜式执行机构的特性 式中：式中：L 推杆位移；推杆位移； Ae 膜片有效面积；膜片有效面积； P1 输入压力；输入压力；Cs 弹簧刚度。弹簧刚度。可见，静态时，可见，静态时，l与与P1成比例关系。成比例关系。即：即：17上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院b) 动态特性动态特性 在动态情况下，输入信号管线存在阻力，管线和薄膜气室在动态情况下，输入信号管线存在阻力，管线和薄膜

23、气室近似作为气容，故执行机构可看成一个阻容环节，薄膜气近似作为气容，故执行机构可看成一个阻容环节，薄膜气室压力室压力P1与控制器输出压力与控制器输出压力P0关系为：关系为：R、C分别为气阻、气容，分别为气阻、气容，T为时间常数为时间常数控制器输出压力控制器输出压力P0与推杆位移与推杆位移L之间之间的关系为：的关系为：动态特性为一阶滞后环节。动态特性为一阶滞后环节。18上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院长行程执行

24、机构特点:行程长 输出力矩大4.3.1.2 气动活塞式执行机构气动活塞式执行机构 19上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院气动活塞式执行机构基本结构和工作原理气动活塞式执行机构基本结构和工作原理基本部件：活塞和气缸基本部件：活塞和气缸活塞在气缸内随活塞两侧压差而移动；活塞在气缸内随活塞两侧压差而移动；两侧可以分别输入一个固定信号和一个两侧可以分别输入一个固定信号和一个变动信号，或两侧都输入变动信号。变动信号，或两

25、侧都输入变动信号。它的输出特性有比例式及两位式两种。它的输出特性有比例式及两位式两种。两位式是根据输入执行活塞两侧的操作两位式是根据输入执行活塞两侧的操作压力的大小，活塞从高压侧推向低压侧，压力的大小，活塞从高压侧推向低压侧，使推杆从一个位置移到另一极端位置使推杆从一个位置移到另一极端位置比例式是在两位式基础上加有阀门定位比例式是在两位式基础上加有阀门定位器后，使推杆位移与信号压力成比例关器后，使推杆位移与信号压力成比例关系。系。 P1P220上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原

26、理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院 作作用用：接接受受010mADC或或420mADC的的输输入入信信号号，并并将将其其转转换换成成相相应应的的输输出出力力F和和直直线线位位移移l或或输输出出力力矩矩M和和角角位位移移 分分类类：电电动动执执行行机机构构有有角角行行程程和和直直行行程程两两种种，两两者者电电气气原理完全相同，只是减速器不同。原理完全相同，只是减速器不同。特特点点：两两相相交交流流电电机机为为动动力力的的位位置置伺伺服服机机构构，将将输输入入的的直流电流信号线性地转换成位移量。直流电流信号线性地转换成位移量。4.3.2. 电动执行机构电动执行机构

27、 21上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院4.3.2.1电动执行机构的构成及工作过程电动执行机构的构成及工作过程组成：伺服放大器、组成：伺服放大器、伺服电机、减速机构、位置发送器等。伺服电机、减速机构、位置发送器等。工作过程：工作过程： 功率放大功率放大伺服伺服电机机转动减速器减速器输出出转角角 0，伺服伺服电机正机正转，输出出轴转角增大，角增大， 0，伺服伺服电机反机反转，输出出轴转角减小。角减小。 =0，即，

28、即Ii=If，伺服伺服电机停机停转，输出出转角角与与Ii对应。输出出转角角位置位置发送器送器反反馈电流流If。与与Ii关系关系为： =K=KIi比例比例环节22上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院 （1）.伺服电机伺服电机作用：将伺服放大器输出的作用：将伺服放大器输出的电功率转换成机械转矩，并电功率转换成机械转矩，并且当伺服放大器没有输出时，且当伺服放大器没有输出时，电机又能可靠地制动。电机又能可靠地制动。结构：

29、与普通笼型感应电机结构：与普通笼型感应电机相同，是一个二相电容异步相同，是一个二相电容异步电机，由一个用冲槽硅钢片电机，由一个用冲槽硅钢片叠成的定子和鼠笼转子、电叠成的定子和鼠笼转子、电磁制动器等组成，定子上均磁制动器等组成，定子上均匀分布着两个匝数、线径相匀分布着两个匝数、线径相同而相隔同而相隔90电角度的定子绕电角度的定子绕组组W1和和W2。 如图所示。如图所示。23上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院 伺服

30、电机伺服电机特点：具有低启动电流，高启动转矩，特性曲线如图所示。特点：具有低启动电流，高启动转矩，特性曲线如图所示。制动原理：制动原理：电磁制动器设在电机后输电磁制动器设在电机后输出轴，制动线圈与电机绕出轴，制动线圈与电机绕组并联。组并联。电机通电，制动线圈同时电机通电，制动线圈同时得电，制动片打开，转子得电，制动片打开，转子自由转动；自由转动；电机断电，制动线圈同时电机断电，制动线圈同时断电，制动片靠弹力将转断电，制动片靠弹力将转子刹住，转子停转。子刹住，转子停转。24上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿

31、太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院 作作用用: : 将将输输入入信信号号和和反反馈馈信信号号进进行行比比较较，得得到到差差值值信信号号，并并根根据据的的极极性性和和大大小小，控控制制可可控控硅硅交交流流开开关关、的的导导通通或或截截止止。可可控控硅硅交交流流开开关关、用用来来接接通通伺伺服服电电机机的的交流电源，分别控制伺服电机的正、反转或停止不转交流电源，分别控制伺服电机的正、反转或停止不转 组组成成：信信号号隔隔离离器器、综综合合放放大大电电路路、触触发发电电路路、固态继电器等固态继电器等.(2) 伺服放大器伺服放大器 25上页

32、上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院（3） 位置发送器位置发送器作用：将输出轴作用：将输出轴090的转角转换成的转角转换成420mADC直流电直流电流，作为阀位信号和反馈信号。流，作为阀位信号和反馈信号。结构：位置发送器包括：位移检测元件和转换电路结构：位置发送器包括：位移检测元件和转换电路位移检测元件用于将电动执行机构输出轴的位移转换位移检测元件用于将电动执行机构输出轴的位移转换成成mV 或电阻等信号，常用的位移检

33、测元件有差动变或电阻等信号，常用的位移检测元件有差动变压器、塑料薄膜电位器和位移传感器等；压器、塑料薄膜电位器和位移传感器等；转换电路用于将位移检测元件输出信号转换成伺服放转换电路用于将位移检测元件输出信号转换成伺服放大器所要求的输入信号，如大器所要求的输入信号，如0-10mA或或4-20mA直流电流直流电流信号。信号。26上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院位置发送器位置发送器采用差动变压器的位置发送器的原理图

34、如图所示。采用差动变压器的位置发送器的原理图如图所示。27上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院作用：把伺服电机高转速、小转矩的输出功率转换成执行机作用：把伺服电机高转速、小转矩的输出功率转换成执行机构输出轴的低转速、大力矩的输出功率，以推动调节机构。构输出轴的低转速、大力矩的输出功率，以推动调节机构。（直行程式的电动执行机构中，减速器还起到将伺服电机转（直行程式的电动执行机构中，减速器还起到将伺服电机转子的旋转运

35、动转变为执行机构输出轴的直线运动的作用。）子的旋转运动转变为执行机构输出轴的直线运动的作用。）结构：结构：减速器一般由机械齿轮或齿轮与皮带轮构成。减速器一般由机械齿轮或齿轮与皮带轮构成。（4） 减速器减速器采采用用正正齿齿轮轮和和行行星星齿齿轮轮机机构构相相结结合合的的机机械械传传动动机机构如图所示。构如图所示。28上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院电动执行器原理方框图如图所示。电动执行器原理方框图如图所示。伺

36、服放大器是一个具有继电特性的非线性环节，伺服放大器是一个具有继电特性的非线性环节，为不灵敏区为不灵敏区 无输出；无输出； 输出输出215V AC 伺服电机接通电源：伺服电机接通电源：伺服电机伺服电机工作在恒速状态，故为一个积分工作在恒速状态，故为一个积分环节，环节，因此，电动执行机构的动态特性主要取决于伺服电机的因此，电动执行机构的动态特性主要取决于伺服电机的特性，即具有积分特性特性，即具有积分特性 伺服电机停止转动时，伺服电机停止转动时， 或 为比例特性为比例特性 减速器和位置发送器为比例环节减速器和位置发送器为比例环节4.3.2.2电动执行机构的特性电动执行机构的特性29上页上页下页下页目

37、目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院4.3.3 调节机构调节机构 调节机构是执行器的调节部分，又称控制阀调节机构是执行器的调节部分，又称控制阀(或调节阀或调节阀)，是一，是一个局部阻力可变的节流元件。个局部阻力可变的节流元件。在执行机构的输出力和输出位移作用下，调节机构阀芯的运动，在执行机构的输出力和输出位移作用下，调节机构阀芯的运动，改变了阀芯与阀座之间的流通截面积，即改变了调节阀的阻力改变了阀芯与阀座之间的流通截面积，即改变了

38、调节阀的阻力系数，使被控介质流体的流量发生相应变化。系数，使被控介质流体的流量发生相应变化。根据阀芯的动作形式，可分为直行程和角行程两大类。根据阀芯的动作形式，可分为直行程和角行程两大类。l调节机构作用方式调节机构作用方式 ：正作用正作用:阀芯下移，阀芯阀座之间流通面积增大（阀芯反装）阀芯下移，阀芯阀座之间流通面积增大（阀芯反装）反作用反作用:阀芯下移，阀芯阀座之间流通面积减小（阀芯正装）阀芯下移，阀芯阀座之间流通面积减小（阀芯正装）单导向结构的阀只有正作用。单导向结构的阀只有正作用。30上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装

39、备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院11执行机构执行机构2阀杆阀杆3阀芯阀芯4阀座阀座5阀体阀体6转轴转轴7阀板阀板 主要构成：阀体、阀座、阀心、和阀杆或转轴等构成主要构成：阀体、阀座、阀心、和阀杆或转轴等构成4.3.3. 1调节机构的结构和特点调节机构的结构和特点 直行程直行程角行程角行程31上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院 直通

40、单座阀直通单座阀 直通双座阀直通双座阀 角形阀角形阀 三通阀三通阀 蝶阀蝶阀 套筒阀套筒阀 偏心旋转阀偏心旋转阀 高压阀高压阀阀的结构型式阀的结构型式32上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院有直行程阀芯和角行程阀芯两类。有直行程阀芯和角行程阀芯两类。直行程阀芯又分为：平板型、柱塞型、窗口型和多级阀芯。直行程阀芯又分为：平板型、柱塞型、窗口型和多级阀芯。各种阀芯的型式见下图。各种阀芯的型式见下图。阀芯型式阀芯型式3

41、3上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院角行程阀芯有偏心旋转型、角行程阀芯有偏心旋转型、蝶型和球型。见右。蝶型和球型。见右。流体对阀芯作用形式：流流体对阀芯作用形式：流开阀和流闭阀开阀和流闭阀阀芯的安装形式：阀芯的安装形式： 正装正装阀和反装阀阀和反装阀阀芯型式阀芯型式34上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工

42、学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院单导向结构单导向结构直通单座调节阀：直通单座调节阀：直通单座调节阀：直通单座调节阀：1.1.阀体内只有一个体内只有一个阀芯和一个芯和一个阀座。座。2.2.结构构简单、泄泄漏漏量量小小（甚甚至至可可以以完完全全切断）切断）3.3.允允许压差差小小（双双导导向向结结构构的的允允许许压压差差较单导向结构大）较单导向结构大）。 常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点直通单座调节阀直通单座调节阀双导向结构双导向结构适适用用于于要要求求泄泄漏漏量量小小，工工作作压差差较小小的的干干净介介质的的场合合。在在应用用中中应

43、特特别注注意意其允其允许压差，防止差，防止阀门关不死。关不死。 35上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院直通双座调节阀：直通双座调节阀：直通双座调节阀：直通双座调节阀：1.1.阀体内有两个体内有两个阀芯和芯和阀座座 。2.2.因因为流流体体对上上、下下两两阀芯芯上上的的作作用用力力可可以以相相互互抵抵消消，因因此此双双座座阀允允许的的压差大差大3.3.上上、下下两两阀芯芯不不易易同同时关关闭，因因此此泄泄漏量漏量

44、较大大常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点直通双座调节阀直通双座调节阀均为双导向结构均为双导向结构它它适适用用于于阀两两端端压差差较大大，泄泄漏漏量量要要求求不不高高的的干干净介介质场合合，不不适适用用于于高高粘粘度度和含和含纤维的的场合。合。 36上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院角形调节阀：角形调节阀：角形调节阀：角形调节阀：1.阀体为直角形2.流路简单、阻力小，适用于高压差、高粘度、含有悬

45、浮物和颗粒状物质的调节。3.角形阀一般使用于底进侧出，此时调节阀稳定性好，4.在高压差场合下，为了延长阀芯使用寿命，也可采用侧进底出。但侧进底出在小开度时易发生振荡。5.角形阀还适用于工艺管道直角形配管的场合。 常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点角形调节阀角形调节阀角形调节阀角形调节阀角形调节阀角形调节阀37上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院分流三通调节阀分流三通调节阀三通调节阀：三通调节阀：

46、三通调节阀：三通调节阀：1.1.阀阀体体有有三三个个接接管管口口，适适用用于于三三个个方方向向流流体体的的管管路路控控制制系系统统，大大多多用用于于热热交交换换器器的温度调节、配比调节和旁路调节。的温度调节、配比调节和旁路调节。2.2.在在使使用用中中应应注注意意流流体体温温差差不不宜宜过过大大，通通常常小小于于是是150150，否否则则会会使使三三通通阀阀产产生生较较大大应应力力而而引引起起变变形形，造造成成连连接接处处泄泄漏漏或损坏。或损坏。3.3.三三通通阀有有三三通通合合流流阀和和三三通通分分流流阀两两种种类型型。三三通通合合流流阀为介介质由由两两个个输入入口口流流进混混合合后后由由一

47、一出出口口流流出出；三三通通分分流流阀为介介质由由一一入入口口流流进，分分为两两个个出出口口流流出。出。 常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点三通调节阀三通调节阀合流三通调节阀合流三通调节阀38上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院蝶阀：蝶阀：蝶阀：蝶阀：1.1.蝶蝶阀阀是是通通过挡板板以以转轴为中中心心旋旋转来来控制流体的流量。控制流体的流量。2.2.结构构紧凑凑、体体积小小、成成本本低低，流流通

48、通能能力大力大3.3.特特别适适用用于于低低压差差、大大口口径径、大大流流量量的气体形或的气体形或带有有悬浮物流体的浮物流体的场合合4.4.泄漏泄漏较大大5.5.蝶蝶阀通通常常工工作作转角角应小小于于7070，此此时流量特性与等百分比特性相似流量特性与等百分比特性相似6.6.多用于开关阀多用于开关阀常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点蝶阀蝶阀蝶阀蝶阀39上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院套筒阀：

49、套筒阀：套筒阀：套筒阀： 1.1.套套筒筒阀阀的的结构构比比较特特殊殊，阀体体与与一一般般的的直直通通单座座阀相相似似，但但阀内内有有一一个个圆柱柱形形套套筒筒，又又称称笼子子，利利用用套套筒筒导向向，阀芯芯可可在在套套筒筒中中上上下移下移动。2.2.套套筒筒上上开开有有一一定定形形状状的的窗窗口口（节流流孔孔），阀阀芯芯移移动时，就就改改变了了节流流孔孔的的面面积，从从而而实现流量流量调节。3.3.套套筒筒阀分分为单密密封封和和双双密密封封两两种种结构构，前前者者类似似于于直直通通单座座阀，适适用用于于单座座阀的的场合合；后后者者类似似于于直直通通双双座座阀，适适用用于于双双座座阀的的场合。

50、合。4.4.套套筒筒阀具具有有稳定定性性好好、拆拆装装维修修方方便便等等优点点，因而得到广泛因而得到广泛应用，但其价格比用，但其价格比较贵。常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点套筒阀套筒阀套筒阀套筒阀40上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院偏心旋转阀：偏心旋转阀：偏心旋转阀：偏心旋转阀： 1.1.转轴带动阀芯偏心旋转转轴带动阀芯偏心旋转2.2.体体积积小小，重重量量轻轻，使使用用可可靠靠，维维修修

51、方方便便，通通用用性性强强，流流体体阻阻力力小小等等优优点点，适适用用于于粘粘度度较较大大的的场场合合，在在石石灰灰、泥泥浆浆等等流流体体中中，具具有有较较好的使用性能。好的使用性能。常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点偏心旋转阀偏心旋转阀偏心旋转阀偏心旋转阀偏心旋转阀偏心旋转阀41上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院“O”“O”“O”“O”形球阀：形球阀：形球阀：形球阀： 1.1.阀芯为一球体阀

52、芯为一球体2.2.阀阀芯芯上上开开有有一一个个直直径径和和管管道道直直径径相相等等的的通通孔孔，转转轴轴带带动动球球体体旋旋转转，起起调调节节和切断作用。和切断作用。3.3.该该阀阀结结构构简简单单，维维修修方方便便，密密封封可可靠靠，流通能力大流通能力大4.4.流流量量特特性性为为快快开开特特性性，一一般般用用于于位位式式控制。控制。 常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点“O”“O”形球阀形球阀“O”“O”“O”“O”形球阀形球阀形球阀形球阀42上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工

53、大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院“V”“V”“V”“V”形球阀：形球阀：形球阀：形球阀： 1.1.阀芯也为一球体阀芯也为一球体2.2.但但球球体体上上开开孔孔为为V V形形口口，随随着着球球体体的的旋旋转，流流通通截截面面积不不断断发生生变化化，但但流通截面的形状始流通截面的形状始终保持保持为三角形。三角形。3.3.该该阀阀结结构构简简单单，维维修修方方便便，关关闭闭性性能能好，流通能力大，可调比大好，流通能力大，可调比大4.4.流流量量特特性性近近似似为为等等百百分分比比特特性性，适适用用于纤维、纸浆及含颗粒的介质。于纤维、纸浆及含颗粒

54、的介质。 常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点“V”“V”形球阀形球阀“V”“V”形球阀形球阀43上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院可见，在阀口径一定和可见，在阀口径一定和 P、 不变的情况下不变的情况下，流量，流量Q仅随仅随阻力系数阻力系数 变化变化。4.3.3. 2调节机构的工作原理调节机构的工作原理控制阀的节流原理及流量方程：控制阀的节流原理及流量方程：流体经调节阀时的能量损失流体经调节阀

55、时的能量损失H为为式中式中, P1 、P2 阀前后压力，阀前后压力， 流体密度，流体密度，g/cm3单位质量流体经调节阀时的能量损失与流体的动能成正比单位质量流体经调节阀时的能量损失与流体的动能成正比式中式中, 阀阻力系数，阀阻力系数，与阀门结构、开度等有关与阀门结构、开度等有关流体在调节阀的平均流速流体在调节阀的平均流速W为为式中式中, Q 体积流量，体积流量，m3/h， A 阀接口流通面积，阀接口流通面积，cm2流量方程：流量方程：44上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工

56、大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院在实际使用时，上式各项采用如下单位：在实际使用时，上式各项采用如下单位：Acm2 g/cm3 (10-5 N s2 / cm4)P- 100kPa (10N/ cm2)；Q m3/ h代入可得：代入可得：设 则 (m3/ h)K为调节阀的流量系数，反映了通过阀门的流量即流通能力。为调节阀的流量系数，反映了通过阀门的流量即流通能力。K与流体性质、阀结构尺寸有关，根据与流体性质、阀结构尺寸有关，根据K值可确定阀门口径值可确定阀门口径调节阀实际应用的流量方程式45上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装

57、备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院4.3.3.3 调节阀的流量系数调节阀的流量系数K -定义定义4.3.3.1 流量系数流量系数K是反映调节阀口径大小的一个重要参数。是反映调节阀口径大小的一个重要参数。将将可见：可见：K与与DN、有关；有关；阻力系数，与流体的种类、性质、工况、阀的结构阻力系数，与流体的种类、性质、工况、阀的结构等有关，在一定条件下为常数等有关，在一定条件下为常数所以，在一定条件下，根据流量系数所以，在一定条件下，根据流量系数K K值可以确定阀的公值可以确定阀的公称直

58、径称直径DNDN。流量系数流量系数K是反映调节阀口径大小的一个重要参数。是反映调节阀口径大小的一个重要参数。代入得：代入得：46上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院4.3.3.3 流量系数流量系数Kv的定义的定义流量系数流量系数Kv的定义：的定义：采用国际单位制时，流量系数采用国际单位制时，流量系数Kv定义为：在阀全开，阀前定义为：在阀全开，阀前后压差为后压差为100kPa，流体密度为，流体密度为1g/cm3(5

59、 400C的水的水)时，每时，每小时通过阀门的流量数小时通过阀门的流量数(m3)。调节阀样本中给出的流量系数调节阀样本中给出的流量系数Kv，就是上述条件下的，就是上述条件下的K值。值。例：例：Kv=32，就是说在上述条件下流过阀的流量为，就是说在上述条件下流过阀的流量为32 m3/h。国外采用国外采用Cv表示流量系数，其定义为：表示流量系数，其定义为：4060F的水，保持的水，保持阀两端两端压差差为1b/in2，阀全开全开时，每分，每分钟流流过阀门的水的美加的水的美加仑数。数。Kv与与Cv的的换算关系：算关系：Cv=1.17Kv47上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及

60、控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院4.3.3.4 流量系数流量系数Kv的计算的计算，取，取 的单位为的单位为kPa时：时：由由上式适用于一般液体。说明：上式适用于一般液体。说明：v流流体体的的种种类类和和性性质质将将影影响响Kv的的大大小小，因因此此对对不不同同的的流流体体必须考虑其对流量系数的影响必须考虑其对流量系数的影响 v流流体体的的流流动动状状态态也也将将影影响响Kv的的大大小小，因因此此要要考考虑虑阻阻塞塞流流与非阻塞流的情况与非阻塞流的情况v各各种种情情况况下

61、下的的流流量量系系数数Kv的的计计算算公公式式见见教教材材P171表表5-1,也也可参阅控制阀工程设计手册。可参阅控制阀工程设计手册。Q 体积流量，体积流量，m3/ h ； P-阀前后压差，阀前后压差，kPa ； 流体密度，流体密度，g/cm348上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院可调比反映调节阀的调节能力。可调比反映调节阀的调节能力。 定定义义：可可调调比比R是是指指调调节节阀阀所所能能控控制制的的最最大大流

62、流量量和和最最小小流流量之比量之比 l 注意：注意：Qmin为控制阀可调流量的下限值，一般为为控制阀可调流量的下限值，一般为Qmax的的2% 4% ，不是泄漏量。泄漏量仅为，不是泄漏量。泄漏量仅为Qmax的的0.01%0.1%。l 因因为为调调节节阀阀前前后后压压差差的的变变化化，会会引引起起可可调调比比变变化化，所所以以在在分分析时，将可调比分为理想可调比和实际可调比。析时，将可调比分为理想可调比和实际可调比。 4.3.4调节阀的可调比调节阀的可调比49上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学

63、化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院4.3.4.1 理想可调比理想可调比(P 一定)理想可调比理想可调比: 控制阀前后压差不变时的可调比。控制阀前后压差不变时的可调比。理想可调比由结构设计决定，通常理想可调比由结构设计决定，通常 R=30 或 50即理想可调比等于最大流量系数与最小流量系数之比。即理想可调比等于最大流量系数与最小流量系数之比。反映控制阀调节能力的大小。反映控制阀调节能力的大小。 50上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理

64、工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院阀与管道串、并联时，前后压差将变化，此时的可调比称之。阀与管道串、并联时，前后压差将变化，此时的可调比称之。串联管道时的可调比串联管道时的可调比 4.3.4.2 实际可调比实际可调比 Rr (P Rr (P 变化变化) )S越越小小，串串联联管管道道的的阻阻力力损损失失越越大，实际可调比越小大，实际可调比越小设 则 51上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学

65、化工学院设 并联管道时的可调比并联管道时的可调比通常，R 1 x越越小小，并并联联管管道道的的旁旁路路流流量量越越大，实际可调比越小。大，实际可调比越小。52上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院调调节节阀阀流流量量特特性性：介介质质流流过过调调节节阀阀的的相相对对流流量量与与相相对对位位移移（即阀的相对开度）之间的关系（即阀的相对开度）之间的关系 调调节节阀阀前前后后压压差差的的变变化化，会会引引起起流流量量变变

66、化化。流流量量特特性性分分为为理想流量特性和实际流量特性理想流量特性和实际流量特性4.3.5.调节阀的流量特性调节阀的流量特性 最大流量最大流量最大流量最大流量最大位移最大位移最大位移最大位移实际位移实际位移实际位移实际位移实际流量实际流量实际流量实际流量53上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院理想流量特性：理想流量特性：调节阀前后压差一定时的流量特性。调节阀前后压差一定时的流量特性。是调节阀的固有特性，由阀芯的

67、形状所决定是调节阀的固有特性，由阀芯的形状所决定。主要有以下四种：1-1-快开特性快开特性2-2-直线特性直线特性3-3-抛物线特性抛物线特性4.3.5.1 4.3.5.1 理想流量特性理想流量特性 (P (P 一定一定) )4-4-等百分比（对数）特性等百分比（对数）特性54上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院1 1 快开；快开；2 2 直线；直线；3 3 抛物线；抛物线；33 修正抛物线；修正抛物线；4 4

68、等百分比。等百分比。各种各种流量特性流量特性及其及其阀芯形状阀芯形状如图所示。如图所示。55上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院调节阀的相对流量与相对位移成直线关系，即单位位移变化调节阀的相对流量与相对位移成直线关系，即单位位移变化所引起的流量变化是常数所引起的流量变化是常数 (1) (1) 直线流量特性直线流量特性 56上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备

69、及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院特点：特点：a.a.调节阀的单位位移变化所引调节阀的单位位移变化所引起的流量变化起的流量变化相等。相等。b. 调节阀的流量相对变化值（单位位调节阀的流量相对变化值（单位位移变化所引起的流量变化与起始流量移变化所引起的流量变化与起始流量之比）随调节阀的开度而改变。开度之比）随调节阀的开度而改变。开度流量相对变化值流量相对变化值 结论：结论：直线流量特性的调节阀在小开度时，流量相对变化值直线流量特性的调节阀在小开度时，流量相对变化值大，灵敏度高，调节作用强，易产生振荡；在

70、大开度时，流大，灵敏度高，调节作用强，易产生振荡；在大开度时，流量相对变化值小，灵敏度低，调节作用弱，调节缓慢。量相对变化值小，灵敏度低，调节作用弱，调节缓慢。直线流量特性直线流量特性注意：可调比不同，特性曲线在纵坐标上的起点不同。注意：可调比不同，特性曲线在纵坐标上的起点不同。注意：可调比不同，特性曲线在纵坐标上的起点不同。注意：可调比不同，特性曲线在纵坐标上的起点不同。 57上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学

71、院在在1010时，流量变化的相对值为时，流量变化的相对值为在在5050时，流量变化的相对值为时，流量变化的相对值为 在在8080时，流量变化的相对值为时，流量变化的相对值为 直线流量特性举例举例20直线流量特性举例举例当当R=30,=30,l/L=0=0时，时，Q/Qmaxmax=0.33=0.33假设假设R=,位移变化量为位移变化量为10%10%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。58上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大

72、学化学化工学院太原理工大学化学化工学院（2 2）等百分比（对数）流量特性）等百分比（对数）流量特性）等百分比（对数）流量特性）等百分比（对数）流量特性21等等等等百百百百分分分分比比比比流流流流量量量量特特特特性性性性是是指指单单位位相相对对行行程程变变化化所所引引起起的的相相对对流流量变化与此点的相对流量成正比关系。量变化与此点的相对流量成正比关系。积分得：积分得：代入边界条件代入边界条件特点：特点：a. a. Q 放大系数放大系数b. 流量相对变化值是常数流量相对变化值是常数 结论：结论：具有等百分比流量特性的调节阀，在小开度时，放大系数具有等百分比流量特性的调节阀，在小开度时，放大系数小

73、，调节平稳缓和；在大开度时，放大系数大，调节灵敏有效。小，调节平稳缓和；在大开度时，放大系数大，调节灵敏有效。59上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院单位相对位移的变化所引起的相对流量变化与此点的单位相对位移的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量值的平方根成正比关系相对流量值的平方根成正比关系 (3) 抛物线流量特性抛物线流量特性60上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备

74、及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院在开度在开度较小小时就有就有较大的流量，随着开度的增大，流大的流量，随着开度的增大，流量很快就达到最大；此后再增加开度，流量量很快就达到最大；此后再增加开度，流量变化很小化很小 有效位移一般为阀座直径的有效位移一般为阀座直径的1/41/4 适用于迅速启闭的位式控制适用于迅速启闭的位式控制或程序控制系统或程序控制系统 (4) 快开流量特性快开流量特性上述上述4 4种流量特性中：直线和种流量特性中：直线和等百分比最常用。等百分比最常用。快快开开特特性性的的

75、阀阀芯芯形形式式是是平平板板形形的的，适适用用于于迅迅速速启启闭闭的的切切断断阀阀或或双双位位控制系统。控制系统。61上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院(1)(1)串联管道时的串联管道时的工作流量特性工作流量特性4.3.5.2 工作流量特性 (P 变化变化)理理想想流流量量特特性性是是在在假假定定调调节节阀阀前前后后压压差差不不变变的的情情况况下下得得到到的的，而而在在实实际际使使用用时时，调调节节阀阀所所在在

76、的的管管路路系系统统的的阻阻力力变变化化将将造造成成阀阀前前后后压压差差变变化化，从从而而使使调调节节阀阀的的流流量量特特性性变变为为工工作流量特性。作流量特性。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。工作流量特性。当调节阀全开时，调节阀前后的压差最小，记为当调节阀全开时，调节阀前后的压差最小，记为62上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院串联管道时的串联管道时的工作流量特性推导工作

77、流量特性推导Ps不不变时，由，由可得：可得：式式中中：Qmax流流过调节阀的的最最大大流流量量；Kmax阀全开全开时的流量系数的流量系数而流量特性定而流量特性定义为：流量流量Q也可用管道的流量系数也可用管道的流量系数Kp和和压力力损失失Pp表示表示为：63上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院串联管道时的串联管道时的工作流量特性推导工作流量特性推导其中其中可得：可得：由由 PPs=P=Pp+P+Pv，并，并设：由式

78、由式和式和式可得：可得：64上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院串联管道时的串联管道时的工作流量特性推导工作流量特性推导当调节阀全开时，当调节阀全开时，上式即为串联管道时的工作流量特性。上式即为串联管道时的工作流量特性。代入上式得：代入上式得：65上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工

79、学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院串联管道时串联管道时s表示调节阀全开时，调节阀前后压差与系统总压差之比：表示调节阀全开时，调节阀前后压差与系统总压差之比：随着随着s s值的减少，的减少，调节阀的的流量特性发生畸变，流量特性发生畸变，可调比减小，如图所示。可调比减小，如图所示。 直线特性直线特性快开特性快开特性 等百分比特性等百分比特性直线特性直线特性 66上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院（

80、2 2）并联管道的工作流量特性）并联管道的工作流量特性）并联管道的工作流量特性）并联管道的工作流量特性25 控控制制阀阀一一般般都都装装有有旁旁路路，以以便便手手动动操操作作和和维维护护。当当生生产产量量提提高高或或控控制制阀阀选选小小了了时时，只只好好将将旁旁路路阀阀打打开开一一些些，此时控制阀的理想流量特性就改变成为工作特性。此时控制阀的理想流量特性就改变成为工作特性。并联管道的情况如如图图所所示示，显显然然这这时时管管路路的的总总流流量量Q是是控控制制阀阀流流量量Q1与与旁路流量旁路流量Q2之和，即：之和，即：Kb-旁路阀的流量系数旁路阀的流量系数67上页上页下页下页目目 录录上页上页下

81、页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院并联管道的工作流量特性并联管道的工作流量特性并联管道的工作流量特性并联管道的工作流量特性调节阀全开时，调节阀全开时，设设上式即为并联管道时的工作流量特性。上式即为并联管道时的工作流量特性。68上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院并联

82、管道的工作流量特性并联管道的工作流量特性并联管道的工作流量特性并联管道的工作流量特性26 以以x代代表表并并联联管管道道时时控控制制阀阀全全开开时时的的流流量量Q1max与与总总管管最最大大流流量量Qmax之之比比，可可以以得得到到在在压压差差p为为一一定定时时，而而x为为不同数值时的工作流量特性曲线。不同数值时的工作流量特性曲线。 并联管道时控制阀的工作特性69上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院27由上图可见

83、由上图可见由上图可见由上图可见 当当x1 1，即即旁旁路路阀阀关关闭闭、Q20时时，控控制制阀阀的的工工作作流流量量特特性性与它的理想流量特性相同。与它的理想流量特性相同。 随随着着x值值的的减减小小，即即旁旁路路阀阀逐逐渐渐打打开开，虽虽然然阀阀本本身身的的流流量量特特性变化不大，但可调范围大大降低了。性变化不大，但可调范围大大降低了。 控控制制阀阀关关死死，即即l/L0 0时时，流流量量Qmin比比控控制制阀阀本本身身的的Q1min大大得多。得多。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

84、得更多些，控制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。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，即多只能是总流量的百分之十几，即x x值最小不低于值最小不低于0.80.8。并联管道的工作流量特性并联管道的工作流量特性并联管道的工作流量特性并联管道的工作流量特性70上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过

85、程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院串、并联都会使理想流量特性发生畸变串、并联都会使理想流量特性发生畸变, 串联管串联管道尤为严重道尤为严重,串、并联都会使控制阀可调比降低，并联管道串、并联都会使控制阀可调比降低，并联管道尤为严重。尤为严重。 串联管道使总流量减少，并联管道则增加。串联管道使总流量减少，并联管道则增加。串联使放大系数随开度增大而减小串联使放大系数随开度增大而减小, 并联管道总并联管道总比原来小。比原来小。实际流量特性结论实际流量特性结论71上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装

86、备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院l 执执行行器器的的选选用用是是否否得得当当，将将直直接接影影响响控控制制系系统统的的控控制制质量、安全性和可靠性。质量、安全性和可靠性。l在在选选择择执执行行器器时时，必必须须根根据据工工况况特特点点，生生产产工工艺艺、控控制制系统要求等多方面的因素。系统要求等多方面的因素。 l执行器的选择，主要是从以下三方面考虑：执行器的选择，主要是从以下三方面考虑：l1.执行器的结构形式；执行器的结构形式； l2.调节阀的流量特性；调节阀的流量

87、特性；l3.调节阀的口径。调节阀的口径。4.3.5 执行器的选择计算执行器的选择计算72上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院4.4.1. 执行器结构形式的选择执行器结构形式的选择比较项目比较项目气动薄膜执行机构气动薄膜执行机构电动执行机构电动执行机构可靠性可靠性高（简单、可靠）高（简单、可靠）较低较低驱动能源驱动能源需另设气源需另设气源简单方便简单方便价格价格低低高高输出力输出力大大小小刚度刚度小小大大防爆防爆好

88、好差差工作环境工作环境大（大（4080）小（小（1055）4.4.1.1执行机构的选择执行机构的选择根根据据能能源源、工工艺艺条条件件、介介质质性性质质等等实实际际使使用用要要求求，综综合合考考虑虑来来确定。主要是指对气动、电动执行机构的选择。确定。主要是指对气动、电动执行机构的选择。73上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院执行机构的选择执行机构的选择可以根据实际使用要求，综合考虑确定。可以根据实际使用要求，综合

89、考虑确定。必须考虑执行机构的输出力（力矩）应大于它必须考虑执行机构的输出力（力矩）应大于它所受到的负荷力（力矩）所受到的负荷力（力矩） 负荷力（力矩）包括流体对阀芯产生的作用力负荷力（力矩）包括流体对阀芯产生的作用力（不平衡力）或作用力矩（不平衡力矩）阀杆（不平衡力）或作用力矩（不平衡力矩）阀杆的摩擦力、重量以及压缩弹簧的预紧力的摩擦力、重量以及压缩弹簧的预紧力对于气动薄膜执行机构对于气动薄膜执行机构:工作压差小于最大允工作压差小于最大允许压差许压差 但当所用调节阀的口径较大或压差较高时，执但当所用调节阀的口径较大或压差较高时，执行机构要求有更大的输出力，此时可考虑用行机构要求有更大的输出力，

90、此时可考虑用活活活活塞式执行机构塞式执行机构塞式执行机构塞式执行机构，也可选用，也可选用薄膜执行机构薄膜执行机构薄膜执行机构薄膜执行机构再配上再配上阀门定位器阀门定位器阀门定位器阀门定位器。74上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院气开式调节阀气开式调节阀: :有信号压力输入时有信号压力输入时 阀打开，无信号压力时阀全关阀打开，无信号压力时阀全关气关式调节阀气关式调节阀: :有信号压力时有信号压力时 阀关闭，无信号

91、压力时阀全开阀关闭，无信号压力时阀全开气开气关的选择考虑原则是：气开气关的选择考虑原则是： 信信号号压压力力中中断断时时，应应保保证证设设备备和和操操作作人人员员的的发发全全，如如阀阀门门处处于于打打开开位位置置时时危危害害性性小小，则则应应选选用用气气关关式式；反反之之，则则用用气开式。气开式。 按按执执行行机机构构的的正正反反作作用用和和调调节节机机构构的的正正反反安安装装方方式式，实实现现气气动执行器的气开、气关时有四种组合方式动执行器的气开、气关时有四种组合方式,如图。如图。确定整个调节阀的作用方式确定整个调节阀的作用方式75上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备

92、及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院确定气动调节阀作用方式实例确定气动调节阀作用方式实例76上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院4.4.1.2 调节机构的选择调节机构的选择主要依据是：主要依据是：（1） 流体性质流体性质 如流体种类、粘度、腐蚀性、是否含如流体种类、粘度、腐蚀性、是否含悬浮颗

93、粒悬浮颗粒（2） 工艺条件工艺条件 如温度、压力、流量、压差、泄漏量如温度、压力、流量、压差、泄漏量（3） 过程控制要求过程控制要求 控制系统精度、可调比、噪音控制系统精度、可调比、噪音 根据以上各点进行综合考虑，并参照各种调节机构根据以上各点进行综合考虑，并参照各种调节机构的特点及其适用场合，同时兼顾经济性，来选择满的特点及其适用场合，同时兼顾经济性，来选择满足工艺要求的调节机构。足工艺要求的调节机构。77上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学

94、化工学院太原理工大学化学化工学院在在生生产产过过程程中中常常用用的的阀阀的的理理想想流流量量特特性性主主要要有有快快开开、直直线线特特性性和和等等百百分分比比特特性性三三种种，实实际际上上是是指指如如何何选选择择直直线线特特性性和等百分比特性和等百分比特性 。选择方法：理论计算、经验准则选择方法：理论计算、经验准则经验准则经验准则 :适适当当地地选选择择调调节节阀阀的的特特性性，以以阀阀的的放放大大系系数数的的变变化化来来补补偿偿控控制制对对象象放放大大系系数数的的变变化化，使使控控制制系系统统总总的的放放大大系系数数保保持持不不变变或近似不变或近似不变4.4.2. 执行器流量特性的选择执行器

95、流量特性的选择（1）考虑系统的控制品质）考虑系统的控制品质78上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院调调节节阀阀在在串串联联管管道道时时的的工工作作流流量量特特性性与与S S值值的的大大小小有有关关，即即与与工工艺艺配配管管情情况况有有关关。因因此此，在在选选择择其其特特性性时时，还还必必须须考考虑虑工工艺配管情况。艺配管情况。 具具体体做做法法是是先先根根据据系系统统的的特特点点选选择择所所需需要要的的工工作作流

96、流量量特特性，再考虑工艺配管情况确定相应的理想流量特性。性，再考虑工艺配管情况确定相应的理想流量特性。（2）考虑工艺管道情况）考虑工艺管道情况79上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院l直直线线特特性性调调节节阀阀在在小小开开度度时时流流量量相相对对变变化化值值大大，控控制制过过于于灵灵敏敏，易易引引起起振振荡荡，且且阀阀芯芯、阀阀座座也也易易受受到到破破坏坏，因此在因此在S S值小、负荷变化大的场合，不宜采用。值

97、小、负荷变化大的场合，不宜采用。l等等百百分分比比特特性性调调节节阀阀的的放放大大系系数数随随调调节节阀阀行行程程增增加加而而增增大大，流流量量相相对对变变化化值值是是恒恒定定不不变变的的，因因此此它它对对负负荷荷变变化有较强的适应性。化有较强的适应性。l根根据据控控制制系系统统的的特特点点进进行行选选择择，参参照照P182表表5-5 调调节节阀阀工作流量特性的选择表工作流量特性的选择表l l结论：常用的调节阀流量特性为结论：常用的调节阀流量特性为结论：常用的调节阀流量特性为结论：常用的调节阀流量特性为“ “线性线性线性线性” ”和和和和“ “等百分等百分等百分等百分比比比比” ” 在设计过程

98、中，当流量特性难以确定时，优先选用在设计过程中，当流量特性难以确定时，优先选用在设计过程中，当流量特性难以确定时，优先选用在设计过程中，当流量特性难以确定时，优先选用“ “等百分比等百分比等百分比等百分比” ”特性，它的适应性更强。特性，它的适应性更强。特性，它的适应性更强。特性，它的适应性更强。（3）考虑负荷变化情况）考虑负荷变化情况从从负负荷荷变变化化情情况况考考虑虑 在在负负荷荷变变化化小小时时可可用用直直线线特特性性阀阀，负负荷荷变变化化幅幅度度大大的的场场合合使用等百分比特性阀。使用等百分比特性阀。80上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制

99、系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院4.4.3.调节阀的口径选择调节阀的口径选择调节阀的口径选择依据流量系数。由式：调节阀的口径选择依据流量系数。由式：可知，为了能正确计算流量系数，即合理地可知，为了能正确计算流量系数，即合理地选择阀的直径，须：选择阀的直径，须：合理确定调节阀流量和压差的数据。合理确定调节阀流量和压差的数据。通常把代入计算公式中的流量和压差分别称为计算流通常把代入计算公式中的流量和压差分别称为计算流量和计算压差。量和计算压差。应对所选调节阀开度和可调节比进行验算应对所选调节阀

100、开度和可调节比进行验算在根据计算所得到的流量系数选择调节阀口径之后，在根据计算所得到的流量系数选择调节阀口径之后，还应对所选调节阀开度和可调节比进行验算，以保还应对所选调节阀开度和可调节比进行验算，以保证所选调节阀的口径能满足控制要求。证所选调节阀的口径能满足控制要求。 81上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院选择调节阀口径的步骤选择调节阀口径的步骤1.确定计算流量：确定计算流量：根据生产能力、设备负荷、介质情况

101、等来确定最大计算流根据生产能力、设备负荷、介质情况等来确定最大计算流量量 Qmax和和Qmin 2.确定计算差压：确定计算差压：根据所选择的流量特性及系统特性选定根据所选择的流量特性及系统特性选定S，然后按，然后按S值确值确定计算差压。定计算差压。3.计算流量系数计算流量系数选择合适的流量系数公式，根据已决定的计算流量和计算选择合适的流量系数公式，根据已决定的计算流量和计算差压求取最大流量时的流量系数差压求取最大流量时的流量系数Kmax 。 4.选取流量系数选取流量系数KV根据已求得的根据已求得的Kmax，在所选产品型号的标准系列中选取，在所选产品型号的标准系列中选取Kv大于大于KVmax且与

102、其最接近的那一挡且与其最接近的那一挡KV值。值。82上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院选择调节阀口径的步骤选择调节阀口径的步骤4.验算控制阀开度验算控制阀开度一般要求：最大计算流量时的开度一般要求：最大计算流量时的开度90%;最小计算流量时的开度最小计算流量时的开度10%;6 .验算调节阀的实际可调比验算调节阀的实际可调比7.确定控制阀口径确定控制阀口径验算合格后，根据验算合格后，根据KV值决定控制阀的公称直径

103、和阀值决定控制阀的公称直径和阀座直径。座直径。下面详细说明。下面详细说明。说穿了，就是说穿了，就是根据工艺参数根据工艺参数计算出计算出K K，然，然后根据后根据K K来选来选取一个取一个K Kv v值差值差不多的调节阀。不多的调节阀。83上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院4.4.3.1 确定计算流量确定计算流量最大计算流量最大计算流量Qmax：指通过调节阀的最大流量。：指通过调节阀的最大流量。其值应根据工艺设备

104、的生产能力、对象负荷的变化、其值应根据工艺设备的生产能力、对象负荷的变化、操作条件变化以及系统的控制质量等因素综合考虑，操作条件变化以及系统的控制质量等因素综合考虑，合理确定合理确定。在确定Qmax时，应避免两种倾向：避免两种倾向：过多考虑余量。使阀口径选的过大造成：过多考虑余量。使阀口径选的过大造成：1 经济浪费经济浪费2 经常工作在小开度，可调比减小，控制性能变经常工作在小开度，可调比减小，控制性能变坏，甚至引起震荡，降低阀的寿命。坏，甚至引起震荡，降低阀的寿命。只考虑眼前生产，片面强调控制质量，当生产能力只考虑眼前生产，片面强调控制质量，当生产能力提高时，不得不更换阀。提高时，不得不更换

105、阀。84上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院4.4.3.2 确定计算压差确定计算压差计算压差：指最大流量时调节阀上的压差，即调节阀计算压差：指最大流量时调节阀上的压差，即调节阀全开时的压差。全开时的压差。确定计算压差时必须兼顾调节性能和动力消耗两方面，确定计算压差时必须兼顾调节性能和动力消耗两方面，即应合理选定即应合理选定S值。值。阀起作用的前提是其前后必须有一定的压差。阀起作用的前提是其前后必须有一定的压差。阀

106、前后压差占系统压差的比值越大，阀流量特性的阀前后压差占系统压差的比值越大，阀流量特性的畸变越小，控制性能越能得到保证；畸变越小，控制性能越能得到保证；阀前后压差占系统压差的比值越大，阀上的压力损阀前后压差占系统压差的比值越大，阀上的压力损失越大，动力消耗越多。失越大，动力消耗越多。计算压差主要根据工艺管路、设备的组成的管路系统计算压差主要根据工艺管路、设备的组成的管路系统压降大小及变化情况来选择。压降大小及变化情况来选择。85上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学

107、院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院计算压差的确定步骤如下：计算压差的确定步骤如下：1) 选择调节阀前后最近的压力基本稳定的两个设备作为系统的计算范围。选择调节阀前后最近的压力基本稳定的两个设备作为系统的计算范围。2) 在最大流量的条件下，分别计算系统内阀之外的各项局部阻力所引起在最大流量的条件下，分别计算系统内阀之外的各项局部阻力所引起的压力损失，再求出它们的总和的压力损失，再求出它们的总和PF 。3) 选取选取S值值 S值应为阀全开时阀上压差和系统中压力损失总和之比，一值应为阀全开时阀上压差和系统中压力损失总和之比，一般希望不小于般希望不小于0.3。常选。常选s=0.30.5

108、。 4) 求取调节阀计算压差求取调节阀计算压差PV考虑系统中静压考虑系统中静压p变化时，可按下式计算：变化时，可按下式计算：尽量避免产生空化现象和噪声。尽量避免产生空化现象和噪声。86上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院4.4.3.3 调节阀开度验算调节阀开度验算计算流量系数计算流量系数Kmax选择合适的计算公式，根据已决定的计算流量和计选择合适的计算公式，根据已决定的计算流量和计算压差，求得最大流量时的流量系数

109、算压差，求得最大流量时的流量系数Kmax 。选取流量系数选取流量系数Kv根据已求得的根据已求得的 Kmax ，在所选用的产品，在所选用的产品 型式的标准型式的标准系列中，选取大于系列中，选取大于 Kmax并与其最接近的那一挡并与其最接近的那一挡 Kv值，作为确定阀口径的依据。值，作为确定阀口径的依据。因为在选取因为在选取Kv值时进行了圆整，需要对阀的开度和可值时进行了圆整，需要对阀的开度和可调比进行验算。一般要求：调比进行验算。一般要求：最大计算流量时的开度不大于最大计算流量时的开度不大于90%最小计算流量时的开度不小于最小计算流量时的开度不小于10%87上页上页下页下页目目 录录上页上页下页

110、下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院直线特性直线特性调节阀调节阀 等百分等百分比特性比特性调节阀调节阀 验算调节阀开度验算调节阀开度当理想可调比为当理想可调比为30时，可得开度验算公式如下：时，可得开度验算公式如下：K阀开度，阀开度，%88上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化

111、工学院4.4.3.4 验算调节阀实际可调比验算调节阀实际可调比目前阀的理想可调比目前阀的理想可调比R有有30和和50两种。两种。由于在阀口径选用过程中对流量系数进行了圆整和放由于在阀口径选用过程中对流量系数进行了圆整和放大，对阀的最大、最小开度进行了限制，实际可调比大，对阀的最大、最小开度进行了限制，实际可调比将下降，一般为将下降，一般为10左右。左右。可调比的验算公式为：可调比的验算公式为：验算方法：当：验算方法：当：满足要求。满足要求。当不能满足时，可适当增加系统压力，也可采用两个当不能满足时，可适当增加系统压力，也可采用两个调节阀进行分程控制以满足可调比要求。调节阀进行分程控制以满足可调

112、比要求。时，时，89上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院确定调节阀口径确定调节阀口径验算合格后，即可根据验算合格后，即可根据Kv值决定调节阀的公称直径值决定调节阀的公称直径DN和阀座直径和阀座直径Dg 。参见参见P185表表5-6或有关产品样本。或有关产品样本。90上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太

113、原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院定位器控制器P0气源位置反馈P1阀门定位器示意图4.3.5 阀门定位器阀门定位器气动调节阀的辅助装置，与气动调节阀配套使用。气动调节阀的辅助装置，与气动调节阀配套使用。接受控制器的输出信号，成比例地输出压力至执行机构，推接受控制器的输出信号，成比例地输出压力至执行机构，推杆移动后的位移量反馈至定位器，构成一闭环系统。杆移动后的位移量反馈至定位器，构成一闭环系统。阀门定位器可增加执行器阀门定位器可增加执行器输出功率，减小信号传递输出功率，减小信号传递滞后，加快阀杆位移速度，滞后，加快阀杆位移速度，提高线性度，克服阀杆摩提高线性

114、度，克服阀杆摩擦力，保证正确定位。擦力，保证正确定位。可分为：可分为：电气阀门定位器电气阀门定位器气动阀门定位器气动阀门定位器智能阀门定位器智能阀门定位器91上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院4.5.0 电电-气转换器气转换器电电-气转换器原理气转换器原理41按力矩平衡原理工作按力矩平衡原理工作按力矩平衡原理工作按力矩平衡原理工作电-气转换器原理结构图1喷嘴挡板；2调零弹簧；3负反馈波纹管；4十字弹簧；5正反馈

115、波纹管；6杠杆；7测量线圈；8磁钢；9铁芯；10放大器92上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院具有电具有电 / 气转换器和阀门定位器的双重作用，气转换器和阀门定位器的双重作用， 它接受电动它接受电动控制器输出的控制器输出的4 20或或010mADC电流信号，成比例地输出电流信号，成比例地输出20 100kPa气动信号至执行机构。气动信号至执行机构。组成如图组成如图1力矩马达；力矩马达；2主杠杆；主杠杆；3迁移弹簧

116、；迁移弹簧；4支点；支点；5反馈凸轮；反馈凸轮；6副杠杆；副杠杆；7副杠支点；副杠支点；8气动执行机构；气动执行机构；9反馈杆；反馈杆；10滚轮；滚轮；11反馈弹簧；反馈弹簧；12调零弹簧；调零弹簧；13挡板；挡板；14气动放大器；气动放大器；15喷嘴；喷嘴；16主杠支点主杠支点4.5.1 电气阀门定位器电气阀门定位器93上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院4.5.1.1 4.5.1.1 电气电气阀门定位器工作原

117、理阀门定位器工作原理当输入当输入IO流经力矩马达线圈流经力矩马达线圈 对主杠杆对主杠杆2产生向左的力产生向左的力F1 主杠杆绕支点反时针偏转主杠杆绕支点反时针偏转 挡板挡板13靠近喷嘴靠近喷嘴15 Pa阀杆向下移动阀杆向下移动 ， 并带动反馈杆并带动反馈杆9绕支点绕支点4偏转偏转 凸轮凸轮5跟着逆时针偏转跟着逆时针偏转 反馈弹簧反馈弹簧11拉伸拉伸 最终使阀门定位器达到平衡状态。最终使阀门定位器达到平衡状态。此此时时，一一定定的的信信号号压压力力就就对对应应于于一一定定的的阀阀杆杆位位移移，即即对对应应于于一定的阀门开度。一定的阀门开度。弹簧弹簧12：调零；弹簧：调零；弹簧3：零点迁移；：零点

118、迁移； 94上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院推力大，可用于高差压、大口径、高压、高温、低温及介推力大，可用于高差压、大口径、高压、高温、低温及介质中含有固体悬浮物或粘性流体的场合。质中含有固体悬浮物或粘性流体的场合。动作速度快，可用于控制器与执行机构距离较远的场合。动作速度快，可用于控制器与执行机构距离较远的场合。可用于需分程控制的场合，两台定位器由一个控制器操纵，可用于需分程控制的场合，两台定位器由一个控制

119、器操纵，每台定位器的工作由分程点决定。每台定位器的工作由分程点决定。可改善控制阀的流量特性，通过改变反馈凸轮的几何形状，可改善控制阀的流量特性，通过改变反馈凸轮的几何形状，使定位器的输出特性发生变化，从而达到修正流量特性的使定位器的输出特性发生变化，从而达到修正流量特性的目的。目的。电电- -气阀门定位器的气阀门定位器的应用场合应用场合97上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院（一）用途（一）用途1.用于高压差场合

120、用于高压差场合2.用于高压、高温或低温介质的场合用于高压、高温或低温介质的场合3.用于含有固体悬浮物或粘性介质的场合用于含有固体悬浮物或粘性介质的场合4.用于阀体部件大口径的场合用于阀体部件大口径的场合4.用于增加执行机构动作速度的场合用于增加执行机构动作速度的场合6.用于分程控制的场合用于分程控制的场合7.用于改善阀体部件流量特性的场合用于改善阀体部件流量特性的场合5.5.2 气动阀门定位器气动阀门定位器98上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院99上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院作业作业P175 思考题与习题思考题与习题19,20，22，26100