化工仪表及其自动化控制课件执行器

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1、第第6 6章章 执行器执行器qq概述概述概述概述 qq执行机构执行机构执行机构执行机构 qq调节机构调节机构调节机构调节机构 qq调节阀的流量系数和流量特性调节阀的流量系数和流量特性调节阀的流量系数和流量特性调节阀的流量系数和流量特性 qq阀门定位器阀门定位器阀门定位器阀门定位器 qq执行器的选择计算和安装执行器的选择计算和安装执行器的选择计算和安装执行器的选择计算和安装气动薄膜直通单座阀气动薄膜直通双座阀气动蝶阀气动球阀气动切断阀电动直通单座阀电动隔膜阀电动三通阀气动薄膜角形阀电磁阀手动截止阀对执行器的初步认识对执行器的初步认识1. 1.概述概述概述概述执行器在自控系统中的作用执行器在自控系

2、统中的作用执行器在自控系统中的作用执行器在自控系统中的作用执行器是指：阀门调节阀执行器是指：阀门调节阀( (连续的连续的) )、开关阀、开关阀( (过程控制范畴过程控制范畴) ) 电机连续的、开关的电机连续的、开关的( (属于流体机械的范畴，起执行器的作用属于流体机械的范畴，起执行器的作用) )执行器是控制系统必不可少的环节。执行器是控制系统必不可少的环节。执行器工作，使用条件恶劣，它也是控制系统最薄弱的环节执行器工作，使用条件恶劣，它也是控制系统最薄弱的环节原因：执行器与介质操作变量直接接触原因：执行器与介质操作变量直接接触 (强强)腐蚀性、腐蚀性、(高高)粘度、粘度、(易易)结晶、结晶、

3、高温、深冷、高压、高差压高温、深冷、高压、高差压 执行器在自控系统中的作用：接收调节器计算机输出的控制信号，执行器在自控系统中的作用：接收调节器计算机输出的控制信号，使调节阀的开度产生相应变化，从而到达使调节阀的开度产生相应变化，从而到达调节操作变量流量的目的。调节操作变量流量的目的。 执行器通常执行器通常执行器通常执行器通常专指阀门专指阀门专指阀门专指阀门执行器的构成执行器的构成执行器的构成执行器的构成图6-2 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 4阀芯 5阀体 6阀座PO气动执行机构调节机构123456执行器由执行机构和控制调节机构两个局部构成执行器由执行机构和控制调

4、节机构两个局部构成执行器由执行机构和控制调节机构两个局部构成执行器由执行机构和控制调节机构两个局部构成 辅助装置：阀门定位器 和 手动操作机构 执行机构执行机构执行机构执行机构调节机构调节机构调节机构调节机构P POOI IOOF F l lMM 流通截面积流通截面积流通截面积流通截面积操纵变量的流量操纵变量的流量操纵变量的流量操纵变量的流量执行机构执行机构执行机构执行机构根据控制信号产生推力根据控制信号产生推力根据控制信号产生推力根据控制信号产生推力( ( ( (薄膜、活塞、马达薄膜、活塞、马达薄膜、活塞、马达薄膜、活塞、马达)。 它它它它是是是是执执执执行行行行器器器器的的的的推推推推动动

5、动动装装装装置置置置，它它它它按按按按控控控控制制制制信信信信号号号号的的的的大大大大小小小小产产产产生生生生相相相相应应应应的的的的推推推推力力力力，推推推推动控制机构动作，所以它是将信号的大小转换为阀杆位移的装置动控制机构动作，所以它是将信号的大小转换为阀杆位移的装置动控制机构动作，所以它是将信号的大小转换为阀杆位移的装置动控制机构动作，所以它是将信号的大小转换为阀杆位移的装置 控制机构控制机构控制机构控制机构根据推力产生位移或转角，改变开度。根据推力产生位移或转角，改变开度。根据推力产生位移或转角，改变开度。根据推力产生位移或转角，改变开度。 它它它它是是是是执执执执行行行行器器器器的的

6、的的控控控控制制制制局局局局部部部部，它它它它直直直直接接接接与与与与被被被被控控控控介介介介质质质质接接接接触触触触，控控控控制制制制流流流流体体体体的的的的流流流流量量量量。所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置 手手手手操操操操机机机机构构构构手手手手轮轮轮轮机机机机构构构构的的的的作作作作用用用用是是是是当当当当控控控控制制制制系系系系统统统统因因因因停停停停电电电电、停停停停气气气气、控控控控制制制制器器器器无无无无输输输输出出出出或或或或执执执执

7、行行行行机构失灵时，利用它可以直接操纵控制阀，以维持生产的正常进行。机构失灵时，利用它可以直接操纵控制阀，以维持生产的正常进行。机构失灵时，利用它可以直接操纵控制阀，以维持生产的正常进行。机构失灵时，利用它可以直接操纵控制阀，以维持生产的正常进行。 气动执行器气动执行器气动执行器气动执行器分类分类按使用的能源形式：按使用的能源形式：按使用的能源形式：按使用的能源形式：电动执行器电动执行器电动执行器电动执行器液动执行器液动执行器液动执行器液动执行器 气动阀气动阀气动阀气动阀电动阀电动阀电动阀电动阀在过程控制领域应用很少在过程控制领域应用很少按阀门的输出：按阀门的输出：按阀门的输出：按阀门的输出：

8、连续式连续式连续式连续式(0(0(0(0100100100100) ) ) )开关式开关式开关式开关式(ON/OFF)(ON/OFF)(ON/OFF)(ON/OFF)调节阀调节阀调节阀调节阀*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优点：结构简单、动作可靠稳定、输出力大、安装维修方便、价格廉价和防火防爆优点：结构简单、动作可靠稳定、输出力大、安装维修方便、价格廉价和防火防爆缺点：响应时间大，信号不适于远传缺点：响应时间大，信号不适于远传 采用电采用电/气转换器或电气转换器或电/气阀门定位器，使传送信号为电信号，现场操作为气动信号气阀门定位器，使传送信号为电信号，现场操作为气动信号气

9、动调节阀气动调节阀气动调节阀气动调节阀电信号电信号气信号气信号电动调节阀电动调节阀电动调节阀电动调节阀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优点：动作较快、能源获取方便，特别适于远距离的信号传送优点：动作较快、能源获取方便，特别适于远距离的信号传送缺点：输出力较小、价格贵，缺点：输出力较小、价格贵， 且一般只适用于防爆要求不高的场合且一般只适用于防爆要求不高的场合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 角型调节阀角型调节阀 三通调节阀三通调节阀 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

10、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直行行程程式式调调节节机机构构角角 行行程程式式调调节节机机构构 同一类型的气动同一类型的气动/电动调节阀，分别采用气动执行机构和电动执行机构电动调节阀，分别采用气动执行机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 分类分类按使用的调节机构：按使用的调节机构：按使用的调节机构：按使用的调节机构：反作用：当输入信号增大时，流过执行器的流量减小 气动调节阀通常称为气关阀 正作用：当输入信号增大时，执行器的开度增大，即流过执行器的流量增大 气动调节阀通常称为气开阀执行器的作用方式执行器的作用方式执行器的作

11、用方式执行器的作用方式从平安生产的角度来确定正反作用从平安生产的角度来确定正反作用H如果，介质是由强腐蚀性的，再生产过程中不允许溢出，调节阀的作用形式？如果后面的环节不允许没有物料，调节阀的作用形式？根据控制信号的大小，产生相应的输出力F和位移M(直线位移l或角位移)输出力F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；位移(l或)用于带动调节机构阀芯动作 2. 2. 执行机构执行机构气动执行机构气动执行机构 电动执行机构电动执行机构 气动执行机构主要分为两大类：薄膜式与活塞式薄膜式与活塞式执行机构又可分为：有弹簧和无弹簧两种 2.1. 2.1. 2.1.

12、2.1. 气动执行机构气动执行机构气动执行机构气动执行机构 气源 PO气动薄膜式执行机构根本结构和工作原理气动薄膜式执行机构根本结构和工作原理气动薄膜式执行机构根本结构和工作原理气动薄膜式执行机构根本结构和工作原理气源PO气动执行机构的动态特性为一阶滞后环节。其时间常数的大小与薄膜气室大小及引压导管长短粗细有关，一般为数秒到数十秒之间。 气动活塞式执行机构根本结构和工作原理气动活塞式执行机构根本结构和工作原理气动活塞式执行机构根本结构和工作原理气动活塞式执行机构根本结构和工作原理根本部件：活塞和气缸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变动信号，或两侧都输入变动信号

13、。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比例式是在两位式根底上加有阀门定位器后，使推杆位移与信号压力成比例关系。 P1P2构成原理构成原理 2.2. 2.2. 2.2. 2.2. 电动执行机构电动执行机构电动执行机构电动执行机构RETURN输输入入信信号号伺服放大器伺服放大器伺服电机伺服电机减速器减速器输输出出位置发生器位置发生器供参考供参考供参考供参考调节机构是执行器的调节局部，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系数，使

14、被控介质流体的流量发生相应变化。3. 3. 调节机构调节机构1执行机构2阀杆3阀芯4阀座5阀体6转轴7阀板 主要构成：阀体、阀座、阀心、和阀杆或转轴调节机构的结构和特点调节机构的结构和特点调节机构的结构和特点调节机构的结构和特点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：阀体内只有一个阀芯和一个阀座。阀体内只有一个阀芯和一个阀座。阀体内只有一个阀芯和一个阀座。阀体内只有一个阀芯和一个阀座。结结结结构构构构简简简简单单单单、泄泄泄泄漏漏漏漏量量量量小小小小甚甚甚甚至至至至可可可可以以以以完完完完全全全全切切切切断断断断允允允允许许许许压压压压差差差差小小小

15、小双双双双导导导导向向向向结结结结构构构构的的的的允允允允许许许许压压压压差差差差较较较较单导向结构大。单导向结构大。单导向结构大。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直通单座调节阀直通单座调节阀双导向结构双导向结构它适用于要求泄漏量小，工作压差较小的干净介质的场合。在应用中应特别注意其允许压差，防止阀门关不死。 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.阀体内有两个阀芯和阀座 。2.因为流体对上、下两阀芯上的作用力可以相互抵消，因此双座阀具有允许压差大3.

16、上、下两阀芯不易同时关闭，因此泄漏量较大的特点。 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适用于阀两端压差较大，泄漏量要求不高的干净介质场合，不适用于高粘度和含纤维的场合。 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

17、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分流三通调节阀分流三通调节阀三通调节阀：三通调节阀：三通调节阀：三通调节阀：阀阀阀阀体体体体有有有有三三三三个个个个接接接接管管管管口口口口，适适适适用用用用于于于于三三三三个个个个方方方方向向向向流流流流体体体体的的的的管管管管路路路路控控控控制制制制系系系系统统统统，大大大大多多多多用用用用于于于于热热热热交交交交换换换换器的温度调节、配比调节和旁路调节。器的温度调节、配比调节和旁路调节。器的温度调

18、节、配比调节和旁路调节。器的温度调节、配比调节和旁路调节。在在在在使使使使用用用用中中中中应应应应注注注注意意意意流流流流体体体体温温温温差差差差不不不不宜宜宜宜过过过过大大大大，通通通通常常常常小小小小于于于于是是是是150150150150，否否否否那那那那么么么么会会会会使使使使三三三三通通通通阀阀阀阀产产产产生生生生较较较较大大大大应应应应力力力力而而而而引引引引起起起起变变变变形形形形，造造造造成成成成连连连连接接接接处泄漏或损坏。处泄漏或损坏。处泄漏或损坏。处泄漏或损坏。三三三三通通通通阀阀阀阀有有有有三三三三通通通通合合合合流流流流阀阀阀阀和和和和三三三三通通通通分分分分流流流流

19、阀阀阀阀两两两两种种种种类类类类型型型型。三三三三通通通通合合合合流流流流阀阀阀阀为为为为介介介介质质质质由由由由两两两两个个个个输输输输入入入入口口口口流流流流进进进进混混混混合合合合后后后后由由由由一一一一出出出出口口口口流流流流出出出出；三三三三通通通通分分分分流流流流阀阀阀阀为为为为介介介介质质质质由由由由一一一一入入入入口口口口流流流流进进进进，分分分分为为为为两两两两个个个个出口流出。出口流出。出口流出。出口流出。 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三通调节阀三通调节阀合流三通调节阀合流三通调

20、节阀蝶阀：蝶阀：蝶阀：蝶阀：蝶蝶蝶蝶阀阀阀阀是是是是通通通通过过过过挡挡挡挡板板板板以以以以转转转转轴轴轴轴为为为为中中中中心心心心旋旋旋旋转转转转来来来来控控控控制流体的流量。制流体的流量。制流体的流量。制流体的流量。结结结结构构构构紧紧紧紧凑凑凑凑、体体体体积积积积小小小小、本本本本钱钱钱钱低低低低，流流流流通通通通能能能能力力力力大大大大特特特特别别别别适适适适用用用用于于于于低低低低压压压压差差差差、大大大大口口口口径径径径、大大大大流流流流量量量量的的的的气体形或带有悬浮物流体的场合气体形或带有悬浮物流体的场合气体形或带有悬浮物流体的场合气体形或带有悬浮物流体的场合泄漏较大泄漏较大泄

21、漏较大泄漏较大蝶蝶蝶蝶阀阀阀阀通通通通常常常常工工工工作作作作转转转转角角角角应应应应小小小小于于于于70707070，此此此此时时时时流流流流量特性与等百分比特性相似量特性与等百分比特性相似量特性与等百分比特性相似量特性与等百分比特性相似多用于开关阀多用于开关阀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蝶阀蝶阀套筒阀：套筒阀：套筒阀：套筒阀： 套套套套筒筒筒筒阀阀阀阀的的的的结结结结构构构构比比比比较较较较特特特特殊殊殊殊，阀阀阀阀体体体体与与与与一一一一般般般般的的的的直直直直通通通通单单

22、单单座座座座阀阀阀阀相相相相似似似似，但但但但阀阀阀阀内内内内有有有有一一一一个个个个圆圆圆圆柱柱柱柱形形形形套套套套筒筒筒筒，又又又又称称称称笼笼笼笼子子子子，利利利利用用用用套套套套筒筒筒筒导导导导向向向向，阀芯可在套筒中上下移动。阀芯可在套筒中上下移动。阀芯可在套筒中上下移动。阀芯可在套筒中上下移动。套套套套筒筒筒筒上上上上开开开开有有有有一一一一定定定定形形形形状状状状的的的的窗窗窗窗口口口口节节节节流流流流孔孔孔孔，套套套套筒筒筒筒移移移移动动动动时时时时，就就就就改改改改变变变变了了了了节节节节流流流流孔孔孔孔的的的的面面面面积积积积，从而实现流量调节。从而实现流量调节。从而实现流

23、量调节。从而实现流量调节。套套套套筒筒筒筒阀阀阀阀分分分分为为为为单单单单密密密密封封封封和和和和双双双双密密密密封封封封两两两两种种种种结结结结构构构构，前前前前者者者者类类类类似似似似于于于于直直直直通通通通单单单单座座座座阀阀阀阀，适适适适用用用用于于于于单单单单座座座座阀阀阀阀的的的的场场场场合合合合；后后后后者者者者类类类类似似似似于于于于直直直直通通通通双双双双座座座座阀阀阀阀，适用于双座阀的场合。适用于双座阀的场合。适用于双座阀的场合。适用于双座阀的场合。套套套套筒筒筒筒阀阀阀阀具具具具有有有有稳稳稳稳定定定定性性性性好好好好、拆拆拆拆装装装装维维维维修修修修方方方方便便便便等等

24、等等优优优优点点点点，因因因因而而而而得得得得到到到到广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用，但但但但其其其其价价价价格格格格比较贵。比较贵。比较贵。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套筒阀套筒阀偏心旋转阀：偏心旋转阀：偏心旋转阀：偏心旋转阀： 1.转轴带动阀芯偏心旋转2.体积小，重量轻，使用可靠，维修方便，通用性强，流体阻力小等优点，适用于粘度较大的场合，在石灰、泥浆等流体中，具有较好的使用性能。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

25、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“O“O“O“O形球阀：形球阀：形球阀：形球阀： 阀芯为一球体阀芯为一球体阀芯为一球体阀芯为一球体阀阀阀阀芯芯芯芯上上上上开开开开有有有有一一一一个个个个直直直直径径径径和和和和管管管管道道道道直直直直径径径径相相相相等等等等的的的的通通通通孔孔孔孔，转转转转轴轴轴轴带带带带动动动动球球球球体体体体旋旋旋旋转转转转，起起起起调调调调节节节节和和和和切断作用。切断作用。切断作用。切断作用。该该该该阀阀阀阀结结结结构构构构简简简简单单单单，维维维维修修修修方方方方便便便便，密密密密封封封封可可可可靠靠靠靠，流通能力大流通能力大流通能力大

26、流通能力大流流流流量量量量特特特特性性性性为为为为快快快快开开开开特特特特性性性性，一一一一般般般般用用用用于于于于位位位位式式式式控控控控制。制。制。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“O“O形球阀形球阀形球阀形球阀“O“O形球阀形球阀“V“V“V“V形球阀：形球阀：形球阀：形球阀： 阀芯也为一球体阀芯也为一球体阀芯也为一球体阀芯也为一球体但但但但球球球球体体体体上上上上开开开开孔孔孔孔为为为为V V V V形形形形口口口口，随随随随着着着着球球球球体体体体的的的的旋旋旋旋转转转转，流流流流通通通通截截截截面

27、面面面积积积积不不不不断断断断发发发发生生生生变变变变化化化化，但但但但流流流流通通通通截截截截面的形状始终保持为三角形。面的形状始终保持为三角形。面的形状始终保持为三角形。面的形状始终保持为三角形。该该该该阀阀阀阀结结结结构构构构简简简简单单单单，维维维维修修修修方方方方便便便便，关关关关闭闭闭闭性性性性能能能能好好好好，流通能力大，可调比大流通能力大，可调比大流通能力大，可调比大流通能力大，可调比大流流流流量量量量特特特特性性性性近近近近似似似似为为为为等等等等百百百百分分分分比比比比特特特特性性性性，适适适适用用用用于于于于纤维、纸浆及含颗粒的介质。纤维、纸浆及含颗粒的介质。纤维、纸浆及

28、含颗粒的介质。纤维、纸浆及含颗粒的介质。 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“V“V形球阀形球阀形球阀形球阀“V“V形球阀形球阀孔板流量计的公式？4. 4. 流量系数和流量特性流量系数和流量特性 调节阀的流量方程依据的原理：伯努利方程能量守恒流量系数是反映调节阀口径大小的一个重要参数流量系数是反映调节阀口径大小的一个重要参数 流量系数KV的定义 :在调节阀前后压差为100KPa，流体密度为1g/cm3 即540的水的条件下，调节阀全开时，每小时通过阀门的流体量m3 4.1. 4.1. 4.1. 4.1. 调节阀的流量

29、系数调节阀的流量系数调节阀的流量系数调节阀的流量系数 把上述参数代入流量方程，即可算出实际工况的流经阀门的流量把上述参数代入流量方程，即可算出实际工况的流经阀门的流量 事实上，这里提出流量系数的概念，用意不在流量的计算上，真正目的是事实上，这里提出流量系数的概念，用意不在流量的计算上，真正目的是根据工艺要求如何来选择一台适宜的调节阀。根据工艺要求如何来选择一台适宜的调节阀。 根据工艺要求，即流量Q、前后差压P、介质密度，可以用下式来计算调节阀的流量系数，并以此来作为阀门口径选择的依据之一：注意：上式中各参数的单位 上式只适用于一般的流体如水或者类似流体 流体的种类和性质将影响KV的大小，因此对

30、不同的流体必须考虑其对流量系数的影响 流体的流动状态也将影响K的大小流量系数的计算流量系数的计算流量系数的计算流量系数的计算 可调比可调比R R反映调节阀的调节能力的大小反映调节阀的调节能力的大小 定义定义: :调节阀所能调节的最大流量和最小流量之比调节阀所能调节的最大流量和最小流量之比 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，将将可可调调比比分分为为理理想想可可调调比和实际可调比。比和实际可调比。 4.2. 4.2. 4.2. 4.2. 调节阀的可调比调节阀的可调比调节阀的可调比调节阀的可调比 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

31、R=30 或 50(1) (1) (1) (1) 理想可调比理想可调比理想可调比理想可调比R (P R (P R (P R (P 一定一定一定一定) ) ) ) 串联管道时的可调比 设 (2)(2)(2)(2)实际可调比实际可调比实际可调比实际可调比 Rr (P Rr (P Rr (P Rr (P 变化变化变化变化) ) ) ) 并联管道时的可调比 R 1 设 供参考供参考供参考供参考调节阀流量特性：介质流过调节阀的相对流量与相对位移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

32、实际流量特性4.3. 4.3. 4.3. 4.3. 调节阀的流量特性调节阀的流量特性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调节阀的固有特性，由阀芯的形状所决定调节阀的固有特性，由阀芯的形状所决定。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4-4-等百分比对数特性等百分比对数特性 理想流量特性理想流量特性理想流量特性理想流量特性 (P (P (P (P 一定一定一定一定) ) ) )特点：特点：a.a.放大系数是常数放大系数是常数 调节阀的

33、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量变化是常数 b. Q 流量相对变化值流量相对变化值 (1) (1) (1) (1) 直线流量特性直线流量特性直线流量特性直线流量特性 特点：特点：a. a. Q 放大系数放大系数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b. 流量相对变化值是常数流量相对变化值是常数 (2) (2) (2) (2) 等百分比流量特性对数流量特性等百分比流量特性对数流量特性等百分比流量特性对数流量特性等百

34、分比流量特性对数流量特性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值的平方根成正比关系值的平方根成正比关系 (3) (3) (3) (3) 抛物线流量特性抛物线流量特性抛物线流量特性抛物线流量特性 为了弥了弥补直直线特性在小开度特性在小开度时调节性能差的性能差的缺点，在抛物缺点，在抛物线特性根底上派生出一种修正特性根底上派生出一种修正抛物抛物线特性，它在相特性，它在相对位移位移30%30%及相及相对流量流量变20%20%这段区段区间内内为抛物抛物线关系，而在此以上的关系，而在此以上的范范围是是线性关系。性关系。

35、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，流量很快就到大的流量，随着开度的增大，流量很快就到达最大；此后再增加开度，流量达最大；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或程序适用于迅速启闭的位式控制或程序控制系统控制系统 (4) (4) (4) (4) 快开流量特性快开流量特性快开流量特性快开流量特性 上述上述4 4种流量特性中：直线和等百种流量特性中：直线和等百分比最常用。分比最常用。(1)(1)串联管道时串联管道时* * 流量特性发生畸变流量特性发生畸变 直线特性直线特性快开特性快开特性 等百分

36、比特性等百分比特性直线特性直线特性 * * 可可调比减小比减小 工作流量特性工作流量特性工作流量特性工作流量特性 (P (P (P (P 变化变化变化变化) ) ) )(2)(2)并联管道时的工作流量特性并联管道时的工作流量特性 通常一般通常一般X X 值不能低于，值不能低于，即即旁旁路路流流量量只只能能为为总总流流量量的的百百分分数数之之十十几。几。 可可调比将大大下降比将大大下降供参考供参考供参考供参考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质量量、平平安性和可靠性安性和可靠性 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

37、以下三方面考虑：1.1.调节阀的结构形式；调节阀的结构形式；2.2.调节阀的流量特性；调节阀的流量特性；3.3.调节阀的口径。调节阀的口径。5. 5. 5. 5. 执行器的选择计算执行器的选择计算执行器的选择计算执行器的选择计算 执行机构的选择执行机构的选择 5.1. 5.1. 5.1. 5.1. 执行器结构形式的选择执行器结构形式的选择执行器结构形式的选择执行器结构形式的选择 比较项目气动薄膜执行机构电动执行机构可靠性高（简单、可靠）较低驱动能源需另设气源简单方便价格低高输出力大小刚度小大防爆好差工作环境大（4080）小（1055）可以根据实际使用要求，综合考虑确定选择执行机构时，还必须考虑

38、执行机构的输出力力矩应大于它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 对于气动薄膜执行机构:工作压差小于最大允许压差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，此时可考虑用活活塞塞式式执执行行机机构构，也可选用薄膜薄膜执执行机构行机构再配上阀门阀门定位器定位器。 (1)(1)(1)(1)执行机构的选择执行机构的选择执行机构的选择执行机构的选择 气开式调节阀:有信号压力输入时阀翻开 无信号压力时阀全关气关式调节阀:有信号压力时阀关闭 无信号压力时阀全开气开气关的选择考虑原那么是： 信号压力中断

39、时，应保证设备和操作人员的发全，如阀门处于翻开位置时危害性小，那么应选用气关式；反之，那么用气开式。 确定整个调节阀的作用方式确定整个调节阀的作用方式确定整个调节阀的作用方式确定整个调节阀的作用方式 主要依据是：1 流体性质 如流体种类、粘度、腐蚀性、是否含悬浮颗粒2 工艺条件 如温度、压力、流量、压差、泄漏量3 过程控制要求 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。(2) (2) (2) (2) 调节机构的选择调节机构的选择调节机构的选择调节机构的选择 实际上是指如何选择直线特性和等百分比特性实

40、际上是指如何选择直线特性和等百分比特性 经验准那么经验准那么 : :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系数的变化，使控制系统总的放大系数保持不变或近似不变大系数的变化，使控制系统总的放大系数保持不变或近似不变1 1考虑系统的控制品质考虑系统的控制品质5.2. 5.2. 5.2. 5.2. 执行器流量特性的选择执行器流量特性的选择执行器流量特性的选择执行器流量特性的选择 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有关。因此，

41、在选择其特性时，还必须考虑工艺配管情况。况有关。因此，在选择其特性时，还必须考虑工艺配管情况。2考虑工艺管道情况1.1.根据系统的特点选择所需要的工作流量特性根据系统的特点选择所需要的工作流量特性2.2.考虑工艺配管情况确定相应的理想流量特性考虑工艺配管情况确定相应的理想流量特性P182 P182 表表5-55-5具体做法具体做法: :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，因因此此在在S S值值小小、负负荷荷变变化化大大的的场场合合，不不宜宜采采用用。等等

42、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，因此它对负荷变化有较强的适应性。的，因此它对负荷变化有较强的适应性。 3考虑负荷变化情况结论：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“线性和线性和线性和线性和“等百分比等百分比等百分比等百分比 在在在在设设设设计计计计过过过过程程程程中中中中，当当当当流流流流量量量量特特特特性性性性难难难难以以以以确确确确定定定定时时时时，优优优优先先先先选选选选用用用用“等等等等百百百百分分分

43、分比比比比特性，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。首先必须要合理确定调节阀流量和压差的数据。首先必须要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量和计算压差。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。而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，以保证所选调节阀的口径能满足控制要求。 依据流量系数依据流量系数5.3.5.3.5.3.5.3.调节阀的口径选择调节阀的口径选择调节阀的口径选择调节阀的口径选择 就是根据工艺参就是根据工艺参数计算出数计算出K

44、K，然后，然后根据根据K K选取一个选取一个K Kv v值差不多的调节值差不多的调节阀。阀。 最最大大计算算流流量量是是指指通通过调节阀的的最最大大流流量量，其其值应根根据据工工艺设备的的生生产能能力力、对象象负荷荷的的变化化、操操作作条条件件变化化以以及及系系统的的控控制制质量量等等因因素素综合考合考虑，合理确定，合理确定。 防止两种倾向：过多考虑余量防止两种倾向：过多考虑余量 只考虑眼前生产只考虑眼前生产 选择调节阀口径的步骤选择调节阀口径的步骤1 1确定计算流量确定计算流量计算算压差差是是指指最最大大流流量量时调节阀上上的的压差差，即即调节阀全开全开时的的压差差2 2确定计算压差确定计算

45、压差确定确定计算算压差差时必必须兼兼顾调节性能和性能和动力消力消耗两方面，即耗两方面，即应合理合理选定选定S S值值。2) 2) 在最大流量的条件下，分别计算系统内调节阀之外的各项局部在最大流量的条件下，分别计算系统内调节阀之外的各项局部阻力所引起的压力损失，再求出它们的总和阻力所引起的压力损失，再求出它们的总和PPF F 。 3) 3) 选取选取S值值 S值一般希望不小于，常一般希望不小于，常选 4) 4) 求取调节阀计算压差求取调节阀计算压差PPV V 计算压差确定步骤如下：计算压差确定步骤如下： 1) 1) 选择调节阀前后最近的压力根本稳定的两选择调节阀前后最近的压力根本稳定的两个设备作

46、为系统的计算范围。个设备作为系统的计算范围。 根根据据已已求求得得的的KmaxKmax，在在所所选选用用的的产产品品 型型式式的的标标准准系系列列中中，选选取大于取大于KmaxKmax并与其最接近的那一挡并与其最接近的那一挡Kv Kv 值值 P.169,P.169,表表6-3)6-3)根根据据已已决决定定的的计计算算流流量量和和计计算算压压差差，求求得得最最大大流流量量时时的的流流量量系数系数Kmax 3 3计算流量系数计算流量系数KmaxKmax4 4选取流量系数选取流量系数KVKV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%90%最小计算流量时的开度不小于最小计算流量时的开度

47、不小于10%10% 直线特性调节阀直线特性调节阀 等百分比特性的调节阀等百分比特性的调节阀 5 5 5 5验算调节阀开度验算调节阀开度验算调节阀开度验算调节阀开度6 6验算调节阀实际可调比验算调节阀实际可调比须满足根据值决定调节阀的公称直径根据值决定调节阀的公称直径DgDg和阀座直径和阀座直径dgdg7 7确定调节阀口径确定调节阀口径表表6-3)6 6 6 6 电气转换器电气转换器电气转换器电气转换器/ / / /阀门定位器阀门定位器阀门定位器阀门定位器电气转换器电气转换器电气转换器电气转换器电气阀门定位器电气阀门定位器电气阀门定位器电气阀门定位器压缩空气过滤器压缩空气过滤器压缩空气过滤器压缩

48、空气过滤器阀门定位器阀门定位器阀门定位器阀门定位器将控制信号I0或PO，成比例地转换成气压信号输出至执行机构，使阀杆产生位移可见，阀门定位器与气动执行机构构成一个负反响系统各参数的名称可见，阀门定位器与气动执行机构构成一个负反响系统各参数的名称可见，阀门定位器与气动执行机构构成一个负反响系统各参数的名称可见，阀门定位器与气动执行机构构成一个负反响系统各参数的名称? ? ? ?如被控变量等如被控变量等如被控变量等如被控变量等) ) ) )阀杆位移量通过机械机构反响到阀门定位器，当位移反响信号与输入的控制信号相平衡时，阀杆停止动作，调节阀的开度与控制信号相对应。阀门定位器可以采用更高的气源压力，从

49、而可增大执行机构的输出力阀门定位器可以采用更高的气源压力，从而可增大执行机构的输出力阀门定位器可以采用更高的气源压力，从而可增大执行机构的输出力阀门定位器可以采用更高的气源压力，从而可增大执行机构的输出力在什么情况下需要使用阀门定位器？在什么情况下需要使用阀门定位器？在什么情况下需要使用阀门定位器？在什么情况下需要使用阀门定位器？ 答：大口径阀门，或者要求由较大输出力的阀门等小口径阀门一般较少使用答：大口径阀门，或者要求由较大输出力的阀门等小口径阀门一般较少使用答：大口径阀门，或者要求由较大输出力的阀门等小口径阀门一般较少使用答：大口径阀门，或者要求由较大输出力的阀门等小口径阀门一般较少使用阀

50、门定位器与执行机构安装在一起，因而可减少调节信号的传输滞后。此外，阀门定位阀门定位器与执行机构安装在一起，因而可减少调节信号的传输滞后。此外，阀门定位阀门定位器与执行机构安装在一起，因而可减少调节信号的传输滞后。此外，阀门定位阀门定位器与执行机构安装在一起，因而可减少调节信号的传输滞后。此外，阀门定位器还可以接受不同范围的输入信号，因此采用阀门定位器还可实现分程控制。器还可以接受不同范围的输入信号，因此采用阀门定位器还可实现分程控制。器还可以接受不同范围的输入信号，因此采用阀门定位器还可实现分程控制。器还可以接受不同范围的输入信号，因此采用阀门定位器还可实现分程控制。 按结构形式，阀门定位器可

51、以分为按结构形式，阀门定位器可以分为: :电电电电/ / / /气阀门定位器气阀门定位器气阀门定位器气阀门定位器气动阀门定位器气动阀门定位器气动阀门定位器气动阀门定位器智能式阀门定位器。智能式阀门定位器。智能式阀门定位器。智能式阀门定位器。 电气电气电气电气阀门定位器阀门定位器阀门定位器阀门定位器电气阀门定位器作用： 1.将420mA或010mA转换为气信号，用以控制气动调节阀 2.它还能够起到阀门定位的作用 当输入当输入IO 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 使阀杆向下移动使阀杆向下移动并带动

52、反响杆并带动反响杆9绕支点绕支点4偏转偏转凸轮凸轮5也跟着逆时针偏转也跟着逆时针偏转从而使反响弹簧从而使反响弹簧11拉伸拉伸 最终使阀门定位器到达平衡状态。此时，最终使阀门定位器到达平衡状态。此时，一定的信号压力就对应于一定的阀杆位移，一定的信号压力就对应于一定的阀杆位移，即对应于一定的阀门开度。即对应于一定的阀门开度。 Pa特性特性特性特性KiIoFiliMiK1PaK2LKfFflfMfKiIoFiliMiK1PaK2LKfFflfMf阀杆位移和输入信号之间的关系取决于转换系数阀杆位移和输入信号之间的关系取决于转换系数KiKi、力臂长度、力臂长度lili以及反响以及反响局部的反响系数局部的反响系数KfKf，而与执行机构的时间常数和放大系数，即执行机构的，而与执行机构的时间常数和放大系数，即执行机构的膜片有效面积和弹簧刚度无关，因此阀门定位器能消除执行机构膜片有效膜片有效面积和弹簧刚度无关，因此阀门定位器能消除执行机构膜片有效面积和弹簧刚度变化的影响，提高执行机构的线性度，实现准确定位。面积和弹簧刚度变化的影响，提高执行机构的线性度，实现准确定位。 气动阀门定位器气动阀门定位器气动阀门定位器气动阀门定位器原理与前者完全相同气动力矩平衡式阀门定位器要将正作用改装成反作用，只要把波纹管的位置从主杠杆的右侧调到左侧即可。