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1、模拟式控制仪表及装置-控制阀(Control Valve)执行器 执行器由执行机构和调节机构组成. 执行机构系指产生推力或位移的装置,调节机构系指直接改变能量或物料输送量的装置,通常称调节阀. 执行器按其使用的能源可分为气动,电动和液动三大类. 一一. 电动执行机构电动执行机构 电动执行机构有角行程和直行程两种, 它将输入的直流信号线性地转换成位移量. 它们均是以两相交流电机为动力的位置伺服机构. 二二. 气动执行机构气动执行机构 气动执行机构接受电/气转换器(或电/气阀门定位器)输出的气压信号,并将其转换为相应的推杆直线位移, 以推动调节机构工作. 气动执行机构有薄膜式和活塞式两种. 薄膜式
2、的特点是结构简单,价廉,但输出行程较小,只能直接带动阀杆. 活塞式的特点是行程长,但价格昂贵. 1. 气动薄膜执行机构 气动薄膜执行机构分正作用和反作用. 信号压力增加时推杆向下动作的叫正作用式执行机构; 信号压力增加时推杆向上动作的叫反作用式执行机构. 结构和特性 考虑到膜片的弹性, 弹簧刚度的变化及阀杆与填料之间的摩擦力, 将使执行机构产生非线性偏差和正, 反行程变差. 通常执行机构的非线性偏差小于4%, 正反行程变差小于2.5%. 实际使用中, 将阀门定位器作为气动执行器的组成部分, 可减小非线性偏差和变差. 2. 气动活塞式执行机构 气动活塞式执行机构分有弹簧和无弹簧两种. 输出特性有
3、比例式和两位式两种. 两位式是根据输入活塞两側操作压力的大小, 活塞从高压側被推向低压側. 比例式是在两位式基础上加有阀门定位器, 使推杆位移和信号压力成比例关系. 还有一种长行程执行机构, 其结构原理与气动活塞式执行机构基本相同.它具有行程长, 输出力矩大的特点, 输出直线位移为40-200mm, 转角位移为90度, 适用与输出角位移和大力矩的场合.三三. 调节机构调节机构 调节机构又称调节阀, 它和普通阀门一样是一个局部阻力可以变化的节流元件. 由于阀芯在阀体内移动, 改变了阀芯与阀座之间的流通面积, 即改变了阀的阻力系数, 被控介质的流量相应改变, 从而达到调节工艺变量的目的.(一).
4、调节阀的结构调节阀的结构 1.阀芯形式阀芯形式 根据阀芯的动作形式可分为直行程阀芯和角行程阀芯两大类.直行程阀芯又分下列几种: (1) 平板型阀芯 具有快开特性, 可作两位控制用. (2) 柱塞型阀芯 常见特性有线性和等百分比两种. (3) 窗口型阀芯 (4) 多级阀芯 角行程阀芯通过阀芯的旋转运动改变其于阀座间的流通截面.分下列几种: (1) 偏心旋转阀芯 (2) 蝶型阀芯 (3) 球型阀芯(O型和V型) .2. 调节阀的结构形式调节阀的结构形式 (1) 直通单座调节阀 (2) 直通双座调节阀 (3) 角形阀 (4) 三通阀 (5) 蝶阀 (6) 套筒型调节阀 (7) 偏心旋转阀 (8) 高
5、压调节阀3. 流体对阀芯的作用形式和阀体的安装形式流体对阀芯的作用形式和阀体的安装形式 根据流体通过调节阀时对阀芯的作用方向, 分为流开阀和流闭阀. 阀芯有正装和反装两种形式: 阀芯下移时, 阀芯与阀座间的流通面积减小的称为正装阀, 反之则为反装阀.(二二). 调节阀的特性调节阀的特性 1.调节阀的流量方程: Q=CVSquar(P1-P2)/r) CV-流量系数, 反映调节阀流通能力的大小.其定义为: 60F的清水,保持阀两端压差为1psi, 阀全开状态下流过水的美加仑数. 其和流体的种类, 性质, 工况及阀芯阀座的结构尺寸等许多因素有关. 因此其是选择阀口径的重要依据. P1-阀前压力.
6、P2-阀后压力. r-流体重度. 2.调节阀的可调比 调节阀的可调比就是调节阀所能控制的最大流量与最小流量之比. 以R表示: R=Qmax/Qmin 3. 调节阀的流量特性调节阀的流量特性 调节阀的流量特性是指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. Q/Qmax=f(l/L) 式中Q/Qmax-相对流量,调节阀在某一开度流量Q与全开度流量Qmax之比; l/L-相对位移,调节阀某一开度位移与全开度阀芯位移L之比. (1).理想流量特性 称阀前后压差不随阀的开度而变化的流量特性为理想流量特性. 其又称固有流量特性, 主要有直线, 等百分比(对数), 抛物线及快开四种.
7、a. 直线流量特性 d(Q/Qmax)/d(l/L)=K K-调节阀的放大系数. 有Q/Qmax=1/R+(1-1/R)(l/L) R-调节阀的可调比. b. 等百分比流量特性(对数流量特性) d(Q/Qmax)/d(l/L)=K(Q/Qmax) 有Q/Qmax=EXP(l/L-1)InR) 可见调节阀的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. C. 快开特性 这种流量特性在开度较小时就有较大的流量, 随着开度的增大, 流量很快就达到最大, 此后再增加开度, 流量变化很小, 故称快开特性. 其阀芯型式是平板型的. 快开特性的调节阀适用于迅速启闭的切断阀或双位调节系统.(三三
8、). 空化作用及其避免空化作用及其避免 1.空化的物理过程 当压力为P1的液体流经节流孔时, 流速突然骤增, 而静压力骤然下降, 当孔后压力P2达到或底于该流体所在情况下的饱和蒸汽压, 部分液体汽化, 形成汽液两相共存的现象, 即发生闪蒸. 此时对阀芯等材质并无损伤作用. 闪蒸发生后, 随着流体的流动, 其静压力又要上升. 当静压力回升到该液体所在工况的饱和蒸汽压以上时, 闪蒸形成的气泡会破裂, 重新转化为液体, 这种气泡形成和破裂的过程称为空化空化. 这就是说, 空化有两个阶段: 第一阶段是液体内部形成空隙或气泡, 即闪蒸阶段; 第二阶段是气泡的破裂, 即空化阶段. 2.空化的破坏作用 (1
9、) 材质的损坏 由于气泡破裂时产生了较大的冲击力, 将严重地冲击损伤阀芯, 阀座和阀体, 造成汽蚀作用. 汽蚀对阀芯和阀座的破坏极其严重, 损坏通常产生在表面, 特别是产生在密封面处. (2) 振动 空化作用还带来阀芯的垂直振动和水平振动, 从而造成调节阀的机械磨损和破坏. (3) 噪声 空化作用将使调节阀产生各种噪声, 严重时产生呼啸声和尖叫声,其强度可达110dB, 从而对人的健康产生不良影响. 四四. 阀门定位器阀门定位器 1. 阀门定位器与气动调节阀配套使用, 是气动调节阀的主要附件. 它接受调节器的输出信号, 然后成比例地输出信号至执行机构, 当阀杆移动后, 其位移量又通过机械装置负
10、反馈到阀门定位器, 因此定位器与执行机构构成了一个闭环系统. 2. 阀门定位器能够增加执行机构的输出功率, 减少调节信号的传递滞后, 加快阀杆的移动速度, 能提高信号与阀位间的线性度, 克服阀杆的摩擦力和消除不平衡力的影响, 从而保证调节阀的正确定位. 3. 工作原理 阀门定位器是按力矩平衡原理工作的. 4. 阀门定位器的主要应用场合 a. 增加执行机构的推力 b. 加快执行机构的动作速度 c. 实现分程控制 d. 改善调节阀的流量特性五五. 电电/气转换器气转换器 1.电/气转换器是将电动仪表输出的420mA直流电流信号转换成可被气动仪表接受的标准气压信号, 以实现电动仪表与气动仪表的联用, 构成混合控制系统, 发挥各自的优点. 2.电/气转换器的工作原理 电/气转换器是基于力平衡原理工作的.
