1、第五章第五章 执行器执行器 l气动执行器气动执行器l气动执行器的结构与分类气动执行器的结构与分类l控制阀的流量特性控制阀的流量特性l控制阀的选择控制阀的选择l气动执行器的安装和维护气动执行器的安装和维护l电动执行器电动执行器l电电-气转换器及电气转换器及电-气阀门定位器气阀门定位器l电电-气转换器气转换器l电电-气阀门定位器气阀门定位器l数字阀与智能控制阀数字阀与智能控制阀l数字阀数字阀l智能控制阀智能控制阀TTTICM蒸蒸汽汽冷液冷液热热液液应用示例：应用示例：接收控制器送来的控制信号，改变被控介质接收控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上的流量，从而将
2、被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。或一定的范围内。v执行器的构成：执行器的构成：执行机构执行机构产生推力或位移的装置。产生推力或位移的装置。调节机构调节机构直接改变能量或物料输送量的装置，通常称直接改变能量或物料输送量的装置，通常称 为为控制阀控制阀或或调节阀调节阀。v 执行器的分类：执行器的分类：气动、电动和液动气动、电动和液动电动执行器电动执行器 气动执行器气动执行器 液动执行器液动执行器第一节第一节 气动执行器气动执行器 执行器的推动装置，它按控制信执行器的推动装置，它按控制信号压力的大小产生相应的推力，推动号压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号压力控制机
3、构动作，所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。的大小转换为阀杆位移的装置。执行器的控制部分，它直接与被执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量。所以控介质接触，控制流体的流量。所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。量的装置。l一、气动执行器的结构与分类一、气动执行器的结构与分类结构简单、价格便宜、维修方便，应用广泛。结构简单、价格便宜、维修方便，应用广泛。推力较大，用于大口径、高压降控制阀或推力较大，用于大口径、高压降控制阀或蝶阀的推动装置。蝶阀的推动装置。行程长、转矩大，适于输出转角行程长、转矩大，适于输出转角（6090）和力矩。
4、和力矩。根据有无弹簧可分为有弹簧的及无弹簧的执行机构。根据有无弹簧可分为有弹簧的及无弹簧的执行机构。气信号气信号气信号气信号薄膜式薄膜式 活塞式活塞式根据不同的使用要求，控制阀的结构形式主要有以下几种。根据不同的使用要求，控制阀的结构形式主要有以下几种。阀体内只有一个阀芯与阀座。阀体内只有一个阀芯与阀座。结构简单、泄漏量小，易保证关闭，甚至完全切断。结构简单、泄漏量小，易保证关闭，甚至完全切断。在压差大的时候，流体对阀芯上下作用的推力不在压差大的时候，流体对阀芯上下作用的推力不平衡，这种不平衡力会影响阀芯的移动。平衡，这种不平衡力会影响阀芯的移动。直通单座阀直通单座阀 阀体内有两个阀芯和阀座。
5、阀体内有两个阀芯和阀座。流体流过的时候，不平衡力小。流体流过的时候，不平衡力小。容易泄漏容易泄漏 角形阀的两个接管呈直角形，角形阀的两个接管呈直角形，一般为底进侧出。一般为底进侧出。流路简单、阻力较小，适于现场流路简单、阻力较小，适于现场管道要求直角连接，介质为高黏度、管道要求直角连接，介质为高黏度、高压差和含有少量悬浮物和固体颗粒高压差和含有少量悬浮物和固体颗粒状的场合。状的场合。采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜。采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜。结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他种类的阀要大。结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他种类的阀要大。不易泄漏。耐腐蚀性强，适用于强酸、强碱、强腐蚀性介
6、质的不易泄漏。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。控制，也能用于高黏度及悬浮颗粒状介质的控制。结构简单、重量轻、价格便宜、流阻极小。结构简单、重量轻、价格便宜、流阻极小。泄漏量大。泄漏量大。球阀的阀芯与阀体都呈球形体，转动阀芯使之与球阀的阀芯与阀体都呈球形体，转动阀芯使之与阀体处于不同的相对位置时，就具有不同的流通面积，阀体处于不同的相对位置时，就具有不同的流通面积，以达到流量控制的目的。以达到流量控制的目的。密封性好。重量轻、体密封性好。重量轻、体积小、安装方便，适用积小、安装方便，适用于高黏度或带有悬浮物于高黏度或带有悬浮物的介质流量控制
7、。的介质流量控制。可调比大、振动小、不平衡力小、结构简单、套筒互换性好，可调比大、振动小、不平衡力小、结构简单、套筒互换性好，更换不同的套筒可得到不同的流量特性，阀内部件所受的汽更换不同的套筒可得到不同的流量特性，阀内部件所受的汽蚀小、噪声小，是一种性能优良的阀，特别适用于要求低噪蚀小、噪声小，是一种性能优良的阀，特别适用于要求低噪声及压差较大的场合。声及压差较大的场合。不适用高温、高黏度及不适用高温、高黏度及含有固体颗粒的流体。含有固体颗粒的流体。(阀前后压差不随阀的开度而变阀前后压差不随阀的开度而变)不同流量特性的阀芯形状不同流量特性的阀芯形状1快开；快开；2直线；直线；3抛物线；抛物线；
8、4等百分比等百分比 在不考虑在不考虑控制阀前后压控制阀前后压差变化时得到差变化时得到的流量特性称的流量特性称为理想流量特为理想流量特性。它取决于性。它取决于阀芯的形状。阀芯的形状。l二、控制阀的流量特性二、控制阀的流量特性 是指被控介质流过阀门的相对流量与阀是指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，即门的相对开度（相对位移）间的关系，即 LlfQQmaxCLlKQQmax 指控制阀的相对流量与相指控制阀的相对流量与相对开度成直线关系。对开度成直线关系。是指单位相对行程变化所引起的相是指单位相对行程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。对流量变化与此点的相
9、对流量成正比关系。1maxLlRQQ1 快开；快开；2 直线；直线；3 抛物线；抛物线；3 修正抛物线；修正抛物线；4 等百分比等百分比2max111LlRRQQ 这种流量特性在开度较小时就有较大流量，随这种流量特性在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。开度的增大，流量很快就达到最大。快开特性的阀芯形式是平板形的，适用于迅速快开特性的阀芯形式是平板形的，适用于迅速启闭的切断阀或双位控制系统。启闭的切断阀或双位控制系统。在实际生产中，控制阀前后压差总是变化的，这时的在实际生产中，控制阀前后压差总是变化的，这时的流量特性称为流量特性称为图图5-14 串联管道的情形串联管道的情
10、形图图5-15 管道串联时控制阀压差管道串联时控制阀压差变化情况变化情况图图5-16管道串联时控制阀的工作特性管道串联时控制阀的工作特性 控制阀一般都装有旁路，以便手动操作和维护。当控制阀一般都装有旁路，以便手动操作和维护。当生产量提高或控制阀选小了时，只好将旁路阀打开一些，生产量提高或控制阀选小了时，只好将旁路阀打开一些，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。图图5-17 并联管道的情况并联管道的情况如图如图5-17所示，显然这时管所示，显然这时管路的总流量路的总流量Q是控制阀流量是控制阀流量Q1与旁路流量与旁路流量Q2之和，即之和，即QQ1
11、Q2。以以x x代表并联管道时控制阀全开时的流量代表并联管道时控制阀全开时的流量Q Q1max1max与与总管最大流量总管最大流量Q Qmaxmax之比，可以得到在压差之比，可以得到在压差p p为一定为一定时，而时，而x x为不同数值时的工作流量特性曲线。为不同数值时的工作流量特性曲线。图图5-185-18并联管道时控制阀的工作特性并联管道时控制阀的工作特性l三、控制阀的选择三、控制阀的选择 主要根据工艺条件，如温度、压力及介质的物理、主要根据工艺条件，如温度、压力及介质的物理、化学特性（如腐蚀性、黏度等）来选择。化学特性（如腐蚀性、黏度等）来选择。先按控制系统的特点来选择阀的希望流量特性，然
12、先按控制系统的特点来选择阀的希望流量特性，然后再考虑工艺配管情况来选择相应的理想流量特性。后再考虑工艺配管情况来选择相应的理想流量特性。有压力信号时阀关、无信号压力时阀开的为有压力信号时阀关、无信号压力时阀开的为气关式气关式。反之，为反之，为气开式气开式。序号序号执行机构执行机构控制阀控制阀气动执行器气动执行器（a a）（b b）（c c）（d d）正正正正反反反反正正反反正正反反气关（正）气关（正）气开（反）气开（反）气开（反）气开（反）气关（正）气关（正）表表5-1 5-1 组合方式表组合方式表 主要从工艺生产上安全要求出发主要从工艺生产上安全要求出发。信号压力中断时，信号压力中断时，应保
13、证设备和操作人员的安全。如果阀处于打开位置时危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，则应选用气关式，以使气源系统发生故障，气源害性小，则应选用气关式，以使气源系统发生故障，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。危害性小，则应选用气开阀。TTTCM加加热热炉炉FTFfFICMFT2煤气煤气Q1空气空气Q2FC1M 口径选择得过小，会使流经控制阀的介质口径选择得过小，会使流经控制阀的介质达不到所需要的最大流量。达不到所需要的最大流量。口径选择得过大，会浪费设备投资，且使口径选择得过大，会
14、浪费设备投资，且使控制阀经常处于小开度工作，控制性能变差，控制阀经常处于小开度工作，控制性能变差，易使控制系统变得不稳定。易使控制系统变得不稳定。第二节第二节 电动执行机构电动执行机构 电动执行机构有电动执行机构有角行程角行程和和直行程直行程两种，是以两相两种，是以两相交流电机为动力的位置伺服机构，它将输入的直流电交流电机为动力的位置伺服机构，它将输入的直流电流信号线性地转换成位移量。流信号线性地转换成位移量。（一）基本结构和工作原理（一）基本结构和工作原理伺服放大器伺服放大器位置发送器位置发送器伺服电机伺服电机减速器减速器阀位指示放大器放大器执行机构执行机构420mAIiIf电动执行机构方框
15、图电动执行机构方框图090O操作器操作器0900mmmm角行程角行程 直行程直行程（二）伺服放大器（二）伺服放大器作用：作用：将信号将信号Ii 和和If 综合、比较并放大，然后通过可控综合、比较并放大，然后通过可控 硅交流开关去控制伺服电机的正、反转硅交流开关去控制伺服电机的正、反转。（三）执行机构（三）执行机构伺服电机伺服电机减速器减速器位置发送器位置发送器090220VAC420mADCCDW1W2220VACl一、电一、电-气转换器气转换器1喷嘴挡板；喷嘴挡板；2调零弹簧；调零弹簧；3负反馈波纹管；负反馈波纹管；4十字弹簧；十字弹簧；5正反馈波纹管；正反馈波纹管；6杠杆；杠杆；7测量线圈
16、；测量线圈；8磁钢；磁钢；9铁芯；铁芯；10放大器放大器第三节第三节 电电-气转换器及电气转换器及电-气阀门定位器气阀门定位器 电电-气转换器把电动控制器的输出信号变为气信号去驱动气转换器把电动控制器的输出信号变为气信号去驱动气动执行器，此时常用电气动执行器，此时常用电-气阀门定位器，它具有电气阀门定位器，它具有电-气转换器气转换器和气动阀门定位器两种作用。和气动阀门定位器两种作用。l二、电二、电-气阀门定位器气阀门定位器 具有电具有电-气转换器的作用，可用电动控制器输出的气转换器的作用，可用电动控制器输出的4 420 mA DC20 mA DC信号去操纵气动执行机构；信号去操纵气动执行机构；
17、具有气动阀门定位器的作用，可以使阀门位置按控具有气动阀门定位器的作用，可以使阀门位置按控制器送来的信号准确定位。制器送来的信号准确定位。改变图改变图5-245-24中反馈凸轮中反馈凸轮5 5的形状或安装位置，还可以的形状或安装位置，还可以改变控制阀的流量特性和实现正、反作用。改变控制阀的流量特性和实现正、反作用。图图5-245-24电电-气阀门定位器气阀门定位器1力矩马达；力矩马达；2主杠杆；主杠杆；3平衡弹簧；平衡弹簧；4反馈凸轮支点；反馈凸轮支点；5反馈凸轮；反馈凸轮；6副杠杆；副杠杆；7副杠杆支点；副杠杆支点；8薄膜执行机构；薄膜执行机构；9反馈杆；反馈杆；10滚轮；滚轮；11反馈弹簧；
18、反馈弹簧；12调零弹簧；调零弹簧；13挡板；挡板；14喷嘴；喷嘴；15主杠杆支点主杠杆支点l一、数字阀一、数字阀是一种位式的数字执行器，由一系列并联安装是一种位式的数字执行器，由一系列并联安装而且按二进制排列的阀门所组成。而且按二进制排列的阀门所组成。第四节第四节 数字阀与智能控制阀数字阀与智能控制阀高分辨率高分辨率高精度高精度反应速度快，关闭特性好。反应速度快，关闭特性好。直接与计算机相连。直接与计算机相连。没有滞后、线性好、噪声小。没有滞后、线性好、噪声小。图图5-258位二进制数字阀原理图位二进制数字阀原理图l二、智能控制阀二、智能控制阀集常规仪表的检测、控制、执行等作集常规仪表的检测、控制、执行等作用于一身，具有智能化的控制、显示、诊断、保护和用于一身，具有智能化的控制、显示、诊断、保护和通信功能，是以控制阀为主体，将许多部件组装在一通信功能，是以控制阀为主体，将许多部件组装在一起的一体化结构。起的一体化结构。控制智能控制智能 通信智能通信智能 诊断智能诊断智能
