化工仪表自动化教案第五章..docx

化工仪表自动化教案第五章执行器作用：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或一定的范围内。按能源形式分：气动执行器（0.02~0.1MPa）电动执行器（电信号）液动执行器第一节 气动执行器结构：执行机构：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，推动控制机构动作，所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。控制机构：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。所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。常用辅助装置：阀门定位器手轮一、气动执行器的结构与分类1、执行机构分类：薄膜式：结构简单、价格便宜、维修方便，应用广泛。活塞式：推力较大，用于大口径、高压降控制阀或蝶阀的推动装置。长行程：行程长、转矩大，适于输出转角（60°～90°）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。气动薄膜式执行机构有正作用和反作用两种形式。当输入气压信号增加时阀杆向下移动时称正作用；当输入气压信号增加时阀杆向上移动时称反作用。在工业生产中口径较大的调节阀通常采用正作用方式。 薄膜式1-上盖 2-膜片 3-平衡弹簧 4-阀杆 5-阀体 6-阀座 7-阀芯活塞式1-活塞 2-气缸3-推杆4-阀杆5-填料 6-阀体7-阀芯8-阀座2、控制机构 即是控制阀，是一个局部阻力可以改变的节流元件。结构形式分类：直通单座控制阀 阀体内只有一个阀芯与阀座。 特点：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平衡，这种不平衡力会影响阀芯的移动。直通双座控制阀阀体内有两个阀芯和阀座。特点：流体流过的时候，不平衡力小，容易泄漏。根据阀芯与阀座的相对位置，可分为正作用式与反作用式两种形式。阀门中的柱式阀芯可以正装，也可以反装。 正装阀：阀芯下移时，阀芯与阀座间的流通截面积减小。反装阀：阀芯下移时，阀芯与阀座间的流通截面积增大。角形控制阀角形阀的两个接管呈直角形，一般为底进侧出。特点：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、高压差和含有少量悬浮物和固体颗粒状的场合。三通控制阀共有三个出入口与工艺管道连接。按照流通方式分：隔膜控制阀采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜。特点：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、强腐蚀性介质的控制，也能用于高黏度及悬浮颗粒状介质的控制。蝶阀 球阀凸轮挠曲阀笼式阀　 凸轮阀 笼式阀二、控制阀的流量特性定义：调节阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量和阀门相对开度之间的关系；控制阀的理想流量特性在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。它取决于阀芯的形状。不同流量特性的阀芯形状1-快开；2-直线；3-抛物线；4-等百分比直线流量特性指控制阀的相对流量与相对开度成直线关系。（5-2）将5-2积分得：（5-3）边界条件：l=0时，Q=Qmin; l=L时Q=Qmax把边界条件代入式（5-3），可分别得：（5-4）R为控制阀的可调范围或可调比。注意：Qmin不等于控制阀全关时的泄漏量，一般是Qmax的2％～4％。举例：当R=30,l/L=0时，Q/Qmax=0.33，假设R=∞,位移变化量为10%。在10％时，流量变化的相对值为 在50％时，流量变化的相对值为 在80％时，流量变化的相对值为 等百分比（对数）流量特性等百分比流量特性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。（5-6）将5-6积分得：将前述边界条件代入：（5-7）抛物线流量特性快开特性 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。 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。2、控制阀的工作流量特性 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。（1）串联管道的工作流量特性 图5-14 串联管道的情形 图5-15管道串联时控制阀压差变化情况图5-16 管道串联时控制阀的工作特性（2）并联管道的工作流量特性　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，此时控制阀的理想流量特性就改变成为工作特性。如图5-17所示，显然这时管路的总流量Q是控制阀流量Q1与旁路流量Q2之和，即Q＝Q1＋Q2。图5-17 并联管道的情况以x代表并联管道时控制阀全开时的流量Q1max与总管最大流量Qmax之比，可以得到在压差Δp为一定时，而x为不同数值时的工作流量特性曲线。当x＝1，即旁路阀关闭、Q2＝0时，控制阀的工作流量特性与它的理想流量特性相同。随着x值的减小，即旁路阀逐渐打开，虽然阀本身的流量特性变化不大，但可调范围大大降低了。控制阀关死，