第五章执行器PPT课件

《第五章执行器PPT课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章执行器PPT课件（57页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、化工仪表及自化工仪表及自动化动化第五章第五章 执行器执行器 执执行行器器是是自自动动控控制制系系统统中中的的一一个个重重要要组组成成部部分分。它它的的作作用用是是接接收收控控制制器器送送来来的的控控制制信信号号，改改变变被被控控介介质质，从从而而将将被被控控变变量量维维持持在在所所要要求求的的数数值值上上或或一一定的范围内。定的范围内。控制器操纵变量被控变量测量元件变送器控制阀对象给定值x偏差e控制器输出pqy测量值z_干扰作用f根据动作能源的不同，执行器可以分为以下三类：根据动作能源的不同，执行器可以分为以下三类：气动执行器：以气压为动力，推动机构动作。气动执行器：以气压为动力，推动机构动作

2、。电动执行器：以电动机作为动力源，推动机构动电动执行器：以电动机作为动力源，推动机构动作。作。液动执行器：以液压站提供的流体（液压油）高液动执行器：以液压站提供的流体（液压油）高压为动力源，推动机构动作。压为动力源，推动机构动作。执行器分类执行器分类第一节、气动执行器第一节、气动执行器气气动动执执行行器器(习习惯惯称称为为气气动动调调节节阀阀)是是用用压压缩缩空空气气为为能能源源,结结构构简简单单、动动作作可可靠靠、平平稳稳、输输出出推推动动力力大大、维维修修方方便便、防防火火防防爆爆、价价格格较较低低、广广泛泛应应用用于于化化工工、炼炼油油生产。生产。1、执行机构、执行机构2、控制机构、控制

3、机构一、气动执行器的结构和分类一、气动执行器的结构和分类 气气动动执执行行器器是是由由执执行行机机构构和和控控制制机机构构(阀阀)两两部部分分组组成成。执执行行机机构构是是执执行行器器的的推推动动装装置置，它它按按控控制制信信号号压压力力的的大大小小产产生生相相应应的的推推力力，推推动动控控制制机机构构动动作作，所所以以它它是是将将信信号号压压力力的的大大小小转转换换成成阀阀杆杆位位移移的的装装置置。控控制制机机构构是是执执行行器器的的控控制制部部分分，它它直直接接与与被被控控介介质质接接触触，控控制制流流体体的的流流量量。所所以以它它是是将将阀阀杆杆的的位位移移转转换换为为流流过过阀阀的的流

4、量的装置流量的装置 执行器的推动装置。执行器的推动装置。薄膜执行机构：气薄膜执行机构：气压推动薄膜并带动压推动薄膜并带动连杆运动。连杆运动。活塞执行机构：气活塞执行机构：气压推动活塞并带动压推动活塞并带动连杆运动。连杆运动。一、执行机构一、执行机构 其其中中薄薄膜膜式式执执行行机机构构最最为为常常用用，它它用用作作一一般般控控制制阀阀的的推推动动装装置置，组组成成气气动动薄薄膜膜式式执执行行器器。它它的的结构简单、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。气气动动活活塞塞式式执执行行机机构构的的推推力力较较大大，主主要要适适用用于于大口径、高压降控制阀或蝶阀的推动装

5、置。大口径、高压降控制阀或蝶阀的推动装置。除除薄薄膜膜式式和和活活塞塞式式之之外外，还还有有长长行行程程执执行行机机构构。它它的的行行程程长长、转转矩矩大大，适适用用输输出出转转角角（00900）和和力力矩矩，如如用用于于蝶蝶阀阀或或风门的推动装置。风门的推动装置。输入信号输入信号空气压力：空气压力：0.020.1MPa 输出输出按连杆最大位移按连杆最大位移行程确定规格：行程确定规格：v10，16，25，40，60，100mm 气动薄膜式执行机构作用方式气动薄膜式执行机构作用方式 正作用正作用 反作用反作用 1、薄膜式执行机构、薄膜式执行机构气动薄膜式执行机构分类气动薄膜式执行机构分类 有弹簧

6、的薄膜执行机构有弹簧的薄膜执行机构 在薄膜或活塞上增加弹簧，使其行在薄膜或活塞上增加弹簧，使其行程与气压成正比程与气压成正比 常用于连续变化量的控制。常用于连续变化量的控制。无弹簧的薄膜执行机构，无弹簧的薄膜执行机构，常用于开关方式控制。常用于开关方式控制。2、气动活塞式执行机构、气动活塞式执行机构 气气动动活活塞塞式式执执行行机机构构如如图图所所示示。它它由由活活塞塞和和气气缸缸两两部部分分构构成成。气气缸缸内内的的活活塞塞随随气气缸缸两两侧侧的的压压差差而而移移动动，在在气气缸缸两两侧侧可可分分别别输输入入不不同同的的信信号号p1和和p2，其其中中可可以以有有一一个个是是固定信号，或两个都

7、是变动信号。固定信号，或两个都是变动信号。气气动动活活塞塞式式执执行行机机构构的的气气缸缸操操作作压压力力允允许许为为500kPa，因因为为没没有有弹弹簧簧反反作作用用力力，所所以以有有很很大大的的输输出推力，特别适合于高静压、高压差的场合。出推力，特别适合于高静压、高压差的场合。气气动动活活塞塞式式执执行行机机构构的的输输出出特特性性有有两两位位式式和和比比例例式式两两种种。两两位位式式是是根根据据活活塞塞两两侧侧的的压压差差而而工工作作的的，活活塞塞从从高高压压侧侧推推向向低低压压侧侧，使使推推杆杆从从一一个个极极端端位置移到另一个极端位置，行程一般为位置移到另一个极端位置，行程一般为25

8、100mm。3、气动长行程执行机构气动长行程执行机构 带带定定位位器器的的长长行行程程执执行行机机构构，用用于于控控制制蝶蝶阀阀、风风门门挡挡板板等等阀阀体体，可可输输出出090的的转转角角。具具有有转转矩矩大大、行行程程长长（200400mm）等等特特点点。长长行行程程机机构构基基于于力力矩矩平平衡衡原原理理，与与定定位位器器配配合合工工作作。在在输输入入信信号号pi的的作作用用下下，使使输输出出摇摇臂臂产产生生090的的转转角角，而而且且转转角角与与输输入入信信号号之之间间成成对对应应关关系系。可可通通过过更更换换不不同同形形状状的的反反馈馈凸凸轮轮1，来来实现执行机构的不同特性。实现执行

9、机构的不同特性。控控制制机机构构亦亦称称阀阀体体，可可与与各各种种执执行行机机构构（气气动动、液液动动、电电动动）配配合合构构成成执执行行器器。它它和和普普通通阀阀门门一一样样，也也是是一一个个局局部部阻阻力力可可以以变变化化的的节节流流元元件件。在在执执行行机机构构的的推推杆杆作作用用下下，阀阀芯芯在在阀阀体体内内运运动动，改改变变了了阀阀芯芯和和阀阀座座之之间间的的流流通通截截面面积积，即即改改变变了了控控制制阀阀的的阻阻力力系系数数，使使被被控控介介质质的流量发生相应变化。的流量发生相应变化。二、控制机构二、控制机构 阀芯有正装和反装两种形式。当阀芯向下移阀芯有正装和反装两种形式。当阀芯

10、向下移动时，阀芯与阀座之间的流通面积减小，称为动时，阀芯与阀座之间的流通面积减小，称为正装阀。正装阀。作用作用 直接作用于对象，并使对象的运动（如流量）直接作用于对象，并使对象的运动（如流量）发生变化。发生变化。由于被控对象千差万别，控制机构的形式也各由于被控对象千差万别，控制机构的形式也各不相同，如调节阀、调压变压器、变速器、振动给不相同，如调节阀、调压变压器、变速器、振动给料机等等。料机等等。化工系统中最常用的控制机构为各种形式的控化工系统中最常用的控制机构为各种形式的控制阀。制阀。控制阀控制阀控控制制阀阀是是一一个个局局部部阻阻力力可可以以改改变变的的节节流流元元件件。由由于于阀阀芯芯在

11、在阀阀体体内内移移动动，改改变变了了阀阀芯芯与与阀阀座座之之间间的的流流通通面面积积，即即改改变变了了阀阀的的阻阻力力系系数数，被被调调介介质质的的流流量量也也就就相相应应地地改改变变，从从而而达达到到调调节节工工艺艺参参数数的目的。的目的。正作用：正作用：阀芯向下，流通面积减少。阀芯向下，流通面积减少。反作用：反作用：阀芯向上，流通面积增大。阀芯向上，流通面积增大。1、按照不同的使用要求，控制阀主要有以下几种、按照不同的使用要求，控制阀主要有以下几种:（1）直通单座阀）直通单座阀阀体内有一个阀芯、一个阀座。其特点是结构简单，泄阀体内有一个阀芯、一个阀座。其特点是结构简单，泄漏量小，易于关闭，

12、可将流体完全切断。由于单座阀只漏量小，易于关闭，可将流体完全切断。由于单座阀只有一个阀芯，流体流动时产生的单方向的不平衡力大，有一个阀芯，流体流动时产生的单方向的不平衡力大，尤其在高压差、大口径时，不平衡力更大。所以，它只尤其在高压差、大口径时，不平衡力更大。所以，它只适用于低压差的场合。适用于低压差的场合。（2）直通双座阀）直通双座阀 阀阀体体内内有有两两个个阀阀芯芯和和阀阀座座，流流体体从从左左侧侧进进入入，通通过过上上、下下阀阀芯芯后后，再再汇汇合合在在一一起起，由由右右侧侧流流出出。由由于于流流体体流流过过的的时时候候，作作用用在在上上、下下两两个个阀阀芯芯上上的的推推力力方方向向相相

13、反反而而大大小小近近于于相相等等，可可以以相相互互抵抵消消，所所以以不不平平衡衡力力小小。但但是是，由由于于受受加加工工的的限限制制，上上下下两两个个阀阀芯芯阀阀座座不不易易保保证证同同时时关关严严，因因此此泄泄漏漏量量较较大。流通能力较大。大。流通能力较大。适适用用于于低低粘粘度度、不不含含纤纤维维、悬悬浮浮颗颗粒粒的的洁洁净净介介质质及及高高压压差差、高静压且允许有泄漏的场合。高静压且允许有泄漏的场合。（3）角形阀）角形阀 阀阀体体为为直直角角形形，其其他他结结构构与与直直通通单单座座阀阀相相似似。其其阀阀芯芯为为单单导导向向结结构构，只只能能正正装装。角角形形阀阀的的流流路路简简单单，阻

14、阻力力小小，适适用用于于高高压压差差、高高粘粘度度、含含悬悬浮浮物物和和颗颗粒粒状状物物质质流流体体的的控控制制，可可避避免免堵堵塞塞和和结焦，便于自净和清洗。结焦，便于自净和清洗。（4）三通阀）三通阀有有三三个个出出入入口口与与管管道道相相连连，按按作作用用方方式式分分为为分分流流式式和和合合流流式式。分分流流阀阀是是一一进进两两出出，合合流流阀阀是是两两进进一一出出。阀阀芯芯移移动动时时，流流体体一一路路增增加加，另另一一路路减减小小。但但总量不变。总量不变。（5）隔膜控制阀）隔膜控制阀 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。（6）笼式阀）笼式阀 笼笼式式阀阀的的可可调调

15、比比大大、振振动动小小、不不平平衡衡力力小小、结结构构简简单单，套套筒筒互互换换性性好好。特特别别适适合合于于要要求求低低噪噪音音及及压压差差较较大大的的场场合合。但不适合高温、高黏度及含固体颗粒的流体。但不适合高温、高黏度及含固体颗粒的流体。（7）蝶阀（翻板阀）蝶阀（翻板阀）蝶蝶阀阀又又称称挡挡板板阀阀或或翻翻板板阀阀，它它由由阀阀体体、挡挡板板、挡挡板板轴轴和和轴轴封封等等部部分分组组成成，一一般般与与长长行行程程执执行行机机构构相相配配合合，气气压压信信号号通通过过杠杠杆杆带带动动挡挡板板轴轴使使挡挡板板偏偏转转，改改变变流流通通面面积积，从从而而改改变变流流量量。其其特特点点是是阻阻力

16、力损损失失小小，结结构构简简单单，价价格格低低，使使用用寿寿命命长长，特特别别适适用用于于低低压压差差、大大口口径径、大大流流量量气气体体及及悬悬浮浮固固体体物物质质的的流流体体的的场场合合，但但泄漏量大。泄漏量大。（8）球阀）球阀 2、安装、安装 a、安安装装前前须须检检查查产产品品型型号号、规规格格是是否否与与使使用用要要求求相相符符，然然后后将将管管道道彻彻底底清清洗洗，去去除除焊焊渣渣、杂物等。杂物等。b、将将阀阀门门正正立立、垂垂直直安安装装在在水水平平管管道道上上，不不得得已已时时可可倾倾斜斜安安装装、阀阀自自重重量量较较大大时时或或有有振振动的场合，应予支撑和加固。动的场合，应予

17、支撑和加固。C、安安装装场场地地考考虑虑到到人人员员与与设设备备的的安安全全，既既便于操作，又有利于拆装与维修。便于操作，又有利于拆装与维修。d、阀阀门门应应安安装装在在环环境境温温度度为为-3060场场合使用合使用。流流量量特特性性-被被控控介介质质流流过过阀阀门门的的相相对对流流量量与与阀阀门门的的相相对开度（相对位移）间的关系对开度（相对位移）间的关系三、控制阀的流量特性三、控制阀的流量特性控制阀前后压差保持不变时的流量特性称为理想控制阀前后压差保持不变时的流量特性称为理想流量特性；在实际使用过程中，控制阀前后的压流量特性；在实际使用过程中，控制阀前后的压差会随阀的开度变化而变化，此时的

18、流量特性称差会随阀的开度变化而变化，此时的流量特性称为工作流量特性。为工作流量特性。理想流量特性理想流量特性（1）直线型）直线型（2）等百分比）等百分比3）抛物线流量特性）抛物线流量特性（4）快开流量特性）快开流量特性工作流量特性工作流量特性 （1）串联管道的工作流量特性）串联管道的工作流量特性 （2）并联管道的工作流量特性）并联管道的工作流量特性1、控制阀理想流量特性、控制阀理想流量特性（1）直线流量特性）直线流量特性（2）等百分比流量特性）等百分比流量特性（3）抛物线流量特性）抛物线流量特性（4）快开特性）快开特性2、控制阀工作流量特性、控制阀工作流量特性（1）串联管道的工作流量特性）串联

19、管道的工作流量特性（2）并联管道的工作流量特性）并联管道的工作流量特性 1、结构与特性的选择、结构与特性的选择2、气开式与气关式的选择、气开式与气关式的选择3、控制阀口径的选择、控制阀口径的选择四、控制阀的选择四、控制阀的选择1、结构与特性的选择、结构与特性的选择2、气开式与气关式的选择、气开式与气关式的选择 有压力信号时阀关，无压力信号时阀开的阀为气关式。反有压力信号时阀关，无压力信号时阀开的阀为气关式。反之，为气开式。之，为气开式。3、控制阀口径的选择、控制阀口径的选择1、2、3、第三节第三节 电动执行器电动执行器 电电动动执执行行器器接接受受来来自自调调节节器器的的直直流流电电流流信信号

20、号,并并将将其其转转换换成成相相应应的的角角位位移移或或直直行行程程位位移移,去去操操纵纵阀阀门、挡板等调节机构，以实现自动调节。门、挡板等调节机构，以实现自动调节。与气动执行器相比较，电动执行器有下列特点。与气动执行器相比较，电动执行器有下列特点。由由于于工工频频电电源源取取用用方方便便，不不需需增增添添专专门门装装置置，特特别别是执行器应用数量不太多的单位是执行器应用数量不太多的单位,更为适宜更为适宜;动动作作灵灵敏敏、精精度度较较高高、信信号号传传输输速速度度快快、传传输输距距离离可以很长，便于集中控制可以很长，便于集中控制;在在电电源源中中断断时时，电电动动执执行行器器能能保保持持原原

21、位位不不动动，不不影影响主设备的安全响主设备的安全;与电动控制仪表配合方便，安装接线简单与电动控制仪表配合方便，安装接线简单;体体积积较较大大、成成本本较较贵贵、结结构构复复杂杂、维维修修麻麻烦烦，并并只只能应用于防爆要求不太高的场合。能应用于防爆要求不太高的场合。电动执行器的特点电动执行器的特点电动执行器的组成电动执行器的组成 电动执行器是由电动执行机构和控制机构两部分组电动执行器是由电动执行机构和控制机构两部分组成。其中电动执行机构将控制仪表来的控制电信号转成。其中电动执行机构将控制仪表来的控制电信号转换成力或力矩，进而输出一定的转角或位移；而控制换成力或力矩，进而输出一定的转角或位移；而

22、控制机构则是直接改变被控介质流量的装置。机构则是直接改变被控介质流量的装置。电电动动执执行行机机构构根根据据其其输输出出形形式式不不同同，主主要要有有角角行行程程电电动动执执行行机机构构、直直行行程程电电动动执执行行机机构构和和多多转转式式电电动执行机构。它们在电气原理方面基本上是相同的。动执行机构。它们在电气原理方面基本上是相同的。1、角行程电动执行机构、角行程电动执行机构 角角行行程程电电动动执执行行机机构构以以交交流流220V为为动动力力，接接受受控控制制器器的的直直流流电电流流输输出出信信号号，并并转转变变为为090的的转转角角位位移移，以以一一定定的的机机械械转转矩矩和和旋旋转转速速

23、度度自自动动操操纵纵挡挡板板、阀阀门门等等调调节节机机构构,完完成成调调节任务。节任务。图10-9 角行程执行机构的组成示意图2、直行程电动执行机构、直行程电动执行机构 直直行行程程电电动动执执行行机机构构是是以以控控制制仪仪表表的的指指令令作作为为输输入入信信号号,使使电电动动机机动动作作,然然后后经经减减速速器器减减速速并并转转换换为为直直线线位位移移输输出出，去去操操作作单单座座、双双座座、三三通通等等各各种种控控制制阀和其他直线式调节机构，以实现自动调节的目的。阀和其他直线式调节机构，以实现自动调节的目的。另外，还有一种多转式电动执行机构，它主要用来另外，还有一种多转式电动执行机构，它主要用来开启和关闭闸阀、截止阀等多转式阀门。开启和关闭闸阀、截止阀等多转式阀门。由于多转式由于多转式执行机构的电机功率比较大，最大有几十千瓦，一般执行机构的电机功率比较大，最大有几十千瓦，一般多用作就地操作和遥控场合。多用作就地操作和遥控场合。第三节第三节电气转换器及阀门定位器电气转换器及阀门定位器电电-气气转转换换器器可可以以把把电电动动变变送送器器来来的的电电信信号号变变为为气气信信号号,送送到到气气动动控控制制器器或或气气动动显显示示仪仪表表;也也可可以以把把电电动动控制器的输出信号变为气信号去驱动气动控制阀。控制器的输出信号变为气信号去驱动气动控制阀。