过程控制第3章执行器.pptVIP

第3章 执行器; 在过程控制系统中，最常用的执行器是控制阀，也称调节阀。调节阀包括执行机构和阀两部分。调节阀是按照控制器所给定的信号大小和方向，改变阀的开度，以实现调节流体流量的装置。 调节阀按其所用能源可分为气动、电动和液动三类。它们有各自的优缺点和适用场合。气动调节阀以压缩空气为能源，由于其结构简单、动作可靠、维修方便和价格低廉且适用于防火防爆场所，因而广泛应用于化工、石油、冶金、电力和轻纺等工业部门。;3.1 气动调节阀的结构 气动调节阀由执行机构和阀(或称阀体组件)两部分组成。图3-1是气动薄膜调节阀的结构原理图。执行机构按照控制信号的大小产生相应的输出力，带动阀杆移动。阀直接与介质接触，通过改变阀芯与阀座间的节流面积调节流体介质的流量。有时为改善调节阀的性能，在其执行机构上装有阀门定位器，见图3-1左边部分。阀门定位器与调节阀配套使用，组成闭环系统，利用反馈原理提高阀的灵敏度，并实现阀的准确定位。 ;;3.1.1 气动执行机构 气动执行机构有薄膜式和活塞式两种。; 气动薄膜执行机构有正作用和反作用两种型式，其国产型号分别为 ZMA型和 ZMB型。信号压力增加时，推杆向下移动的叫正作用。反之，信号压力增大时，推杆向上移动的为反作用。如图3-2所示，稍加改装就可以把正、反作用倒过来。;3.1.2 阀 阀（或称阀体组件）是一个局部阻力可变的节流元件。它由阀体、上阀盖组件、下阀盖组件和阀内件组成。上阀盖组件包括上阀盖和填料函。阀内件是指阀体内部与介质接触的零部件。对普通阀而言，包括阀芯、阀座和阀杆等。 (1) 阀的结构形式 阀按结构形式分为：普通单座阀、普通双座阀、角形阀、蝶阀、三通阀和隔膜阀等，如图3-3所示。 如按阀座数目可分为单座阀和双座阀，如图3-3中的(a)，(b)。一般阀为单座阀。双座阀所需的推动力较小，动作灵敏。;(a) 直通单座阀 (b) 直通双座阀 (c) 角形阀 ;(2) 阀芯的作用方向 根据流体通过调节阀时对阀芯作用方向分为流开阀和流闭阀，如图3-4所示。流开阀稳定性好，有利于调节。一般情况，多采用流开阀。;(3) 阀芯的正装和反装形式 阀芯有正装和反装两种形式。阀芯下移，阀芯与阀座间的流通截面积减小的称为正装阀；相反，阀芯下移使它与阀座间流通截面积增大者为反装阀。对于图3-1所示的双导向正装阀，只要将阀杆与阀芯下端连接处相接，即为反装阀，如图3-5所示。公称直径 Dg25mm的调节阀为单导向式，只有正装阀。;(4) 阀的气开、气关作用方式 气动调节阀又可分为气开、气关两种作用方式。所谓气开式，即信号压力p0.02MPa时，阀开始打开，也就是说“有气”时阀开；气关式则相反，信号压力增大阀反而关小。 根据执行机构正、反作用型式以及阀芯的正装、反装，实现气动调节阀气开、气关作用方式可有四种不同的组合，如图3-6所示。;3.3.3 阀门定位器 阀门定位器常见的应用场合如下： (l ) 提高系统控制精度。 如高、低温或高压调节阀，以及控制易于在阀门零件挂胶或固结的工艺流体的调节阀等需要克服阀杆摩擦力；如温度、液位和成分等参数的缓慢控制过程需要提高调节阀的响应速度；如Dg25mm单座阀，Dg100mm双座阀或者前后压降ΔplMPa，阀前压力p110MPa等需要增加执行机构输出力和切断力。 (2) 系统需要改变调节阀的流量特性。 (3) 组成分程控制系统。;3.2 调节阀的流量系数 3.2.1 调节阀的流量方程 调节阀是一个局部阻力可变的节流元件。对于不可压缩流体，由能量守恒原理可知，调节阀上的压力损失为 (3-l) 式中， 为调节阀阻力系数；g为重力加速度； 为流体密度；p1，p2为调节阀前、后压力：w为流体平均速度。 因为 (3-2) 式中，Q为流体体积流量；F为调节阀流通截面积。;由式(3-1)和式(3-2)，可得调节阀流量方程 (3-3) 式中，K为与量纲有关的常数。 式(3-3)表明，当 不变时， 减小，流量Q增大；反之， 增大，Q减小。调节阀就是按照输入信号通过改变阀芯行程来改变阻力系数，从而达到调节流量的目的。;3.2.2 流量系数的定义 国际上流量系数通常用符号C表示。目前国际上对流量系数C的定义略有不同，主要有以下