化工儀表自動化教案第五章

1、化工儀表自動化教案第五章執(zhí)行器作用：接收控制器送來的控制信號，改變被控介質(zhì)的流量，從而將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。按能源形式分：氣動執(zhí)行器（0.020.1MPa）電動執(zhí)行器（電信號）液動執(zhí)行器第一節(jié) 氣動執(zhí)行器結(jié)構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行器的推動裝置，它按控制信號壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動控制機構(gòu)動作，所以它是將信號壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置。控制機構(gòu)：執(zhí)行器的控制部分，它直接與被控介質(zhì)接觸，控制流體的流量。所以它是將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流過閥的流量的裝置。常用輔助裝置：1、 閥門定位器2、 手輪一、氣動執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類1、執(zhí)行機構(gòu)分類：薄膜式：結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、維修方便，應(yīng)

2、用廣泛?；钊剑和屏^大，用于大口徑、高壓降控制閥或蝶閥的推動裝置。長行程：行程長、轉(zhuǎn)矩大，適于輸出轉(zhuǎn)角（60°90°）和力矩。根據(jù)有無彈簧可分為有彈簧的及無彈簧的執(zhí)行機構(gòu)。氣動薄膜式執(zhí)行機構(gòu)有正作用和反作用兩種形式。當(dāng)輸入氣壓信號增加時閥桿向下移動時稱正作用；當(dāng)輸入氣壓信號增加時閥桿向上移動時稱反作用。在工業(yè)生產(chǎn)中口徑較大的調(diào)節(jié)閥通常采用正作用方式。 薄膜式1-上蓋 2-膜片 3-平衡彈簧 4-閥桿 5-閥體 6-閥座 7-閥芯活塞式1-活塞 2-氣缸3-推桿4-閥桿5-填料 6-閥體7-閥芯8-閥座2、控制機構(gòu) 即是控制閥，是一個局部阻力可以改變的節(jié)流元件。結(jié)構(gòu)形式分類

3、：（1） 直通單座控制閥 閥體內(nèi)只有一個閥芯與閥座。 特點：結(jié)構(gòu)簡單、泄漏量小，易保證關(guān)閉，甚至完全切斷。在壓差大的時候，流體對閥芯上下作用的推力不平衡，這種不平衡力會影響閥芯的移動。（2） 直通雙座控制閥閥體內(nèi)有兩個閥芯和閥座。特點：流體流過的時候，不平衡力小，容易泄漏。根據(jù)閥芯與閥座的相對位置，可分為正作用式與反作用式兩種形式。閥門中的柱式閥芯可以正裝，也可以反裝。 正裝閥：閥芯下移時，閥芯與閥座間的流通截面積減小。反裝閥：閥芯下移時，閥芯與閥座間的流通截面積增大。（3） 角形控制閥角形閥的兩個接管呈直角形，一般為底進(jìn)側(cè)出。特點：流路簡單、阻力較小，適于現(xiàn)場管道要求直角連接，介質(zhì)為高黏度、

4、高壓差和含有少量懸浮物和固體顆粒狀的場合。（4） 三通控制閥共有三個出入口與工藝管道連接。按照流通方式分：（5） 隔膜控制閥采用耐腐蝕襯里的閥體和隔膜。特點：結(jié)構(gòu)簡單、流阻小、流通能力比同口徑的其他種類的閥要大。不易泄漏。耐腐蝕性強，適用于強酸、強堿、強腐蝕性介質(zhì)的控制，也能用于高黏度及懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。（6） 蝶閥 （7） 球閥（8） 凸輪撓曲閥（9） 籠式閥 凸輪閥 籠式閥二、控制閥的流量特性定義：調(diào)節(jié)閥的流量特性是指被控介質(zhì)流過閥門的相對流量和閥門相對開度之間的關(guān)系；1. 控制閥的理想流量特性在不考慮控制閥前后壓差變化時得到的流量特性稱為理想流量特性。它取決于閥芯的形狀。不同流量特性

5、的閥芯形狀1-快開；2-直線；3-拋物線；4-等百分比（1） 直線流量特性指控制閥的相對流量與相對開度成直線關(guān)系。（5-2）將5-2積分得：（5-3）邊界條件：l=0時，Q=Qmin; l=L時Q=Qmax把邊界條件代入式（5-3），可分別得：（5-4）R為控制閥的可調(diào)范圍或可調(diào)比。注意：Qmin不等于控制閥全關(guān)時的泄漏量，一般是Qmax的24。舉例：當(dāng)R=30,l/L=0時，Q/Qmax=0.33，假設(shè)R=,位移變化量為10%。在10時，流量變化的相對值為 在50時，流量變化的相對值為 在80時，流量變化的相對值為 （2） 等百分比（對數(shù)）流量特性等百分比流量特性是指單位相對行程變化所引起的

6、相對流量變化與此點的相對流量成正比關(guān)系。（5-6）將5-6積分得：將前述邊界條件代入：（5-7）（3） 拋物線流量特性（4） 快開特性 這種流量特性在開度較小時就有較大流量，隨開度的增大，流量很快就達(dá)到最大。 快開特性的閥芯形式是平板形的，適用于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。2、控制閥的工作流量特性 在實際生產(chǎn)中，控制閥前后壓差總是變化的，這時的流量特性稱為工作流量特性。（1）串聯(lián)管道的工作流量特性 圖5-14 串聯(lián)管道的情形 圖5-15管道串聯(lián)時控制閥壓差變化情況圖5-16 管道串聯(lián)時控制閥的工作特性（2）并聯(lián)管道的工作流量特性控制閥一般都裝有旁路，以便手動操作和維護(hù)。當(dāng)生產(chǎn)量提高或控制閥

7、選小了時，只好將旁路閥打開一些，此時控制閥的理想流量特性就改變成為工作特性。如圖5-17所示，顯然這時管路的總流量Q是控制閥流量Q1與旁路流量Q2之和，即QQ1Q2。圖5-17 并聯(lián)管道的情況以x代表并聯(lián)管道時控制閥全開時的流量Q1max與總管最大流量Qmax之比，可以得到在壓差p為一定時，而x為不同數(shù)值時的工作流量特性曲線。當(dāng)x1，即旁路閥關(guān)閉、Q20時，控制閥的工作流量特性與它的理想流量特性相同。隨著x值的減小，即旁路閥逐漸打開，雖然閥本身的流量特性變化不大，但可調(diào)范圍大大降低了?？刂崎y關(guān)死，即l/L0時，流量Qmin比控制閥本身Q1min大得多。在實際使用中總存在著串聯(lián)管道阻力的影響，控

8、制閥上的壓差還會隨流量的增加而降低，使可調(diào)范圍下降得更多些，控制閥在工作過程中所能控制的流量變化范圍更小，甚至幾乎不起控制作用。采用打開旁路閥的控制方案是不好的，一般認(rèn)為旁路流量最多只能是總流量的百分之十幾，即x值最小不低于0.8。結(jié)論： 串、并聯(lián)管道都會使閥的理想流量特性發(fā)生畸變，串聯(lián)管道的影響尤為嚴(yán)重。 串、并聯(lián)管道都會使控制閥的可調(diào)范圍降低，并聯(lián)管道尤為嚴(yán)重。 串聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量減少，并聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量增加。 串、并聯(lián)管道會使控制閥的放大系數(shù)減小，即輸入信號變化引起的流量變化值減少。三、控制閥的選擇1.控制閥結(jié)構(gòu)與特性的選擇結(jié)構(gòu)形式選擇：主要根據(jù)工藝條件，如溫度、壓力及介質(zhì)的物理、化

9、學(xué)特性（如腐蝕性、黏度等）來選擇。特性選擇：先按控制系統(tǒng)的特點來選擇閥的希望流量特性，然后再考慮工藝配管情況來選擇相應(yīng)的理想流量特性。目前使用比較多的是等百分比流量特性。2. 氣開式與氣關(guān)式的選擇有壓力信號時閥關(guān)、無信號壓力時閥開的為氣關(guān)式。反之，為氣開式。選擇要求：主要從工藝生產(chǎn)上安全要求出發(fā)。信號壓力中斷時，應(yīng)保證設(shè)備和操作人員的安全。如果閥處于打開位置時危害性小，則應(yīng)選用氣關(guān)式，以使氣源系統(tǒng)發(fā)生故障，氣源中斷時，閥門能自動打開，保證安全。反之閥處于關(guān)閉時危害性小，則應(yīng)選用氣開閥。組合方式表3、控制閥口徑的選擇 口徑選擇得過小，會使流經(jīng)控制閥的介質(zhì)達(dá)不到所需要的最大流量?？趶竭x擇得過大，會

10、浪費設(shè)備投資，且使控制閥經(jīng)常處于小開度工作，控制性能變差，易使控制系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。控制閥的口徑選擇是由控制閥流量系數(shù)KV值決定的。流量系數(shù)KV的定義為：當(dāng)閥兩端壓差為100kPa，流體密度為1g/cm3，閥全開時，流經(jīng)控制閥的流體流量。對于不可壓縮的流體，且閥前后壓差p1p2不太大時，有：四、氣動執(zhí)行器的安裝和維護(hù)（1）為便于維護(hù)檢修，氣動執(zhí)行器應(yīng)安裝在靠近地面或樓板的地方。（2）氣動執(zhí)行器應(yīng)安裝在環(huán)境溫度不高于+60和不低于-40的地方，并應(yīng)遠(yuǎn)離振動較大的設(shè)備。（3）閥的公稱通徑與管道公稱通徑不同時，兩者之間應(yīng)加一段異徑管。（4）氣動執(zhí)行器應(yīng)該是正立垂直安裝于水平管道上。特殊情況下需要水平或

11、傾斜安裝時，除小口徑閥外，一般應(yīng)加支撐。即使正立垂直安裝，當(dāng)閥的自重較大和有振動場合時，也應(yīng)加支撐。（5）通過控制閥的流體方向在閥體上有箭頭標(biāo)明，不能裝反。（6）控制閥前后一般要各裝一只切斷閥，以便修理時拆下控制閥。考慮到控制閥發(fā)生故障或維修時，不影響工藝生產(chǎn)的繼續(xù)進(jìn)行，一般應(yīng)裝旁路閥。（7）控制閥安裝前，應(yīng)對管路進(jìn)行清洗，排去污物和焊渣。安裝后還應(yīng)再次對管路和閥門進(jìn)行清洗，并檢查閥門與管道連接處的密封性能。當(dāng)初次通入介質(zhì)時，應(yīng)使閥門處于全開位置以免雜質(zhì)卡住。（8）在日常使用中，要對控制閥經(jīng)常維護(hù)和定期檢修。第二節(jié) 電動執(zhí)行器定義：電動執(zhí)行器接收來自控制器的010mA或420mA的直流電流信號，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直行程位移，去操縱閥門、擋板等控制機構(gòu)，以實現(xiàn)自動控制。分類： 角行程 直行程 多轉(zhuǎn)式角行程電動執(zhí)行機構(gòu)：主要由伺服放大器、伺服電動機、減速器、位置發(fā)送器和操縱器組成。位置