化工仪表自动化讲义.pptx
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1、1第六章 执行器执行器的作用是接受控制器输出的控制信号,并将其转换为直线位移和角位移,操纵控制机构,自动改变操作变量,从而实现对过程变量的自动控制。SPSP控制器执行器被控对象变送器PVPV第1页/共83页2执行器继电器插座继电器插座执行器通常是指各种继电执行器通常是指各种继电器,电磁铁、电磁阀门、器,电磁铁、电磁阀门、电磁调节阀、伺服电动机电磁调节阀、伺服电动机等,它们在电路中是起通等,它们在电路中是起通断、控制、调节、保护等断、控制、调节、保护等作用的电器设备。作用的电器设备。第2页/共83页3各种继电器各种继电器第3页/共83页4固态继电器固态继电器 特点 控制功率小,体积小,无火花;但
2、易过流、过压烧毁。第4页/共83页5 电磁铁电磁铁能产生机械力能产生机械力 第5页/共83页6电磁阀门 加上额定电压后,电磁阀门导通,被控对象可以是液体或气体。电磁阀门只有通断两种状态。流体流体第6页/共83页7电磁调节阀电磁调节阀 用于控制流量的大小用于控制流量的大小 加上控制信号,电磁调节阀在电动机的控制下,可以逐渐开合第7页/共83页8 单向使用小型电磁调节阀小型电磁调节阀第8页/共83页9电磁调节阀电磁调节阀内部结构(续)内部结构(续)利用电动力调节球阀的角度,从而控制阀门的通流能力。出水管球阀第9页/共83页10伺服电动机伺服电动机可以正转、反转、快转、慢转伺服型雷达天线第10页/共
3、83页11第六章 执行器执行器的选择和使用将直接影响过程控制系统的安全性和可靠性。执行器按其能源形式可分力气动、电动、液动三大类。气动执行器用压缩空气作为能源,其特点是结构简单、动作可靠、平稳、输出推力较大、维修方便、防火防爆,而且价格较低,因此广泛地应用于化工、炼油等生产过程中。第11页/共83页12第六章 执行器气动执行器可以方便地与气动仪表配套使用。即使是采用电动仪表或计算机控制时,只要经过电气转换器或电气阀门定位器将电信号转换为0.020.1MPa的标准气压信号,仍然可用气动执行器。电动执行器的能源取用方便,信号传递迅速,但由于它结构复杂、防爆性能差,故较少应用。液动执行器在化工、炼油
4、等生产过程中基本上不使用。第12页/共83页13第六章 执行器 6.1 气动执行器6.2 电动执行器 6.3 电气转换器及电气阀门定位器 6.4 数字阀与智能控制阀 第13页/共83页146.1 气动执行器2控制阀的流量特性3 3气动执行器的结构与分类3 1控制阀的选择4气动执行器的安装和维护第14页/共83页156.1 气动执行器组成:执行机构;执行机构是执行器的推动装置,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(阀):控制机构是执行器的控制部分,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
5、的装置。执行机构调节机构P0I0FL被控流体介质流量第15页/共83页16气动执行器的结构与分类1执行机构气动执行机构主要分为薄膜式和活塞式两种。其中薄膜式执行机构最为常用,它可以用作一般控制阀的推动装置,组成气动薄膜式执行器,习惯上称为气动薄膜调节阀。它的结构简单、价格便宜、维修方便,应用广泛。气第16页/共83页17气动执行器的结构与分类气动活塞式执行机构的推力较大,主要适用于大口径、高压降控制阀或蝶阀的推动装置。除薄膜式和活塞式之外,还有长行程执行机构。它的行程长、转矩大、适于输出转角(090)和力矩,如用于蝶阀或风门的推动装置。气第17页/共83页18气动执行器的结构与分类气动薄膜式执
6、行机构有正作用和反作用两种型式。当来自控制器或阀门定位器的信号压力增大时,阀杆向下动作的叫正作用执行机构(ZMA型);当信号压力增大时,阀杆向上动作的叫反作用执行机构(ZMB型)。气气第18页/共83页19气动执行器的结构与分类根据有无弹簧可分为有弹簧的及无弹簧的执行机构,有弹簧的薄膜式执行机构最为常用,无弹簧的薄膜式执行机构常用于双位式控制。有弹簧的薄膜式执行机构的输出位移与输入气压信号成比例关系。当信号压力通人薄膜气室时,在薄膜上产生一个推力,使阀杆移动并压缩弹簧,直至弹簧的反作用力与推力相平衡,推杆稳定在一个新的位置。阀杆的位移即为执行机构的直线输出位移,也称行程。输出:按连杆最大位移行
7、程确定规格:10,16,25,40,60,100mm第19页/共83页20气动执行器的结构与分类2控制机构控制机构直接与介质接触,其结构、材料、和性能将直接影响过程控制系统的安全性、可靠性和系统的控制质量。根据流体力学的观点,控制阀是一个局部阻力可变的节流元件。通过改变阀芯的行程而改变控制阀的阻力系数,以达到控制流量的目的。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、振动给料机等等。第20页/共83页21气动执行器的结构与分类调节机构主要由阀体、阀杆、阀芯、阀座组成。常用调节机构:直通单座调节阀直通双座调节阀角形座调节阀三通阀隔膜阀碟阀球阀凸轮挠曲阀笼式阀 第
8、21页/共83页22气动执行器的结构与分类德国德国ARIARI气动气动执行器执行器意大利意大利AIR TORQUEAIR TORQUE气动执行器气动执行器第22页/共83页23气动执行器的结构与分类第23页/共83页24气动执行器的结构与分类高压微小流量阀 角座阀 第24页/共83页25气动执行器的结构与分类管夹阀 球阀 第25页/共83页26气动执行器的结构与分类套筒阀凸轮挠曲阀第26页/共83页27气动执行器的结构与分类调节机构正反作用:阀杆向阀座方向运动时,阀门开度减小为正作用;阀杆向阀座方向运动时,阀门开度增大为反作用。正作用反作用第27页/共83页28控制阀的流量特性控制阀的流量特性
9、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)的关系:从过程控制的角度看,流量特性是控制阀最重要的特性,它对整个过程控制系统的品质有很大影响。一般来说,通过改变控制阀阀芯与阀座间的流通截面积,便可实现对流量的控制。但实际上还有多种因素影响,例如在节流面积改变的同时还发生阀前后压差的变化,而这又将引起流量变化。第28页/共83页29控制阀的流量特性1.控制阀的理想流量特性当控制阀阀前后压差固定不变时得到的流量特性就叫做理想流量特性,也叫固有流量特性。理想流量特性取决于阀芯的形状,不同的阀芯曲面得到的理想特性是不同的。理想流量特性主要有直线、对数、抛物线和快开四种。第29页/共83页3
10、0控制阀的流量特性(1)直线流量特性 控制阀的相对流量与阀芯的相对开度成直线关系。Q/Qmax(%)l/L(%)第30页/共83页31控制阀的流量特性调节机构的可调比R:是指调节机构所能控制的最大流量Qmax与最小流量Qmin之比。可调比也称为可调范围,它反映了调节机构的调节能力。目前我国的调节机构的理想可调比有30和50两种。注意:最小流量Qmin和漏流量。第31页/共83页32控制阀的流量特性假设R,即特性曲线以坐标原点为起点,这时当位移变化10所引起的流量变化总是10。但流量变化的相对值是不同的,以行程的10、50及80三点为例,若位移变化量都为10,则:第32页/共83页33控制阀的流
11、量特性直线流量特性小开度时,流量相对变化量大,在大开度时,流量相对变化量小。也就是说,当阀门在小开度时控制作用太强;而在大开度时控制作用太弱,这是不利于控制系统的正常运行的。Q/Qmax(%)l/L(%)第33页/共83页34控制阀的流量特性(2)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,即控制阀的放大系数随相对流量的增加而增大。第34页/共83页35控制阀的流量特性对数流量特性的曲率是随着流量的增大而增大的,但是相对行程变化引起的流量相对变化值是相等的。由于对具有对数流量特性的控制阀而言,小开度时,放大系数较小,控制平稳缓和,
12、大开度时,放大系数较大,控制及时有效,因此,从过程控制看,利用对数流量特性是有利的。Q/Qmax(%)l/L(%)第35页/共83页36控制阀的流量特性(3)抛物线流量特性相对流量与阀杆的相对开度成抛物线关系,即平方关系。相对位移与相对流量成抛物线关系,它介于直线与等百分比流量特性之间。第36页/共83页37控制阀的流量特性为了弥补直线特性在小开度时调节性能差的特点,在抛物线特性基础上派生出一种修正抛物线特性,它在相对位移30%及相对流量20%这段区间内为抛物线特性,而在此以上为直线特性。Q/Qmax(%)l/L(%)第37页/共83页38控制阀的流量特性(4)快开特性:快开流量特性的调节机构
13、在开度较小时就有较大的流量,随着开度的增大,流量很快就达到最大,此后再增加开度,流量变化很小,故称为快开流量特性。该种特性的调节机构阀芯采用平板形。快开流量特性的调节机构常用于位式控制或程序控制系统。Q/Qmax(%)l/L(%)第38页/共83页39控制阀的流量特性2控制阀的工作流量持 控制阀在调节过程中,同时将引起管道工况点的变化,进而使阀门两端压差发生变化。阀门两端压差的变化又反过来影响通过阀门流体的流量。因此,除非是简单的两端恒压,阀门的实际流量特性通常是十分复杂的。实际应用中,控制阀与其他设备串联或并联安装在管道中,其前后的压差是变化的,此时的流量特性称为工作特性。第39页/共83页
14、40控制阀的流量特性(1)串联管道的工作流量特性 系统总压差p等于管路系统(除控制阀外的全部设备和管道的各局部阻力之和)的压差p2与控制阀的压差p1之和。P2 P1 P第40页/共83页41控制阀的流量特性以s表示控制阀全开时阀上压差与系统总压差(即系统中最大流量时动力损失总和)之比。以Qmax表示管道阻力等于零时控制阀的全开流量,此时阀上压差为系统总压差。于是可得串联管道以Qmax作参比值的工作流量特性,如图所示。Q/Qmaxl/LS=1S=0.75S=0.5S=0.1Q/Qmaxl/LS=1S=0.75S=0.2S=0.1第41页/共83页42控制阀的流量特性图中s1时,管道阻力损失为零,
15、系统总压差全降在阀上,工作特性与理想特性一致。随着s值的减小,直线特性渐渐趋近于快开特性,等百分比特性渐浙接近于直线特性。所以,在实际使用中,一般希望s值不低于0.30.5。Q/Qmaxl/LS=1S=0.75S=0.5S=0.1Q/Qmaxl/LS=1S=0.75S=0.2S=0.1第42页/共83页43控制阀的流量特性(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持性。QQ1Q2第43页/共83页44控制阀的流量特性管路的总流量Q是控制阀流量Q1与旁路流量Q2之和,即QQ1+
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