化工仪表及自动化 第五章 执行器

化工仪表及自动化 第五章 执行器，接受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，是控制系统的薄弱环节。

第五章 执行器

• 接受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，是控制系统的薄弱环节
• 类型
  • （按使用能源分）
    • 气动执行器
    • 电动执行器
    • 液动执行器
• 基本结构
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  • 执行机构（膜头）
    • 正作用式（ZMA型）：信号压力增大，阀杆向下动作
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    • 反作用式（ZMB型）：信号压力增大，阀杆向上动作
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  • 控制（调节）机构（阀体）
    • 正作用：阀芯向下位移时，阀芯与阀座间流通面积减小，称为正装
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    • 反作用：阀芯向下位移时，阀芯与阀座间流通面积增大，称为反装
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    • 调节机构的主要结构：阀体、阀座、阀心、和阀杆或转轴
    • 调节阀分类
      • 直通单座调节阀
        • 只有一个阀芯与一个阀座。 优点：结构简单、泄露量小，不平衡力大，易于保证关闭。 缺点：在压差比较大时，流体对阀芯上下作用推力不平衡，影响阀芯的移动。 用于小口径、低压差场合。
      • 直通双座调节阀
        • 有两个阀芯和阀座。流体从左侧进入， 通过阀芯阀座后汇合，从右侧流出。 特点：不平衡力小（流体流过时，作用在上、下两个阀芯上的推力方向相反且大小相近，可以互相抵消）、允许压差大，但泄漏量也大。 适用于阀两端压差较大、泄漏量要求不高的场合，不适用于高黏度场合。
      • 三通调节阀
        •  合流型、分流型 特点:有三个接管口
      • ...
    • 主要技术参数
      • 流量特性
      • 口径
    • 调节阀的工作原理
      • 调节阀的流量方程：
        • 实际应用中，上式常采用下列单位：  为不可压缩流体情况下调节阀实际应用的流量方程。
      • 调节阀的流量系数KV（C）
        • 流量系数KV（C）的定义：在调节阀前后压差为100kPa，流体密度为1g/m3的条件下，调节阀全开时，每小时通过阀门的流体量（m3）。 流量系数的大小与流体的种类、性质、工况及阀芯阀座的结构尺寸等因素有关。
      • 调节阀的可调比（可调范围）
        • 理想可调比
          • 调节阀前后压差不变时的可调比。  理想可调比等于最大流量系数与最小流量系数之比，它反映了调节阀调节能力的大小。 统一设计时取R=30或50。
        • 实际可调比
          • 考虑阀前后压差变化因素时的可调比 ①串联管道时的可调比：  s为阀阻比 ②并联管道时的可调比： 
      • 控制阀的流量特性
        • 相对流量与相对开度间的关系Q/Qmax=ƒ(l/L)
        • 理想流量特性（固有流量特性）：阀前后压差固定
          • 直线
            • 直线阀的流量放大系数在任何一点上都是相同的，但其对流量的控制力却是不同的。 控制力：阀门开度改变时，相对流量的改变比值。 直线流量特性调节阀在变化相同行程的情况下，当小流量时，其流量相对值变化大；而大流量时，流量相对值变化小。 直线流量特性调节阀在小开度时，控制作用太强，易产生振荡；大开度时，控制作用太弱，调节缓慢，不够及时。 对过程控制系统来说，要求在小负荷时控制作用小一些，大负荷时控制作用加强一点，这需要由调节阀的流量特性来补偿。直线流量特性调节阀是不能满足这一要求的。
          • 等百分比（对数）
            • 等百分比阀在各流量点的放大系数不同，但对流量的控制力却是相同的。 相对开度每增加1%，相对流量增加3.4%，故又称等百分比流量特性。 对数流量特性曲线的斜率即放大系数Kv是随行程（开度）的增大而递增的。 在行程变化值相同的情况下，当流量小时，则流量变化亦小；当流量大时，则流量变化亦大。 调节阀在小开度时，调节阀的放大系数小，控制平稳缓和；调节阀在大开度时，其放大系数大，控制作用灵敏有效。
          • 抛物线
            • 介于直线与对数曲线之间
          • 快开特性
            • 在开度较小时就有较大流量，随着开度增大，流量迅速增大，以后再增加开度，流量变化甚小。
          • 由阀芯的形状决定
        • 工作流量特性
          • 串联管道
            • 畸变
              •  可调比  流量特性发生畸变： 线性畸变成快开； 对数畸变成线性。 一般取0.3<s<0.5，但也有特例
          • 并联管道
            • X=1,旁路阀关闭，Q2=0，工作流量特性与理想流量特性一致。  一般，x不低于0.8。
    • 调节阀口径的确定
      • 由控制阀流量系数KV值决定
• 执行器的选择
  • 执行器结构形式的选择
    • 执行机构的选择
    • 控制阀的选择（根据工艺条件）
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  • 控制阀的流量特性的选择
    •  结论：常用的调节阀流量特性为“线性”和“等百分比” 在设计过程中，当流量特性难以确定时，优先选用“等百分比”特性，它的适应性更强。
  • 气开、气关型式的选择（从生产安全的角度来考虑）
  • 控制阀口径的选择
• 电/气转换器及阀门定位器
• 其他常用单元仪表
  • 运算器（运算单元）作用
    • 开方器--开方器用于流量的检测与控制系统
    • 乘除器
    • 加减器
    • 比值器
  • 积算器（积算单元）作用
  • 辅助单元仪表
    • 操作器--手动设定方式在输出端输出4～20mADC信号
    • 电源箱--将220V交流电转换为24V直流电
    • 电源分配器
    • 信号分配器--将4～20mADC信号转换成1～5VDC信号
    • 安全栅（又称防爆栅）--构成安全火花防爆系统的关键仪表
      • 齐纳式安全栅 隔离式安全栅
• 气动执行器的组合形式： 气开式：信号压力增大，流通截面积增大，阀开度增大，失气时阀全关；（正作用） 气关式：信号压力增大，流通截面积减小，阀开度减小，失气时阀全开。（反作用）