气动执行器.ppt

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FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide1控制科学与工程控制科学与工程2012级级滕子牧滕子牧行器气动执行器气动执FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide2闭环系统闭环系统给定值给定值测量值测量值偏偏差差控制器控制器控制器控制器输出输出控制阀控制阀操纵操纵变量变量对象对象被控变量被控变量干扰作用干扰作用测量元件测量元件变送器变送器比较比较机构机构qfXezpyFileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide3执行器在自控系统中的作用执行器在自控系统中的作用执行器在自控系统中的作用执行器在自控系统中的作用执行器通常执行器通常执行器通常执行器通常专指阀门专指阀门专指阀门专指阀门执行器是指：

阀门调节阀执行器是指：

阀门调节阀（连续的连续的）、开关阀、开关阀（过程控制范畴过程控制范畴）电机连续的、开关的电机连续的、开关的（属于流体机械的范畴，起执行器的作用属于流体机械的范畴，起执行器的作用）执行器在自控系统中的作用：

接收调节器输出的控制信号，使调节阀的执行器在自控系统中的作用：

接收调节器输出的控制信号，使调节阀的开度产生相应变化，从而达到调节开度产生相应变化，从而达到调节操作变操作变量流量量流量的目的。

的目的。

执行器是控制系统必不可少的环节执行器是控制系统必不可少的环节。

执行器工作，使用条件恶劣，执行器工作，使用条件恶劣，它也是控制系统最薄弱的环节它也是控制系统最薄弱的环节原因：

执行器与介质（操作变量）直接接触原因：

执行器与介质（操作变量）直接接触（强强）腐蚀性、腐蚀性、（高高）粘度、粘度、（易易）结晶、结晶、高温、深冷、高压、高差压高温、深冷、高压、高差压FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide4执行器由执行器由执行器由执行器由执行机构执行机构执行机构执行机构和和和和控制（调节）机构控制（调节）机构控制（调节）机构控制（调节）机构两个部分构成两个部分构成两个部分构成两个部分构成辅助装置：

阀门定位器和手动操作机构辅助装置：

阀门定位器和手动操作机构执行机构执行机构执行机构执行机构调节机构调节机构调节机构调节机构PPOOIIOOFFllMM流通截面积流通截面积流通截面积流通截面积操纵变量的流量操纵变量的流量操纵变量的流量操纵变量的流量执行机构执行机构执行机构执行机构根据控制信号产生推力根据控制信号产生推力（薄膜、活塞、马达薄膜、活塞、马达）。

它是执行器的它是执行器的推动推动装置，它按控制信号的大小产生相应的推力，装置，它按控制信号的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号的大小转换为阀杆位移的装置推动控制机构动作，所以它是将信号的大小转换为阀杆位移的装置控制机构控制机构控制机构控制机构根据推力产生位移或转角，改变开度根据推力产生位移或转角，改变开度。

它是执行器的它是执行器的控制控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流部分，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的装置量。

所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置手操机构手操机构手操机构手操机构手轮机构的作用是当控制系统因停电、停气、控制器无输出或执手轮机构的作用是当控制系统因停电、停气、控制器无输出或执行机构失灵时，利用它可以直接操纵控制阀，以维持生产的正常进行机构失灵时，利用它可以直接操纵控制阀，以维持生产的正常进行。

行。

FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide5分类分类分类分类按使用的能源形式：

按使用的能源形式：

按使用的能源形式：

按使用的能源形式：

气动执行器气动执行器气动执行器气动执行器电动执行器电动执行器电动执行器电动执行器液动执行器液动执行器液动执行器液动执行器气动阀气动阀气动阀气动阀电动阀电动阀电动阀电动阀在过程控制领域应用很在过程控制领域应用很少少气动执行器：

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。

电动执行器：

以电动机作为动力源，推动机构动作。

电动执行器：

以电动机作为动力源，推动机构动作。

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。

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。

FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide6气动调节阀气动调节阀是以压缩空气为动力的，是以压缩空气为动力的，采用气动执行机构采用气动执行机构优点：

结构简单、动作可靠稳定、输出力大、安装维修方便、价格便宜和防火防爆优点：

结构简单、动作可靠稳定、输出力大、安装维修方便、价格便宜和防火防爆缺点：

缺点：

响应时间大，滞后大，不适宜远传（响应时间大，滞后大，不适宜远传（150m以内），不能与数字装置连接以内），不能与数字装置连接。

采用电/气转换器或电/气阀门定位器，使传送信号为电信号，现场操作为气动信号电信号电信号气信号气信号广泛应用于石油、化工、冶金、电力等部门，特别适用于具有爆炸危险的石广泛应用于石油、化工、冶金、电力等部门，特别适用于具有爆炸危险的石油、化工生产过程。

油、化工生产过程。

气动调节阀气动调节阀气动调节阀气动调节阀FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide7气动执行器定义气动执行器定义-分类分类气动执行器是用气压力驱动启闭或调节阀门的执行装置，又被称气动执行机构或气动装置，不过一般通俗的称之为气动头。

气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体，其执行机构有薄膜式、活塞式、拨叉式和齿轮齿条式。

活塞式活塞式行程长，适用于要求有较大推力的场合；而薄膜式薄膜式行程较小，只能直接带动阀杆。

拨叉式拨叉式气动执行器具有扭矩大、空间小、扭矩曲线更符合阀门的扭矩曲线等特点，但是不很美观；常用在大扭矩的阀门上。

齿轮齿条式齿轮齿条式气动执行机构有结构简单，动作平稳可靠，并且安全防爆等优点，在发电厂、化工，炼油等对安全要求较高的生产过程中有广泛的应用。

FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide8气动执行器结构示意图气动执行器结构示意图气动执行器结构示意图气动执行器结构示意图FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide9活塞式（齿轮齿条）结构图活塞式（齿轮齿条）结构图活塞式（齿轮齿条）结构图活塞式（齿轮齿条）结构图FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide10气动执行器的结构气动执行器的结构气动执行器的结构气动执行器的结构图图6-2气动薄膜调节阀外形和内部结构气动薄膜调节阀外形和内部结构1-薄膜；薄膜；2-平衡弹簧；平衡弹簧；3-阀杆；阀杆；4-阀芯；阀芯；5-阀体；阀体；6-阀座阀座FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide11气动执行器的机构气动执行器的机构气动执行器的机构气动执行器的机构执行机构执行机构结构：

结构：

薄膜式薄膜式，活塞式两种结构。

活塞式两种结构。

气动薄膜式执行机构分正作用（气动薄膜式执行机构分正作用（ZMA）和反作用）和反作用（ZMB）两类；或分为有弹簧和无弹簧两种。

）两类；或分为有弹簧和无弹簧两种。

作用：

作用：

将控制信号压力的大小转换为阀杆的位移。

将控制信号压力的大小转换为阀杆的位移。

阀杆的阀杆的行程规格行程规格：

10、16、25、40、60、100mm等。

等。

有弹簧气动薄膜式执行机构的输出位移与输入控制气信号有弹簧气动薄膜式执行机构的输出位移与输入控制气信号成比例关系，弹簧平衡作用。

成比例关系，弹簧平衡作用。

控制机构：

控制机构：

即控制阀，局部阻力可以改变的即控制阀，局部阻力可以改变的节流元件节流元件。

将阀杆的位移。

将阀杆的位移转换为被控介质流量的大小。

控制阀有多种结构形式，控制阀结转换为被控介质流量的大小。

控制阀有多种结构形式，控制阀结构决定其流量特性。

构决定其流量特性。

FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide12气动薄膜式执行机构基本结构和工作原理气动薄膜式执行机构基本结构和工作原理气动薄膜式执行机构基本结构和工作原理气动薄膜式执行机构基本结构和工作原理气源气源PPOO气源气源PPOO气动执行机构的动态特性为一阶滞后环节。

其时间常数的大小与薄膜气室气动执行机构的动态特性为一阶滞后环节。

其时间常数的大小与薄膜气室大小及引压导管长短粗细有关，一般为数秒到数十秒之间。

大小及引压导管长短粗细有关，一般为数秒到数十秒之间。

膜头侧装增力型气动薄膜阀膜头侧装增力型气动薄膜阀FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide13气动活塞式执行机构基本结构和工作原理气动活塞式执行机构基本结构和工作原理气动活塞式执行机构基本结构和工作原理气动活塞式执行机构基本结构和工作原理基本部件：

活塞和气缸基本部件：

活塞和气缸活塞在气缸内随活塞两侧压差而移动活塞在气缸内随活塞两侧压差而移动两侧可以分别输入一个固定信号和一个两侧可以分别输入一个固定信号和一个变动信号，或两侧都输入变动信号。

变动信号，或两侧都输入变动信号。

它的输出特性有比例式及两位式两种。

它的输出特性有比例式及两位式两种。

两位式是根据输入执行活塞两侧的操作两位式是根据输入执行活塞两侧的操作压力的大小，活塞从高压侧推向低压侧压力的大小，活塞从高压侧推向低压侧，使推杆从一个位置移到另一极端位置，使推杆从一个位置移到另一极端位置比例式是在两位式基础上加有阀门定位比例式是在两位式基础上加有阀门定位器后，使推杆位移与信号压力成比例关器后，使推杆位移与信号压力成比例关系。

系。

PP11PP22FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide14控制阀控制阀直通单座阀直通单座阀直通双座阀直通双座阀角形角形阀阀三通阀三通阀隔膜阀隔膜阀（a）合流型；（）合流型；（b）分流型）分流型FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide15控制阀控制阀蝶阀蝶阀球阀球阀球阀阀芯的形状球阀阀芯的形状凸轮挠曲阀凸轮挠曲阀笼式阀笼式阀FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide16常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点直通单座调节阀直通单座调节阀直通单座调节阀直通单座调节阀单导向结构单导向结构直通单座调节阀：

直通单座调节阀：

直通单座调节阀：

直通单座调节阀：

1.阀体内只有一个阀芯和一个阀座。

2.结构简单、泄漏量小（甚至可以完全切断）3.允许压差小（双导向结构的允许压差较单导向结（双导向结构的允许压差较单导向结构大）构大）。

双导向结构双导向结构它适用于要求泄漏量小，工作压差较小的干净介质的场合。

在应用中应特别注意其允许压差，防止阀门关不死。

FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide17常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点直通双座调节阀直通双座调节阀直通双座调节阀直通双座调节阀直通双座调节阀：

直通双座调节阀：

直通双座调节阀：

直通双座调节阀：

1.阀体内有两个阀芯和阀座。

2.因为流体对上、下两阀芯上的作用力可以相互抵消，因此双座阀具有允许压差大3.上、下两阀芯不易同时关闭，因此泄漏量较大的特点。

均为双导向结构均为双导向结构它适用于阀两端压差较大，泄漏量要求不高的干净介质场合，不适用于高粘度和含纤维的场合。

FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide18常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点角形调节阀角形调节阀角形调节阀角形调节阀角形调节阀：

角形调节阀：

角形调节阀：

角形调节阀：

1.阀体为直角形2.流路简单、阻力小，适用于高压差、高粘度、含有悬浮物和颗粒状物质的调节。

3.角形阀一般使用于底进侧出，此时调节阀稳定性好，4.在高压差场合下，为了延长阀芯使用寿命，也可采用侧进底出。

但侧进底出在小开度时易发生振荡。

5.角形阀还适用于工艺管道直角形配管的场合。

FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide19常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点三通调节阀三通调节阀三通调节阀三通调节阀分流三通调节阀分流三通调节阀三通调节阀：

三通调节阀：

三通调节阀：

三通调节阀：

1.1.阀体有三个接管口，适用于三个方向流体的阀体有三个接管口，适用于三个方向流体的管路控制系统，大多用于热交换器的温度管路控制系统，大多用于热交换器的温度调节、配比调节和旁路调节。

调节、配比调节和旁路调节。

2.2.在使用中应注意流体温差不宜过大，通常在使用中应注意流体温差不宜过大，通常小于是小于是150150，否则会使三通阀产生较大，否则会使三通阀产生较大应力而引起变形，造成连接处泄漏或损坏应力而引起变形，造成连接处泄漏或损坏。

3.三通阀有三通合流阀和三通分流阀两种类型。

三通合流阀为介质由两个输入口流进混合后由一出口流出；三通分流阀为介质由一入口流进，分为两个出口流出。

合流三通调节阀合流三通调节阀FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide20常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点蝶阀蝶阀蝶阀蝶阀蝶阀：

蝶阀：

蝶阀：

蝶阀：

1.1.蝶阀蝶阀是通过挡板以转轴为中心旋转来控制流体的流量。

2.结构紧凑、体积小、成本低，流通能力大3.特别适用于低压差、大口径、大流量的气体形或带有悬浮物流体的场合4.泄漏较大5.蝶阀通常工作转角应小于7070，此时流量特性与等百分比特性相似6.6.多用于开关阀多用于开关阀蝶阀蝶阀FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide21常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点套筒阀套筒阀套筒阀套筒阀套筒阀：

套筒阀：

套筒阀：

套筒阀：

1.1.套筒阀的套筒阀的结构比较特殊，阀体与一般的直通单座阀相似，但阀内有一个圆柱形套筒，又称笼子，利用套筒导向，阀芯可在套筒中上下移动。

2.套筒上开有一定形状的窗口（节流孔），套套筒筒移动时，就改变了节流孔的面积，从而实现流量调节。

3.套筒阀分为单密封和双密封两种结构，前者类似于直通单座阀，适用于单座阀的场合；后者类似于直通双座阀，适用于双座阀的场合。

4.套筒阀具有稳定性好、拆装维修方便等优点，因而得到广泛应用，但其价格比较贵。

套筒阀套筒阀FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide22常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点偏心旋转阀偏心旋转阀偏心旋转阀偏心旋转阀偏心旋转阀：

偏心旋转阀：

偏心旋转阀：

偏心旋转阀：

1.1.转轴带动阀芯偏心旋转转轴带动阀芯偏心旋转2.2.体积小，重量轻，使用可靠，维修体积小，重量轻，使用可靠，维修方便，通用性强，流体阻力小等优方便，通用性强，流体阻力小等优点，适用于粘度较大的场合，在石点，适用于粘度较大的场合，在石灰、泥浆等流体中，具有较好的使灰、泥浆等流体中，具有较好的使用性能。

用性能。

偏心旋转阀偏心旋转阀FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide23常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点“O”O”O”O”形球形球形球形球阀阀阀阀“O”O”O”O”形球阀：

形球阀：

形球阀：

形球阀：

1.1.阀芯为一球体阀芯为一球体2.2.阀芯上开有一个直径和管道直径相等阀芯上开有一个直径和管道直径相等的通孔，转轴带动球体旋转，起调节的通孔，转轴带动球体旋转，起调节和切断作用。

和切断作用。

3.3.该阀结构简单，维修方便，密封可靠该阀结构简单，维修方便，密封可靠，流通能力大，流通能力大4.4.流量特性为快开特性，一般用于位式流量特性为快开特性，一般用于位式控制。

控制。

“O”O”形球形球阀阀FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide24常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点常用调节阀结构示意图及特点“V”V”V”V”形球形球形球形球阀阀阀阀“V”V”V”V”形球阀：

形球阀：

形球阀：

形球阀：

1.1.阀芯也为一球体阀芯也为一球体2.2.但球体上开孔为但球体上开孔为VV形口，随着球体的旋转，流通截面积不断发生变化，但流通截面的形状始终保持为三角形。

3.3.该阀结构简单，维修方便，关闭性能该阀结构简单，维修方便，关闭性能好，流通能力大，可调比大好，流通能力大，可调比大4.4.流量特性近似为等百分比特性，适用流量特性近似为等百分比特性，适用于纤维、纸浆及含颗粒的介质。

于纤维、纸浆及含颗粒的介质。

“V”V”形球形球阀阀FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide25正作用与反作用正作用与反作用正作用与反作用正作用与反作用（如何保证系统是负反馈的）如何保证系统是负反馈的）如何保证系统是负反馈的）如何保证系统是负反馈的）输出信号随输入信号的增加而增加的环节称为正作用环节输出信号随输入信号的增加而减小的环节称为反作用环节例如：

对于调节器来说，测量值增大，输出增大，称为正作用调节器能否构成负反馈系统和系统中各环节的特性有关能否构成负反馈系统和系统中各环节的特性有关液位液位调节器调节器液体储槽液体储槽液位变送器液位变送器+SP执行器执行器进进料料口口执执行行器器变变送送器器调调调调节节节节器器器器“反”反”“正”正”“正”正”“正”正”“反”反”“反”反”由于被控对象和执行器的特性是由实际的由于被控对象和执行器的特性是由实际的工艺现场条件决定的，所以应当通过控制工艺现场条件决定的，所以应当通过控制器的正、反作用特性来满足系统负反馈的器的正、反作用特性来满足系统负反馈的要求。

要求。

FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide26正作用式气动薄膜调节阀正作用式气动薄膜调节阀外形外形正作用正作用气关式气关式FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide27反作用式气动薄膜调节阀反作用式气动薄膜调节阀结构结构原理原理反作用反作用气开式气开式OO型环型环FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide28四种组合四种组合反作用反作用气关式气关式气关式气关式气开式气开式气开式气开式反作用反作用正作用正作用正作用正作用FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide29釜式反应器温度自动控制釜式反应器温度自动控制蒸气蒸气冷凝水冷凝水接疏水器接疏水器调节阀调节阀隔套隔套隔套隔套釜式反应器温度自控控制图釜式反应器温度自控控制图TTTTFileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide30选择原则：

选择原则：

从安全要求出发从安全要求出发信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全。

如果阀处于打开位置时危害性小，应用气关式，以使气源系统发生故障，气源中断时，阀门自动打开，保证安全。

反之，阀处于关闭时危害性小，则应选用气开阀。

如加炉炉的燃料气应采用气开阀，即当信号中断时应切断进炉燃料，以免炉温过高发生事故。

如控制进入设备易燃气体的控制阀，应选用所开式，以防爆炸，若介质为易结晶物料，则选用气关式，以防堵塞。

FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide31气动执行机构的安装与维修保养气动执行机构的安装与维修保养位置选择应注意方便安装维修；环境温度：

+60C-40C尽量直立安装在水平管道上，其它安装方式应加设支撑架；控制阀前后一般应安装手动截止阀，以便维修；安装前应进行清洗；定期维护检修。

注意观察密封与磨损情况。

FileNameorEventEmersonConfidential27-Jun-01,Slide32TheEnd!

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