【正文】 第六章 執(zhí)行器 167。 慨述 執(zhí)行器是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的重要組成部分 ， 它將控制器送來(lái)的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成執(zhí)行動(dòng)作 ， 從而操縱進(jìn)入設(shè)備的能量 ， 將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi) 。 執(zhí)行器有自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén) 、 自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器 、 自動(dòng)電流調(diào)節(jié)器 、 控制電機(jī)等 。 其中自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)是最常見(jiàn)的執(zhí)行器 ， 種類(lèi)繁多 。 1. 執(zhí)行器的作用：在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，接受調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)，自動(dòng)地改變操作變量，達(dá)到對(duì)被控參數(shù)（如溫度壓力液位等）進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的。使生產(chǎn)過(guò)程按預(yù)定要求正常運(yùn)行。 2. 執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是產(chǎn)生推力或位移的部分，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是指直接改變能量或物料輸送量的裝置，通常稱(chēng)為調(diào)節(jié)閥或閥門(mén)。 3. 按執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的工作能源分為三類(lèi)：氣動(dòng)執(zhí)行器，電動(dòng)執(zhí)行器，液壓執(zhí)行器 1）氣動(dòng)執(zhí)行器是以壓縮空氣為能源的執(zhí)行器。主要特點(diǎn)是： ① 輸出推力大， ② 本質(zhì)安全防爆，③ 維護(hù)方便， ④ 便宜等。缺點(diǎn)是需要壓縮空氣系統(tǒng)，靈敏度和精度差，滯后大，不宜遠(yuǎn)傳（ 150m以?xún)?nèi)）。 2）電動(dòng)執(zhí)行器是以電為能源的執(zhí)行器：主要特點(diǎn)是： ① 能源取用方便， ② 便于集中控制， ③停電時(shí)執(zhí)行器保持原位不動(dòng)，不影響設(shè)備安全，④ 靈敏度和精度高， ⑤ 和電動(dòng)控制儀表配合方便。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，推力小，價(jià)格貴。 167。 氣動(dòng)執(zhí)行器 它又稱(chēng)為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥是由氣壓信號(hào)控制的閥門(mén)。主要包括：氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) (閥）兩個(gè)組成部分。 1. 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)按調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào) ， 驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作 。 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出方式有角行程輸出和直行程輸出兩種 。 氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu) 薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu) P 正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu) 反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu) 直行程輸出的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有兩類(lèi)：薄膜式和活塞式 薄膜式 是用彈性膜片將輸入氣壓轉(zhuǎn)換為推桿的推力，通過(guò)推桿使閥芯產(chǎn)生相應(yīng)的位移，改變閥門(mén)開(kāi)度。 活塞式 是以汽缸內(nèi)的活塞輸出推力，由于汽缸允許壓力較高，可以獲得較大的推力，容易制成長(zhǎng)行程的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 以薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)為例，如圖所示。 氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的靜態(tài)特性表示平衡狀態(tài)時(shí)輸入的氣壓 p與閥桿位移 l的關(guān)系，即 lKAp ???A為膜片的有效面積； K為平衡彈簧的彈性系數(shù) 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性可近似成一階慣性環(huán)節(jié)，其慣性的大小取決于膜頭空間的大小與氣管線的長(zhǎng)度和直徑。 2．調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)就是閥門(mén)，如圖所示。主要包括：推桿，閥體，閥芯，閥座等。是一個(gè)局部阻力可以改變的節(jié)流元件。 閥芯在閥體內(nèi)上下移動(dòng)，可以改變閥芯和閥座之間的流通面積，控制通過(guò)的流量。 從流體力學(xué)的觀點(diǎn)，調(diào)節(jié)閥是一個(gè)局部阻力可以變化的節(jié)流元件。對(duì)于不可壓縮的流體，由能量守恒原理可以推導(dǎo)出調(diào)節(jié)閥的流量方程式為： 當(dāng) A一定，（ p1－ p2） 不變時(shí)，流量?jī)H隨阻力系數(shù) ζ變化。阻力系數(shù)主要與流通面積（閥門(mén)開(kāi)度）有關(guān)，也與流體的性質(zhì)和流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù)的變化是通過(guò)閥芯行程的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)的。即改變開(kāi)度就改變 ζ， 達(dá)到調(diào)節(jié) Q的目的。（開(kāi)度 ↑→ ζ ↓→ Q ↑） 根據(jù)不同的使用要求，調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式有多種多樣，如：直通單座閥，直通雙座閥，角型閥，高壓閥，蝶閥，球閥，隔離閥，三通閥等。 （ 1） 直通單座閥 ? 流體對(duì)閥芯的不平衡作用力大 。 一般用在小口徑 、低壓差的場(chǎng)合 。 ? 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、泄漏量小。 閥門(mén)中的柱式閥芯可以正裝 ， 也可以反裝 。 正裝閥 閥芯下移時(shí)，閥芯與閥座間的流通截面積增大 反裝閥 閥芯下移時(shí)，閥芯與閥座間的流通截面積減小 （ 2） 直通雙座閥 閥體內(nèi)有兩個(gè)閥芯和閥座。 ? 流體流過(guò)時(shí) ， 作用在上 、 下兩個(gè)閥芯上的推力方向相反且大小相近 ， 可以互相抵消 ， 所以不平衡力小 。 ? 但是，由于加工的限制，上下兩個(gè)閥芯閥座不易保證同時(shí)密閉，因此泄漏量較大。 （ 3） 角形控制閥 兩個(gè)接管呈直角形 ， 一般為底進(jìn)側(cè)出 ， 這種閥的流路簡(jiǎn)單 、 對(duì)流體的阻力較小 。 ? 適用于現(xiàn)場(chǎng)管道要求直角連接，介質(zhì)為高粘度、高壓差和含有少量懸浮物和固體顆粒狀的場(chǎng)合。 （ 4） 三通控制閥 有三個(gè)出入口與工藝管道連接。流通方式有合流型（兩種介質(zhì)混合成一路）和分流型（一種介質(zhì)分成兩路）兩種。適用于配比控制與旁路控制。 （ 5） 隔膜控制閥 采用耐腐蝕材料作隔膜，將閥芯與流體隔開(kāi)。 ? 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、 流阻小 、 流通能力比同口徑的其他種類(lèi)的閥要大 。 由于介質(zhì)用隔膜與外界隔離 ， 故無(wú)填料 ，介質(zhì)也不會(huì)泄漏 。 ? 耐腐蝕能力強(qiáng) ， 適用于強(qiáng)酸 、 強(qiáng)堿 、 強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的控制 ， 也能用于高粘度及懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制 。 ? 適用于大口徑 、 大流量 、 低壓差的場(chǎng)合 ，也可以用于含少量纖維或懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制 。 （ 6） 蝶閥 又名翻板閥。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、流阻極小，但泄漏量大。 3. 調(diào)節(jié)閥的選擇 選用調(diào)節(jié)閥時(shí)，一般應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面。 1）．調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)的選擇 通常根據(jù)工藝條件，如使用溫度、壓力，介質(zhì)的物理、化學(xué)特性（如腐蝕性、粘度等），對(duì)流量的控制要求等，來(lái)選擇調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式。 例如，一般介質(zhì)條件選用直通單座閥或直通雙座閥；高壓介質(zhì)選用高壓閥；強(qiáng)腐蝕介質(zhì)采用隔膜閥等。 2）．氣開(kāi)式與氣關(guān)式的選擇 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在氣壓信號(hào)中斷后閥門(mén)會(huì)復(fù)位。 無(wú)壓力信號(hào)時(shí)閥全開(kāi)，隨著信號(hào)增大，閥門(mén)逐漸關(guān)小的稱(chēng)為 氣關(guān)式 。反之，無(wú)壓力信號(hào)時(shí)閥全閉，隨著信號(hào)增大，閥門(mén)逐漸開(kāi)大的稱(chēng)為 氣開(kāi)式 。 如氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)有四種構(gòu)成方式： 序號(hào) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)作 用方式 閥體作用方式 執(zhí)行器氣開(kāi)、 氣關(guān)形式 a 正 正 氣關(guān) b 正 反 氣開(kāi) c 反 正 氣開(kāi) d 反 反 氣關(guān) 給水閥 燃?xì)忾y 蒸汽 例如： 選擇蒸汽鍋爐的控制閥門(mén)時(shí) ， 為保證失控狀態(tài)下鍋爐的安全： 給水閥應(yīng)選氣關(guān)式 燃?xì)忾y應(yīng)選氣開(kāi)式 ? 閥門(mén)氣開(kāi)氣關(guān)式的選擇原則： 當(dāng)控制信號(hào)中斷時(shí)，閥門(mén)的復(fù)位位置能使工藝設(shè)備處于安全狀態(tài)。 3） .調(diào)節(jié)閥的流量特性的選擇 調(diào)節(jié)閥的閥芯位移與流量之間的關(guān)系 ， 對(duì)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)有很大影響 。 流量特性的定義： 被控介質(zhì)流過(guò)閥門(mén)的相對(duì)流量與閥門(mén)的相對(duì)開(kāi)度 （ 相對(duì)位移 ） 間的關(guān)系稱(chēng)為調(diào)節(jié)閥的流量特性 。 m a x()qlfqL?q/qmax