第六章调节阀执行器

第六章执行器基本要求1.掌握控制阀的流量特性的意义，了解串联管道中阻力比：和并联管道中分流比z对流量特性的影响。

2.了解气动薄膜控制阀的基本结构、主要类型及使用场合。

3.理解气动执行器的气开、气关型式及其选择原则。

4.了解电气转换器及电一气阀门定位器的用途及工作原理。

5.了解电动执行器的基本原理。

问题解答1.气动执行器主要由哪两部分组成各起什么作用答气动执行器由执行机构和控制机构（阀）两部分组成。

执行机构是执行器的推动装置，它根据控制信号（由控制器来）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。

控制机构是指控制阀，它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的装置。

2.气动执行机构主要有哪几种结构形式各有什么特点答气动执行机构主要有薄膜式和活塞式两种结构形式。

薄膜式执行机构的结构简单、价格便宜、维修方便、应用最为广泛。

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控制阀。

气动活塞式执行机构的特点是推力大，主要适用于大口径、高压降的控制阀或蝶阀的推动装置。

除薄膜式和活塞式执行机构外，还有长行程执行机构，它的行程长、转矩大，适用于输出转角(0°～90°）和力矩的场合，如用于蝶阀或风门的推动装置。

3.控制阀的结构形式主要有哪些各有什么特点主要使用在什么场合答简单列表说明如下：4.控制阀的流量特性是指什么答 控制阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（或相对位移）之间的关系，即)(max Ll f Q Q 式中相对流量若m axQ Q 是控制阀某一开度时的流量Q 与全开时的流量Q max 之比。

相对开度Ll 是控制阀某一开度时的阀杆行程l 与阀杆全行程L 之比。

5.何为控制阀理想流量特性和工作流量特性答 阀前后压差保持不变时的流量特性称为理想流量特性；在实际使用过程中，阀前后 的压差会随阀的开度变化而变化，此时的流量特性称为工作流量特性。

6.何为直线流量特性试写出直线流量特性控制阀的相对流量与相对开度之间的关系式。

答 直线流量特性是指控制阀的相对流量与相对开度成直线关系，即单位位移变化所引 起的流量变化是常数，即⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛L l d Q Q d max =K 式中K 为常数，即控制阀的放大系数。

直线流量特性的控制阀，其相对流量与相对位移之间的关系式可推得为：()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=L l R R Q Q 111max 式中R 为可调范围，是控制阀所能控制的最大流量Q max 与最小流量Q min 的比值。

7.为等百分比（对数）流量特性试写出等百分比流量特性控制阀的相对流量与相对 开度之间的关系式。

答 等百分比流量特性是指单位相对开度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加，即⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛L l d Q Q d max =K m ax Q Q 等百分比流量特性的控制阀，其相对流量与相对位移之间的关系式可推得为：()1max-=L l R Q Q 式中R 为可调范围。

8.什么是串联管道中的阻力比ss 值的减少为什么会使理想流量特性发生畸变答 s 值表示控制阀全开时阀上压差与系统总压差之比。

当s=1时，说明系统总压差全部降在控制阀上，所以控制阀在工作过程中，随着阀开度的变化，阀两端的压差是不变的，故工作流量特性与理想流量特性是一致的。

当s 值小于1时，系统的总压差一部分降在控制阀，另一部分降在与控制阀串联的管道上。

随着阀的开度增大，流量增加，降在串联管道上的压差增加，从而使降在控制阀上的压差减少，因而流过控制阀的流量也减少。

所以随着：值减小，会使理想流量特性发生畸变，阀的开度越大，使实际流量值离开理想值越大。

具体来说，会使理想的直线流量特性畸变为快开特性，使理想的等百分比流量特性畸变为直线特性。

9.什么是并联管道中的分流比x试说明x值的变化对控制阀流量特性的影响。

答x值表示并联管道时，控制阀全开时流过控制阀的流量与总管的总流量之比。

当x ＝1时，说明流过控制阀的流量等于总管的流量，即旁路流量为零，如果这时阀的流量为理想流量特性，那么，随着x值的减少，说明流过旁路的流量增加。

这时，控制阀既使关死，也有一部分流体从旁路通过，所以控制阀所能控制的最小流量比原先的大大增加，使控制阀的可调范围减小，阀的流量特性发生畸变。

严重时，会使控制阀几乎失去控制作用，因为当x值很小时，大部分流量都从旁路通过，控制阀对这部分流量是不起控制作用的。

10.什么叫气动执行器的气开式与气关式其选择原则是什么答随着送往执行器的气压信号的增加，阀逐渐打开的称为气开式，反之称为气关式。

气开、气关式的选择主要是由工艺生产上安全条件决定的。

一般来讲，阀全开时，生产过程或设备比较危险的选气开式；阀全关时，生产过程或设备比较危险的应选择气关式。

11.什么是控制阀的流量系数C答在给定的行程下，当阀的两端压差为100kPa,流体密度为1g/cm3时流经控制阀的体积流量m3/h数定义为阀的流量系数C。

控制阀全开时的流量系数C100控制阀的最大流量系数C max。

流量系数是表示控制阀流通能力大小的参数，因此，控制阀的流量系数C亦可称为控制阀的流通能力。

12.试简述电动执行器的功能与主要类型。

答电动执行器的功能是接收来自控制器的0 ～ l 0mA或4～20mA的直流电流信号，并将其转换成相应的角位移或直行程位移，去操纵阀门、挡板等控制机构，以实现自动控制。

电动执行器的主要类型有角行程、直行程和多转式等。

角行程电动执行机构以电动机为动力元件，将输入的直流电流信号转换为相应的角位移(0°～90°)，这种执行机构适用于操纵蝶阀、挡板之类的旋转式控制阀。

直行程执行机构接收输入的直流电流信号后，使电动机转动，然后经减速器减速并转换为直线位移输出，去操纵单座、双座、三通等各种控制阀和其他直线式控制机构。

多转式电动执行机构主要用来开启和关闭闸阀、截止阀等多转式阀门，一般用作就地操作和遥控。

13.试简述差动变压器将位移转换为电信号的基本原理。

它在电动执行器中起什么作用答差动变压器是一种互感传感器，是把位移转换为传感器的互感系数的变化量，进而转换为输出电信号的变化量，所以它可以用作溅量位移的传感器。

由于这种传感器常常做成差动的，故称为差动变压器。

差动变压器的原理如图6-1所示。

初级线圈上加一交流稳压电源～U其次级线圈分为两组，反向串联（差动接法）后输出电压～U＝～1U－～2U。

当铁心处于中间位置时，位移x=0,在次级线圈上感应出的电压～1U=～2U,故输出电压～U=0。

当铁心自中间位置有一向上的位移时，使铁路对两次级线圈不对称，这时上边线圈中交变磁通的幅值将大于下边线圈中交变磁通的幅值，两线圈中的感应电压不相等，～1U>～2U,因而有输出电压～U＝～1U－～2U。

反之当铁心下移时，由于～1U<～2U，故输出电压的相应与上述相反，其大小为～U＝～2U－～1U。

所以，差动变压器的输出Uo的大小将与位移x有关，其相位取决于x的方向。

在电动执行器中，铁心的位置是与执行机构的输出轴相对应的。

利用差动变压器将执行机构输出轴的位移转换为0～l0mA DC（或4～20mA DC）的反馈信号‘（即位置发送器的输出信号），然后与电动执行器的输入信号相比较，经放大后去控制伺服电动机的转动，以实现电动执行器输出位移与输入信号之间的比例关系。

14.试述电一气转换器及电一气阀门定位器在控制系统中的作用。

答电一气转换器是将电信号转换为相应的气信号的一种装置。

在控制系统中，如果所使用的控制器是电动控制器，其输出信号为0～10mA DC 或4～20mA DC ，但所选择的执行器为气动执行器，其输入信号一般为20～100kPa 。

这时就需要采用电一气转换器，先将控制器的输出电信号转换为相应的气信号，才能为气动执行器所接受。

电一气阀门定位器除了能将电信号转换为气信号外，还能够使阀杆位移与送来的信号大小保持线性关系，即实现控制器来的输入信号与阀门位置之间关系的准确定位，故取名为定位器。

定位器可以使用在阀的不平衡力较大或阀杆移动摩擦力较大等场合，同时还可以利用定位器来改变阀的流量特性，改变执行器的正、反作用。

在分程控制中，利用定位器可以使阀在不同的信号段范围内作全行程移动。

例 题 分 析1.已知阀的最大流量Q max = l00m 3/h ，可调范围R=30。

试分别计算在理想情况下阀的相对行程为Ll =, 、、时的流量值Q,并比较不同理想流量特性的摔制阀在小开度与大开度时的流量变化情况。

(1）直线流量特性。

(2)等百分比流量特性。

解 (1)根据直线流量特性的相对流量与相对行程之间的关系： ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=L l R R Q Q 111max 分别在公式中代入数据Q max =100m 3/h, R=30，Ll =、, , 等数据，可计算出在相对行程为、0. 2, 0. 8, 0. 9时的流量值。

=13m 3/h =22. 67m 3/h=80.67m 3/h Q 0。

9=90.33m 3 /h （2）根据等百分比流量特性的相对流量与相对行程之间的关系：()1max-=L l R Q Q 分别代入上述数据，可得：=4.68m 3/h =6.58m 3/h＝50.65m 3/h Q 0。

9＝71.17m 3/h由上述数据可以算得，对于直线流量特性的控制阀，相对行程由10％变化到20％时，流量变化的相对值为：131367.22-×100％=74. 4％；相对行程由80％变化到90％时，流量变化的相对值为67.8067.8033.90-×100％＝12％。

由此可见，对于直线流量特性的控制阀，在小开度时，行程变化了10％，流量就在原有基础上增加了％，控制作用很强，容易使系统产生振荡；在大开度时(80％处），行程同样变化了10％，流量只在原有基础上增加了12％，控制作用很弱，控制不够及时、有力，这是直线流量特性控制阀的一个缺陷。

对于等百分比流量特性的控制阀，相对行程由10％变为20％时，流量变化的相对值为68.468.458.6-×100%= 40％；相对行程由80％变到90％时，流量变化的相对值为65.5065.5017.71-×100％=40％。

故对于等百分特性控制阀，不管是小开度或大开度时，行程同样变化了10％，流量在原来基础上变化的相对百分数是相等的，故取名为等百分比流量特性。

具有这种特性的控制阀，在同样的行程变化值下，小开度时，流量变化小，控制比较平稳缓和；大开度时，流量变化大，．控制灵敏有效，这是它的一个优点。