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《化工仪表及自动化》第六章执行器主讲人：史继斌 E-mail: [email protected] 第六章    第一节第二节第三节执行器气动薄膜调节阀电动执行器电-气转换器及电-气阀门定位器   执行器接受来自调节器的调节信号，并将该调节信号转换成相应的角位移量或者直线位移量，去操纵调节机构（调节阀），从而改变被控介质的流量，使被调节参数符合工艺要求。执行器根据其使用的能源形式可分为气动、电动、液动和自力式四大类。  气动执行器（通常也称为气动调节阀）的执行机构和调节机构是统一的整体，它是以被压缩的空气作为能源来操纵调节机构的，特点是执行器结构简单、动作平稳可靠、动作行程小，输出推力较大、易于维修、安全防爆系数高，而且价格低，广泛地被应用在化工、制药、炼油等工业生产中。气动执行器既可以直接同气动仪表配套使用，也可以和电动仪表或计算机配套使用，只要经过电-气转换器或者电-气阀门定位器将电信号转换为 0.02～0.1MPa的标准气压信号，再使用气动执行器进行动作。薄膜气动执行器是化工生产中最常用的执行单元。    电动执行器将执行机构和调节机构分成独立的两个部分。采用电信号作为能源，将输入的直流电流信号转换为相应的位移信号。因此电动执行器信号传递迅速，其缺点是结构复杂、安全防爆性能差，故在化工、炼油中很少使用。液动执行器可以产生很大的推力，但是体积较大，不适合于在化工、炼油中使用。下面主要介绍薄膜式气动执行器。第一节气动薄膜调节阀  气动薄膜调节阀的执行机构（弹性薄膜）和调节机构（调节阀）被整合在一起，呈上下结构，上部分为执行机构（也称膜头），是执行器的推动装置，它按调节信号（如压缩空气压力）的大小产生相应的推力，推动调节机构动作。执行机构是将信号压力（通常为0.02～0.1MPa）的大小转换为阀杆位移的装置。下部分为调节机构（也叫做阀体），是执行器的调节部分，它直接与被调介质接触，调节流体的流量。它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。  右图是一种常用的气动执行器的示意图。执行器上部与气压源相接，当气压增大时，会产生一个气压增量作用在橡胶膜片上，橡胶膜片发生形变，并产生一个推力推动阀杆产生位移，从而改变连接在阀杆上的阀芯与阀座之间的流通面积，这样就达到了调节流量的目的。一、气动调节阀的结构  根据不同的生产要求，气动执行器的执行机构和调节机构又可以分为许多不同的形式。 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，它可以用做一般调节阀的推动装置，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。气动活塞式执行机构的推力较大，主要用于大口径、高压降调节阀或蝶阀的推动装置。  除薄膜式和活塞式之外，还有长行程的执行机构。它们的行程长、转矩大，适合于输出00 ～900 的转角和力矩，如用于蝶阀和风门的推动装置。  气动薄膜式调节阀的执行机构按作用形式来分可分为正作用和反作用两种形式。当来自调节器的信号压力增大时，阀杆向下动作的叫正作用执行机构；当来自调节器的信号压力增大时，阀杆向上动作的叫反作用执行机构。通常正作用的执行机构被应用在调节阀的口径较大的情况下。正作用执行机构的的信号压力是通入波纹膜片上方的薄膜气室；反作用执行机构的信号压力是通入波纹膜片下方的薄膜气室。国内生产的正作用式执行机构被称为ZMA 型，反作用式执行机构被称为ZMB型。  薄膜式执行机构的工作原理为：输出位移与输入气压信号成比例关系。当信号压力（通常为0.02～0.1MPa）通入薄膜气室时，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。信号压力越大，阀杆的位移量也越大。阀杆的位移即为执行机构的直线输出的位移，也称行程。行程规格有：10mm、16mm、25mm、40mm、60mm、 l00mm等。  另外还可以按有、无弹簧划分执行机构的类型，可分为有弹簧和无弹簧的执行机构。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调节。 2．调节机构  调节机构实际上是一个局部阻力可以改变的节流元件，我们通常把它叫做调节阀。调节阀的阀杆上部与橡胶薄膜相连，下部与阀芯相连，当阀芯在阀体内移动的时候，改变了阀芯与阀座之间的流通面积，即改变了阀的阻力系数，被控介质的流量也相应地跟着改变，从而达到调节工艺参数的目的。 3．气动调节阀的调节方式  执行机构和调节机构按照不同的组合方式可以实现气开式和气关式两种调节。由于执行机构有正、反两种作用方式，调节机构也有正、反两种作用方式，推杆下移时阀门关小为正（也叫阀芯正装），推杆下移时阀门开大为负（也叫阀芯反装），因此可以有四种组合方式组成气开或气关型式的调节型式，气开式是输入气压越高时开度越大，而在气源断开时则全关，故称FC型；气关式是输入气压越高时开度越小，而在气源断开时则全开，故称FO型。正作用执行机构：（a）、（b）；反作用执行机构：（c）、（d）。阀芯正装：（a）、（c）；阀芯反装：（b）、（d）。气开式（正作用方向）：（b）、（c）；气关式（反作用方向）：（a）、（d）。二、气动薄膜调节阀的类型  根据不同的使用场合和使用要求，我们需要选择不同的调节阀的结构型式，主要的气动薄膜调节阀的类型有以下几种：（l）直通单座调节阀  直通单座阀的阀体内只有一个阀芯与阀座，如右图所示。流体从左侧流入，从右侧流出。其特点是结构简单、泄露量小，易于保证关闭，甚至完全切断。缺点是在压差比较大的时候，流体对阀芯上下作用的推力不平衡，这种不平衡力会影响阀芯的移动。因此这种阀一般应用在小口径、低压差的场合。但目前已有大口径的单座阀。（2）直通双座调节阀   阀体内有两个阀芯和阀座，如右图所示。流体从左侧流入，经过上下阀芯后流体再汇合到一起，再从调节阀的右侧流出。直通双座调节阀是最常用的一种类型，其特点是由于流体流过的时候，作用在上、下两个阀芯上的推力方向相反而大小近于相等，可以相互抵消，所以不平衡力小。但是，由于加工的限制，上下两个阀芯阀座不易保证同时密闭，因此泄露量较大。（3）其他类型的调节阀  ①角形调节阀角形阀的两个接管呈直角形，流体从底部进入，然后流经阀芯后从阀侧流出，如右图所示。这种阀的流路简单、阻力较小，适用于安装现场管道要求用直角连接、介质为高粘度、高压差和含有少量悬浮物和固体颗粒状的场合。  ②隔膜调节阀它采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜，如右图所示。隔膜阀的特点是结构简单、流阻小，流通能力比同口径的其他种类的阀要大。由于介质用隔膜与外界隔离，故无填料，介质也不会泄露。这种阀耐腐蚀性强，适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的调节，也能用于高粘度及悬浮颗粒状的介质的调节。   ③三通调节阀三通阀有三个流体出入口。其流通方式有两种：（a）合流（两种介质混合成一路）型；（b）分流（一种介质分成两路）型，分别如下图（a）、（b）所示。可用一个三通阀来实现两个直通阀的功能，适用于配比调节与旁路调节。在实际应用中，三通阀常用于换热器旁路调节。   ④蝶阀也称翻板阀，如右图所示。蝶阀的特点是结构简单、重量轻、价格便宜、流阻极小。但泄露量大，适用于口径较大、大流量、低压差的场合，也可以用于含少量悬浮颗粒介质的调节。   ④球阀.

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