第3章执行器

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运算器和执行器

运算器和执行器

Q/Q
0
线性
s=1
s=0.5
s=0.1
Q/Q
0
等百分比
s=1
s=0.5
s=0.1
串联管道时,特性的畸变同s值有关;
并联管道时,特性的畸变同x值有关。
1
2
3
工作流量特性
工作流量特性
以Qmax为参比端, Qmax表示管道阻力等于零时的阀全开流量。
串联管道时的工作流量特性随s值的变化曲线:
串联管道时的工作流量特性随s值的变化曲线
以Q100为参比端, Q表示存在管道阻力时的阀全开流量。
A
由上阀盖、下阀盖、阀体、阀座、阀芯、阀杆、填料和压板等构成。为适应多种使用要求,阀芯和阀体有不同的结构,使用的材料也各不相同。
B
(一)控制阀结构
四、调节机构
直通单座阀
01
直通双座阀
02
角形阀
03
三通阀
04
蝶阀
05
套筒阀
06
偏心旋转阀
07
高压阀
08
阀的结构型式
01
流体对阀芯作用形式:流开阀和流闭阀:力与开阀方向
02
阀芯的安装形式: 正装阀和反装阀:阀芯下移时,阀门开或关状态
B
A
C
节流原理
化简得:
以上各式采用国际单位制,若采用工程单位化简则为:
(二)调节阀特性
调节阀的流量方程:
Q
式中 Q -体积流量,m3/h
P1 、P2 -阀前后压力,100kPa
ρ -流体密度,g/cm3
A -阀接口流通面积,cm2
ξ -阀阻力系数,与阀门结构、开度等有关
= 5.09
A

执行器的结构与工作原理PPT演示课件

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喷油量精度。
如图2-2所示,它与轴针式电磁喷油 器的主要区别在于阀针的结构。球阀式的阀针是 由钢球、导杆和衔铁直接用激光束焊接成整体而 制成的,其质量减轻到普通针阀式阀针的一半, 而且是采用短的空心导杆实现的。为了保证燃油 密封,轴针式阀针必须有长的导向杆。球阀式阀 针明显优于轴针式阀针。
19
图2-2 同等级的球阀式与轴针式阀针的比较
28
三,怠速空气调整器
• 怠速空气调整器的作用:1,稳定发动机的 怠速转速,从而降低汽车怠速行驶时的燃 油消耗量;2,发动机在怠速行驶时,若负 荷增大,如接通空调等,则需要提高怠速 转速,以防止发动机熄火。它是通过控制 节气门旁通道的方式来实现怠速调整的。 根据其结构特点分为:双金属片式、石蜡 式、电磁式、旋转滑阀式和步进电机式。
4,喷油器喷油量范围
喷油器是利用脉冲信号通过控制开阀的持 续时间来控制喷油量。
在计算确定实际喷油量的过程中,一般将 最小喷油量喷油器驱动方式
各车型装用的喷油 器,按其线圈的电 阻值可分为高阻 (电阻为13~16Ω) 和低阻(电阻为2~ 3Ω)两种类型。
高阻喷油器常采用 电压驱动方式。
13
二,电磁喷油器

电磁喷油器是发动机电控喷射系统的
一个很关键的执行器。它接受电脑输送的
喷油脉冲信号,精确的计量燃油喷射量。
其要求有:动态流量范围大,抗堵塞污染
能力强以及雾化性能好。
14
15
(1)轴针式电磁喷油器
• 轴针式电磁喷油器主要由喷油器外壳、 喷油嘴、针阀、套在针阀上的衔铁以及根 据喷油脉冲信号产生电磁吸力的电磁线圈 组成。电磁线圈无电流时,喷油器内的针 阀被螺旋弹簧压在喷油器出口处的密封锥 形阀座上。电磁线圈通电时,产生磁场吸 动引铁上移衔铁带动针阀从其座面上上升 约0.1mm,燃油从精密环形间隙中流出。 喷油器用橡胶成型件作为支座。从而

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位置发送器的调整
18
二、气动执行机构
接受电/气转换器 (或电/气阀门定位器) 输出的气 压信号,将其转换成相应的输出力和推杆直位移量, 以推动调节动作。 有薄膜式执行机构和活塞式执行机构: 薄膜式:气压推动薄膜并带动连杆运动, 结构简单, 动 作可靠,维修方便,价格较低,但输出行程小; 活塞式:气压推动活塞并带动连杆运动,输出推力大, 行程长,但价格较高,只用于特殊需要的场合。
绕组1的磁通多,于是感应电动势e2>e1,
差动变压器输出电压u2不等于零,而且输
出电压的大小与铁心位移x之间基本成线
性关系,其特性如图2所示,呈V字形。用 适当的测量电路测量,可以得到差动变压 器输出与位移x成比例的线性读数。最常 用的测量电路是差动整流电路,它把两个
次级电压分别整流后,以它们的差作为输
8
可控硅符号图
可控硅只有导通和关断两种工作状态,所以它具有开关 特性,这种特性需要一定的条件才能转化,此条件见表
9
伺服放大器调整: 按调试线路接线,完成下面工作: 1.调零(调平衡) 2.调稳(灵敏度、死区)
10
(三)执行机构
组成:伺服电机、减速机构、位置发送器等。
伺服电机
作用是将伺服放大器输出的电功率转换成机械转矩, 并且当伺服放大器没有输出时,电机又能可靠地制动。
908010%012.5%
出。差动整流电路有电流输出型和电压输 出型,前者用于连接低阻抗负载的场合; 电压输出型差动整流电路则用于连接高阻
80
抗负载的场合。
17
差动变压器式位移变送器 由同心分布在线圈骨架上一初级线圈P,二个 级线圈S1 和S2 组成, 线圈组件内有一个可自 由移动的杆装磁芯(铁芯),当铁芯在线圈内 移动时,改变了空间的磁场分布,从而改变了初 次级线圈之间的互感量M,当初级线圈供给一 定频率的交变电压时,次级线圈就产生了感应 电动势, 随着铁芯的位置不同, 次级产生的 感应电动势也不同, 这样, 就将铁芯的位移 量变成了电压信号输出。

第3章-执行器分解

第3章-执行器分解

当压降大于 pcr 时, 就会出现 阻塞流, 此时计算出的流量会
大大超过阻塞流Qmax, 因此在计算 C值时首先要确定调节阀是否处于
阻塞流情况.
P1恒定时Q与 p 的关系
3.2 调节阀的流量系数
① 气体的阻塞流条件:
压差比x= △p/p1 ≥xTFk
xT---空气在某一调节阀时的临 界压差比,决定于调节阀结构 (表3.3)
调节阀的流量方程
p1
p2
Q
调节阀是一个局部阻力可变的节流元件.对于不可压缩的流 体,由能量守恒(伯努利方程)可知,调节阀上的压力损失为:
h
p1 p2
g
v
w2 2g
式中, p1, p2为调节阀前后压力; ρ为流体密度; g为重
力加速度; ξv为调节阀阻力系数;w为流体平均速度.
因为 w Q F
Q—流体体积流量,F---调节阀流通截面积
④隔膜控制阀。隔膜控制阀采用耐腐蚀衬里的阀体和 耐腐蚀隔膜代替阀芯阀座组件,由隔膜位移起控制作 用,如图所示。隔膜控制阀结构简单,流路阻力小, 流量系数较同口径的其他阀大。由于介质用隔膜与外 界隔离,故无填料,介质也不会泄漏,所以隔膜控制 阀无泄漏量。隔膜控制阀耐腐蚀性强,适用于强酸、 强碱、强腐蚀性介质的控制,也适用于高黏度及悬浮 颗粒状介质的控制。
图 直通单座控制阀 图 直通双座控制阀
3.1 气动调节阀的结构
③角型控制阀。角型控制阀的两个接管呈直角形, 其他结构与单座阀相类似。角型阀的流向一般 为底进侧出,此时其稳定性较好;在高压差场 合,为了延长阀芯使用寿命而改用侧进底出的 流向,但容易发生振荡。角型控制阀流路简单, 阻力较小,不易堵塞,适用于高压差、高黏度、 含有悬浮物和颗粒物质流体的控制。

《工业机器人技术基础》(第3章)

《工业机器人技术基础》(第3章)

(a)
(b)
图3-12 磁吸式末端执行器的工作原理
1—线圈;2—铁芯;3—衔铁
3.1.4 专用工具
工业机器人是一种通用性很强的自动化设备,可根据作业要求装配各种专用的末端 执行器来执行各种动作。
这些专用工具可通过电磁吸盘式换接器快速地进行更换,形成一整套系列满足用户 的不同加工需求,如图3-13所示。
(a)
(b) 图3-31 三轮行走机构
(c)
2.四轮行走机构
四轮行走机构在工业机器人中的应用最为广泛,其可采用不同的方式实现驱动和转 向,如图3-32所示。其中,图3-32〔a〕所示为后轮分散驱动;图3-32〔b〕所示为四轮 同步转向机构,这种机构可实现更灵活的转向和较大的回转半径。
(a)
(b)
图3-32 四轮行走机构
3.4.3 轮式行走机构
轮式行走机构在工业机器人中应用十分普遍,其主要应用在平坦的地面上,如图330所示。车轮的结构、材料取决于地面的性质和车辆的承载能力。
图3-30 轮式行走机构在工业机器人中的应用
1.三轮行走机构
三轮行走机构稳定性较好,代表性的车轮配置方式是一个前轮、两个后轮,如图331所示。其中,图3-31〔a〕所示为两个后轮独立驱动,前轮仅起支承作用,通过后轮 速度差实现转向;图3-31〔b〕所示为前轮驱动,并通过前轮转向;图3-31〔c〕所示为 两后轮驱动并配有差动器,通过前轮转向。
3.3.3 臂部结构的设计
工业机器人臂部结构的设计具体设计要求有以下几点:
〔1〕臂部的结构应该满足工业机器人作业空间的要求。 〔2〕合理选择臂部截面形状,选用高强度轻质制造材料。工字形截面的 弯曲刚度一般比圆截面大,空心管的弯曲刚度和扭转刚度都比实心轴大得多, 所以常用钢管制作臂杆及导向杆,用工字钢和槽钢制作支承板。 〔3〕尽量减小臂部重量和整个臂部相对于转动关节的转动惯量,以减小 运动时的动载荷与冲击。 〔4〕合理设计臂部与腕部、机身的连接部位。臂部安装形式和位置不仅 关系到机器人的强度、刚度和承载能力,而且还直接影响机器人的外观。

第3章执行器

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•流量特性的定义: • 被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开 度(相对位移)间的关系称为调节阀的流量特性。
• 为了便于分析,先将阀前后压差固定,然后再引 伸到实际工作情况,于是有固有流量特性与工作流量 特性之分。
(1) 固有流量特性 • 在将控制阀前后压差固定时得到的流量特性称为 固有流量特性。它取决于阀芯的形状。
• 2 、解决措施 • 引入阀杆位移负反馈。在调节阀上加装阀门定位 器,使阀杆能按输入信号精确地确定自己的开度。其 方框图如图4-11所示。
• 3 、气动阀门定位器
•Pi↑ 波纹管左移

•靠近喷嘴托板左

••A压力↑ •
•托板右移
•膜片使锥阀关,球阀 开
•反馈凸轮 阀杆下
•移
• 压缩气体D→C
3.1.4 电动执行器
• 执行机构:最简单的是电磁阀,其它连续动作 的都使用电动机作动力元件。 •调节机构输出:直行程、角行程、多转式。
•电动执行器
•电动调节 阀
•智能电动执行器
3.1.1 气动执行器
• 1、 结构及工作原理 • 气闭式单座调节阀的结 构如图4-1所示。 • 上半部分是产生推力的 •薄膜式执行机构,下半部分 为调节阀,调节螺丝可实现 零点迁移。
•P • •膜片• •推杆 • 关闭阀芯(气闭式)
• (1)气动执行机构 • 主要有薄膜式和活塞式两大类。
•两种型式
组件和阀内件 但缺点是上、
组成。
•直通单座
•直通双座
•下阀阀芯不能保 阀
•角形 阀
1、按结 构形式和阀座 数目分类
•证同时关闭,
•泄漏量比单座 •阀大单,座价调节阀的缺点是,调节流体对 阀 •格芯较•阀蝶有贵作。用力•分,•合流如流型型三图三通4通阀-阀2所示。••VO型型••阀球隔球球阀膜阀阀阀阀芯芯

第3章执行器


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6 、调节阀的选择
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3.1.4 电动执行器
• 执行机构:最简单的是电磁阀,其它连续动作 的都使用电动机作动力元件。 •调节机构输出:直行程、角行程、多转式。
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• 1 、问题的提出
• 在图4-1的气动调节阀中,阀杆 的位移是由薄膜上的气压推力与弹 簧反作用力平衡确定的。为了防止 阀杆处的泄漏,要加充填料,摩擦 力可能相当大;此外,被调节流体 作用也可能相当大,这样会影响输 入信号与执行机构间的的定位关系 ,使执行机构产生回环特性,严重 时造成调节系统振荡。
•体 、 上 阀 盖 • 采用双座阀,如图4-3所示,使流 组件、下阀盖 体对上、下两阀芯的作用力大致抵消。
组件和阀内件 但缺点是上、
组成。
•直通单座
•直通双座
•下阀阀芯不能保 阀
•角形 阀
1、按结 构形式和阀座 数目分类
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•证同时关闭,
•泄漏量比单座 •阀大单,座价调节阀的缺点是,调节流体对 阀 •格芯较•阀蝶有贵作。用力•分,•合流如流型型三图三通4通阀-阀2所第3章示执行器。••VO型型••阀球隔球球阀膜阀阀阀阀芯芯

第三章——静电敏感与执行原理

C water r 0 A
12 12 2 76.6 8.854 10 80000 10 542.6 10 15 F x0 100 10 6
另一半空气介质部分的电容为 C air 7.08 10 15 F 总电容为:
C C air C water 549.6 10 15 F
MEMS微执行器原理框图
微执行器的概念
自1982年静电微马达的研制成功至今,对微执 行器的研究工作正在深入。设计执行器的要求是 在动力源的驱动下能够完成需要的动作。因而, 在涉及到运动的微型系统中执行器十分重要。
微执行器的概念


微机械执行器是组成微机电系统的要素之一。 如,力学执行器是将电能或其它能量转换为 机械能。 理想的执行器应该是使用很少的能源,具有 很高的机械效率,对机械状态和环境条件适 应性强,需要时能产生高速运动,具有高的 能量-质量比,在控制信号与力、扭矩和速度 之间呈线性比例关系。
小变化量。
零轴稳定性 重复性:传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试
时所得特性曲线不一致程度。 频响范围:在规定误差条件下,传感器可以正常工作 的频率区间。
微传感器的概念
灵敏度
对于线性传感器,它的灵敏度就是它的静态 特性的斜率,即 S n y x 。非线性传感器的灵敏 度为一变量。一般希望传感器的灵敏度高,在满 量程范围内是恒定的,即传感器的输出--输入特 性为直线。
叉指电容器
静电梳齿驱动
特征:位移和电容变化量之 间呈线性关系;静电驱动的 功耗低。 一对叉指电极的电容由交叠 区域叉指垂直表面电容以及 边缘场电容所确定。由多个 叉指组成的电容相互并联, 因而,总电容是邻近叉指构 成的电容总和。

执行器的结构与工作原理

执行器的结构与工作原理执行器是一种用于实现机械系统动作控制的关键元件,它能够将输入的电信号转化为相应的机械动作。

执行器的结构与工作原理对其性能和可靠性起着至关重要的作用。

本文将介绍执行器常见的结构形式以及其工作原理,并对其特点和应用进行探讨。

一、执行器的常见结构形式1. 电动执行器:电动执行器是一种常见的执行器,它利用电机驱动机械传动装置实现运动。

电动执行器的基本结构包括电机、减速装置和输出机构。

电机通过减速装置降低速度,并通过输出机构将动力传输到执行器的工作部件。

电动执行器具有结构简单、动力输出稳定等优点,广泛应用于工业自动化控制领域。

2. 液压执行器:液压执行器是利用液体压力实现机械运动的执行器。

它由液压泵、液压缸和控制阀组成。

液压泵产生液体压力,通过控制阀调节液压缸的进出油量,从而实现机械部件的运动。

液压执行器具有运动平稳、输出力矩大等特点,广泛应用于重载、高速等工况下的动作控制。

3. 气动执行器:气动执行器是一种利用压缩空气驱动的执行器。

它由气源、执行元件和控制阀组成。

气源产生压缩空气,通过控制阀调节空气的进出来控制执行元件的运动。

气动执行器具有反应速度快、体积小等特点,广泛用于自动化生产线和流水线的控制系统中。

4. 电磁执行器:电磁执行器是利用电磁原理实现机械运动的执行器。

它由电磁铁、执行部件和控制电路组成。

电磁铁通过控制电路的通断来实现执行部件的运动。

电磁执行器具有动作迅速、结构简单等优点,广泛应用于电磁阀、继电器等控制系统中。

二、执行器的工作原理1. 电动执行器的工作原理:电动执行器的工作原理是利用电能转换为机械能来实现动作的。

当电源加电后,电机开始旋转,通过减速装置将转速降低,然后通过输出机构将转动力矩转移到执行器的工作部件上,从而实现机械的运动。

2. 液压执行器的工作原理:液压执行器的工作原理是利用液体的压力来实现机械的运动。

当液压泵向液压缸注入液压油时,液压油受到压力作用,推动液压缸的活塞运动。

执行器基础ppt

具有输出力大、稳定性好、精度高等特点,能够满足各种复 杂控制系统的需求。
执行器的作用
1 2
实现控制系统中的各种动作
执行器可以接收控制信号,根据信号的要求实 现各种机械运动,从而实现对控制系统的精确 控制。
转换能量形式
执行器能够将输入的电能或其他形式的能量转 换成机械能,实现能量形式的转换。
3

提高控制精度
商业建筑领域
总结词
智能化、节能环保、安全可靠
详细描述
商业建筑中的执行器主要用于智能化控制和节能环保等方面。例如,通过执行器可以控制照明、空调 、通风等系统的运行,实现能源的合理分配和有效利用,达到节能减排的效果。同时,执行器还可以 实现安全可靠的控制,例如控制电梯的运行、控制消防设备的启动等。
农业领域
详细描述
气动执行器由气缸和活塞组成。压缩气体进入气缸,推动活塞进行直线或旋转运 动。气动执行器具有快速响应、清洁和节能等优点,通常用于远程控制和自动化 生产线等领域。
液动执行器
总结词
液动执行器使用液体压力来驱动机械运动。
详细描述
液动执行器由液压泵和液压缸组成。液体压力由液压泵产生,推动液压缸内 的活塞进行直线或旋转运动。液动执行器具有高扭矩、稳定和安全等优点, 常用于重型机械设备和工业生产中。
准,以保证产品的质量和应用的可靠性。
03
绿色环保成为发展重点
随着全球环保意识的不断提高,绿色环保已经成为执行器行业的重要
发展方向。一些环保型的执行器产品,如电动执行器、气动执行器等
,越来越受到市场的青睐。
技术创新与升级
采用新材料和新技术
在执行器的制造过程中,新材料和新技术的采用能够提高产品的性能和可靠 性。例如,采用新型工程塑料制造执行器的外壳,能够减轻产品的重量并提 高其耐腐蚀性。
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20
3.2.3 流量系数计算
流量系数C的计算是选定调节阀口径的最主要的 理论依据,但其计算方法目前国内外尚未统一。近十 多年来,国外对调节阀流量系数进行了大量研究,并 取得重大进展。国外几家主要调节阀制造厂相继推出 各自计算流量系数的新公式。表3-2列举了液体、气 体和蒸汽等常用流体流量系数C值的计算公式。对于 两相混合流体,可采用美国仪表学会推荐的有效比容 法计算流量系数C值。
K T
式中,x为压差比,定义为x=△p/p1,xT为临界压差 比,只与阀结构,即流路形式有关,见表3-3。FK为 比热比系数。其定义为可压缩流体绝热指数k与空 气绝热指数kair(=l.4)之比。
25
2.气体(蒸汽)流量系数C的修正 气体、蒸汽等可压缩流体,在调节阀内其体积 由于压力降低而膨胀,其密度也随之减小。利用式 (3-4)计算气体的流量系数,不论代入阀前气体密度 还是阀后气体密度,都会引起较大误差,必须对气 体这种可压缩效应作必要的修正。国际上目前推荐 的膨胀系数修正法,其实质就是引入一个膨胀系数 Y以修正气体密度的变化。Y的计算公式见教材。 此外,在各种压力、温度下实际气体密度与按 理想气体状态方程求得的理想气体密度存在偏差。 为衡量偏差程度大小,引入压缩系数 Z。常用气体 的压缩系数Z,可查阅相关手册。
12
阀门定位器常见的应用场合如下: (1) 提高系统控制精度。 如高、低温或高压调节阀,以及控制易于在阀 门零件挂胶或固结的工艺流体等需要克服阀杆摩 擦力的调节阀;如温度、液位和成分等参数的缓 慢控制过程需要提高调节阀的响应速度;如 Dg>25mm单座阀,Dg>100mm双座阀或者前后压 降Δp>lMPa,阀前压力p1>10MPa等需要增加执 行机构输出力和切断力。 (2) 系统需要改变调节阀的流量特性。 (3) 组成分程控制系统。
21
表3-2 流量系数C的计算公式
流体 流动工况及判别式
非阻塞流:
计算公式
p FL2 ( p1 FF pv )
C 10QL L /( p1 p2 )
液体
阻塞流:
p FL2 ( p1 FF pv ) C 10QL L /( FL2 ( p1 FF pv ))
13
最近研究表明,并不是任何情况下采用阀门定位器 都是合理的。在如液体压力和流量这样的快速控制 过程中,使用阀门定位器可能对控制质量有害。而 对于如大多数传热系统、液位等慢过程,阀门定位 器将改善控制质量。
14
3.2 调节阀的流量系数
3.2.1 调节阀的流量方程
调节阀是一个局部阻力可变的节流元件。对于不可 压缩流体,由能量守恒原理可知,调节阀上的压力损 2 失为 p1 p 2 w h v (3-l) g 2g
7
(a) 直通单座阀
(b) 直通双座阀 (c) 角形阀
(d) 蝶阀 (e) 三通阀 (f) 隔膜阀 图3-3 常用调节阀的结构形式
8
(2) 阀芯的作用方向 根据流体通过调节阀时对阀芯作用方向分为流开 阀和流闭阀,如图3-4所示。流开阀稳定性好,有利 于调节。一般情况,多采用流开阀。
(a) 流开阀 (b) 流闭阀
式中, v 为调节阀阻力系数;g为重力加速度; 为流 体密度;p1,p2为调节阀前、后压力:w为流体平均 速度。 因为 w Q/ F (3-2) 式中,Q为流体体积流量;F为调节阀流通截面积。
15
由式(3-1)和式(3-2),可得调节阀流量方程
QK
F
p1 p2
v

(3-3)
式中,K为与量纲有关的常数。 式(3-3)表明,当 ( p1 p2 ) / 不变时, v 减小, 流量Q增大;反之, v 增大,Q减小。调节阀就是按 照输入信号通过改变阀芯行程来改变阻力系数,从而 达到调节流量的目的。
23
1.阻塞流对流量系数C的影响 所谓阻塞流是指,当阀前压力p1保持恒定而逐步 降低阀后压力p2时,流经调节阀的流量会增加到一个 最大极限值Qmax,此时若再继续降低p2流量也不再 增加,此极限流量称为阻塞流。如图3-7中,当阀压降 大于 pmax 时,就会出现阻塞流。当出现阻塞流时,调 节阀的流量系数与阀前后压降 Δp=p1-p2的关系已不再遵循 式(3-3)的规律。因此,在计 算 C值时首先要确定调节阀 是否处于阻塞流情况。
(c) 流闭阀 (d) 流开阀 图3-4 不同流向的调节阀
9
(3) 阀芯的正装和反装形式 阀芯有正装和反装两种形式。阀芯下移,阀芯与 阀座间的流通截面积减小的称为正装阀;相反,阀芯 下移使它与阀座间流通截面积增大者为反装阀。对于 图3-1所示的双导向正装阀,只要将阀杆与阀芯下端 连接处相接,即为反装阀,如图3-5所示。公称直径 Dg<25mm的调节阀为单导向式,只有正装阀。
26
3.低雷诺数对流量系数C的修正
补充:层流、过渡流、湍流 当流体流速很小时,流体分层流动,互不混合,称 为层流,也称为稳流或片流;逐渐增加流速,流体 的流线开始出现波浪状的摆动,摆动的频率及振幅 随流速的增加而增加,此种流况称为过渡流;当流 速增加到很大时,流线不再清楚可辨,流场中有许 多小漩涡,层流被破坏,相邻流层间不但有滑动, 还有混合。这时的流体作不规则运动,有垂直于流 管轴线方向的分速度产生,这种运动称为湍流,又 称为乱流、扰流或紊流。
27
雷诺数就是表征流体流动特性的一个重要参数。 流体流动时的惯性力Fg和粘性力(内摩擦 力)Fm之比称为雷诺数。用符号Re表示。Re是一个 无量纲量。 雷诺数小,意味着流体流动时各质点间的粘性 力占主要地位,流体各质点平行于管路内壁有规则 地流动,呈层流流动状态。雷诺数大,意味着惯性 力占主要地位,流体呈紊流流动状态,一般管道雷 诺数Re<2300为层流状态,Re>3500为紊流状态, Re=2300~3500为过渡状态。
第3章 执行器
目录
3. l 气动调节阀的结构 3.2 调节阀的流量系数 3.3 调节阀结构特性和流量特性 3.4 气动调节阀的选型 3.5 利用MATLAB确定调节阀的口径 本章小结
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在过程控制系统中,最常用的执行器是控制阀,也 称调节阀。调节阀是按照控制器所给定的信号大小和 方向,改变阀的开度,以实现调节流体流量的装置。 调节阀包括执行机构和阀两部分。 调节阀按其所用能源可分为气动、电动和液动三类。 它们有各自的优缺点和适用场合。气动调节阀以压缩 空气为能源,由于其结构简单、动作可靠、维修方便 和价格低廉且适用于防火防爆场所,因而广泛应用于 化工、石油、冶金、电力和轻纺等工业部门。
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根据流量系数C的定义,在式(3-3)中, F 令 p1 p2 100, 1 ,可得 C 10K v 因此,对于其它的阀前后压降和介质密度,则有
C 10Q ( p1 p 2 ) /
(3-4) 由此可见,流量系数 C不仅与流通截面积F(或 阀公称直径Dg)有关,而且还与阻力系数 v 有关。 同类结构的调节阀在相同的开度下具有相近的阻力系 数,因此口径越大流量系数也随之增大;而口径相同 类型不同的调节阀,阻力系数不同,因而流量系数就 各不一样。
(a) 正装阀 (b) 反装阀 图3-5 调节阀的正反装形式
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(4) 阀的气开、气关作用方式 气动调节阀又可分为气开、气关两种作用方式。 所谓气开式,即信号压力p>0.02MPa时,阀开始打 开,也就是说“有气”时阀开;气关式则相反,信号 压力增大阀反而关小。 根据执行机构正、反作用型式以及阀芯的正装、 反装,实现气动调节阀气开、气关作用方式可有四种 不同的组合,如图3-6所示。
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3.1 气动调节阀的结构
气动调节阀由执行机构和阀(或称阀体组件)两部分 组成。图3-1是气动薄膜调节阀的结构原理图。执行 机构按照控制信号的大小产生相应的输出力,带动阀 杆移动。阀直接与介质接触,通过改变阀芯与阀座间 的节流面积调节流体介质的流量。有时为改善调节阀 的性能,在其执行机构上装有阀门定位器,见图3-1左 边部分。阀门定位器与调节阀配套使用,组成闭环系 统,利用反馈原理提高阀的灵敏度,并实现阀的准确 定位。
(a) 气关阀 (b) 气开阀 (c) 气开阀 (d)气关阀 图3-6 调节阀的气开气关形式
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3.3.3 阀门定位器
气动阀门定位器是一种辅助装置,根据控制器输出 的气动信号,控制气动调节阀的阀门部件,使阀门开 度处于精确位置。 阀门定位器原理见图3-1。 可以证明,当波纹管有效面积、波纹管等测量组 件的刚度及波纹管到挡板间位移传递系数、阀杆到挡 板间位移传递系数固定时,阀门开度与控制器的控制 信号成正比。
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3.2.2 流量系数的定义
调节阀流量系数用来表示调节阀在某些特定条件 下,单位时间内通过的流体的体积或重量。 国际上 流量系数通常用符号C表示。目前国际上对流量系数 C的定义略有不同,主要有以下两种定义。 (1) 按照我国法规计量单位,流量系数C的定义为: 温度为5~10℃的水,在给定行程下,阀两端压差为 100kPa,密度为 lK kg/m3时,每小时流经调节阀水 量的立方米数,以符号Kv表示。国际上也通用这一 定义,采用的单位制称为公制。 (2) 有些国家使用英制单位,此时流量系数C的定 义为:温度为60℉的水,在给定行程下,阀两端压差 为1Psi(磅/平方英寸),密度为 lg/cm3时,每分钟 流经调节阀水量的加仑数,以符号Cv表示。
(a) 正作用执行机构 (b) 反作用执行机构 图3-2 气动薄膜执行机构的正反作用
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3.1.2 阀
阀(或称阀体组件)是一个局部阻力可变的节 流元件。它由阀体、上阀盖组件、下阀盖组件和阀 内件组成。上阀盖组件包括上阀盖和填料函。阀内 件是指阀体内部与介质接触的零部件,对直通阀而 言,包括阀芯、阀座和阀杆等。 (1) 阀的结构形式 阀按结构形式分为:普通单座阀、普通双座阀、 角形阀、蝶阀、三通阀和隔膜阀等,如图3-3所示。 如按阀座数目可分为单座阀和双座阀,如图3-3 中的(a),(b)。一般阀为单座阀。双座阀所需的推 动力较小,动作灵敏。
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