5.4. 执行器的选择计算

1. 5.4. 执行器的选择计算 执行器的选用是否得当，将直接影响控制系统的控制质量、安全性和可靠性 执行器的选择，主要是从以下三方面考虑： 1.执行器的结构形式； 2.调节阀的流量特性； 3.调节阀的口径。

2. 5.4.1. 执行器结构形式的选择 执行机构的选择

3. (1)执行机构的选择 可以根据实际使用要求，综合考虑确定 选择执行机构时，还必须考虑执行机构的 输出力（力矩）应大于它所受到的负荷力（力矩） 负荷力（力矩）包括流体对阀芯产生的作用力（不平衡力）或作用力矩（不平衡力矩）阀杆的摩擦力、重量以及压缩弹簧的预紧力 对于气动薄膜执行机构:工作压差小于最大允许压差 但当所用调节阀的口径较大或压差较高时，执行机构要求有更大的输出力，此时可考虑用活塞式执行机构，也可选用薄膜执行机构再配上阀门定位器。

4. 确定整个调节阀的作用方式 气开式调节阀:有信号压力输入时阀打开 无信号压力时阀全关 气关式调节阀:有信号压力时阀关闭 无信号压力时阀全开 气开气关的选择考虑原则是： 信号压力中断时，应保证设备和操作人员的发全，如阀门处于打开位置时危害性小，则应选用气关式；反之，则用气开式。

5. 确定气动调节阀作用方式实例

6. (2) 调节机构的选择 主要依据是： （1）流体性质 如流体种类、粘度、腐蚀性、是否含悬浮颗粒 （2）工艺条件 如温度、压力、流量、压差、泄漏量 （3）过程控制要求 控制系统精度、可调比、噪音 根据以上各点进行综合考虑，并参照各种 调节机构的特点及其适用场合，同时兼顾经济 性，来选择满足工艺要求的调节机构。

7. 5.4.2. 执行器流量特性的选择 实际上是指如何选择直线特性和等百分比特性 经验准则: （1）考虑系统的控制品质 适当地选择调节阀的特性，以阀的放大系数的变化来补偿控制对象放大系数的变化，使控制系统总的放大系数保持不变或近似不变

8. （2）考虑工艺管道情况 调节阀在串联管道时的工作流量特性与S值的大小有关，即与工艺配管情况有关。因此，在选择其特性时，还必须考虑工艺配管情况。 具体做法: 1.根据系统的特点选择所需要的工作流量特性 P182 表5-5 2.考虑工艺配管情况确定相应的理想流量特性

9. （3）考虑负荷变化情况 直线特性调节阀在小开度时流量相对变化值大，控制过于灵敏，易引起振荡，且阀芯、阀座也易受到破坏，因此在S值小、负荷变化大的场合，不宜采用。等百分比特性调节阀的放大系数随调节阀行程增加而增大，流量相对变化值是恒定不变的，因此它对负荷变化有较强的适应性。

10. 5.4.3.调节阀的口径选择 ——依据流量系数 首先必须要合理确定调节阀流量和压差的数据。 通常把代入计算公式中的流量和压差分别称为计算流量和计算压差。 而在根据计算所得到的流量系数选择调节阀口径之后，还应对所选调节阀开度和可调节比进行验算，以保证所选调节阀的口径能满足控制要求。

11. 选择调节阀口径的步骤 （1）确定计算流量 最大计算流量是指通过调节阀的最大流量，其值应根据工艺设备的生产能力、对象负荷的变化、操作条件变化以及系统的控制质量等因素综合考虑，合理确定。 避免两种倾向：过多考虑余量 只考虑眼前生产

12. （2）确定计算压差 计算压差是指最大流量时调节阀上的压差，即调节阀全开时的压差 确定计算压差时必须兼顾调节性能和动力消耗两方面，即应合理选定S值。

13. 计算压差确定步骤如下： 1) 选择调节阀前后最近的压力基本稳定的两个设备作为系统的计算范围。 2) 在最大流量的条件下，分别计算系统内调节阀之外的各项局部阻力所引起的压力损失，再求出它们的总和△PF。 3) 选取S值 S值一般希望不小于0.3，常选 4) 求取调节阀计算压差△PV

14. （3）计算流量系数Kmax 选择合适的计算公式(P.171,表5-1)，根据已决定的计算流量和计算压差，求得最大流量时的流量系数Kmax 要求： （4）选取流量系数KV 根据已求得的Kmax，在所选用的产品 型式的标准系列中，选取大于Kmax并与其最接近的那一挡Kv值 （P.185,表5-6)

15. （5）验算调节阀开度 最大计算流量时的开度不大于90% 最小计算流量时的开度不小于10% 直线特性调节阀 等百分比特性的调节阀

16. （6）验算调节阀实际可调比 须满足 （7）确定调节阀口径 根据值决定调节阀的公称直径Dg和阀座直径dg （P.185,表5-6)

17. 阀门定位器 将来自控制信号（I0或PO），成比例地转换成气压信号输出至执行机构，使阀杆产生位移。 其位移量通过机械机构反馈到阀门定位器，当位移反馈信号与输入的控制信号相平衡时，阀杆停止动作，调节阀的开度与控制信号相对应。 可见，阀门定位器与气动执行机构构成一个负反馈系统，因此采用阀门定位器可以提高执行机构的线性度，实现准确定位，并且可以改变执行机构的特性从而可以改变整个执行器的特性 阀门定位器可以采用更高的气源压力，从而可增大执行机构的输出力、克服阀杆的摩擦力、消除不平衡力的影响和加快阀杆的移动速度 阀门定位器与执行机构安装在一起，因而可减少调节信号的传输滞后。此外，阀门定位器还可以接受不同范围的输入信号，因此采用阀门定位器还可实现分程控制。

18. 按结构形式，阀门定位器可以分为: 电/气阀门定位器 气动阀门定位器 智能式阀门定位器。

19. 电／气阀门定位器 电／气阀门定位器作用： 1.将4～20mA或0～10mA转换为气信号，用以控制气动调节阀 2.它还能够起到阀门定位的作用 当输入IO → 对主杠杆2产生向左的力F1 → 主杠杆绕支点反时针偏转 → 挡板13靠近喷嘴15→ Pa↑ → 使阀杆向下移动 → 并带动反馈杆9绕支点4偏转→ 凸轮5也跟着逆时针偏转→ 从而使反馈弹簧11拉伸→ 最终使阀门定位器达到平衡状态。此时，一定的信号压力就对应于一定的阀杆位移，即对应于一定的阀门开度。

20. 特性 Io Fi Mi Pa L Ki li K1 K2 ＋ Mf － Ff lf Kf

21. Io Fi Mi Pa L Ki li K1 K2 ＋ Mf － Ff lf Kf 阀杆位移和输入信号之间的关系取决于转换系数Ki、力臂长度li以及反馈部分的反馈系数Kf，而与执行机构的时间常和放大系数，即执行机构的膜片有效面积和弹簧刚度无关，因此阀门定位器能消除执行机构膜片有效面积和弹簧刚度变化的影响，提高执行机构的线性度，实现准确定位。

22. 改变阀门定位器反馈凸轮的几何形状，即可改变反馈部分的反馈系数Kf，从而改变执行机构的特性，进而可以改变整个调节阀的特性。因此，可以通过改变反馈凸轮的几何形状来修正调节阀的流量特性。改变阀门定位器反馈凸轮的几何形状，即可改变反馈部分的反馈系数Kf，从而改变执行机构的特性，进而可以改变整个调节阀的特性。因此，可以通过改变反馈凸轮的几何形状来修正调节阀的流量特性。 根据系统的需要，阀门定位器也能实现正反作用。正作用阀门定位器是输入信号压力增加，输出压力也增加；反作用阀门定位器与此相反，输入信号压力增加，输出压力则减小。电／气阀门定位器实现反作用，只要把输入电流的方向反接即可。

23. 气动阀门定位器 原理与前者完全相同 气动力矩平衡式阀门定位器要将正作用改装成反作用，只要把波纹管的位置从主杠杆的右侧调到左侧即可。

24. 智能式阀门定位器 原理和前面两种阀门定位器很相似

25. 智能式阀门定位器 以CPU为核心，具有许多模拟式阀门定位器无法比拟的优点： (1) 定位精度和可靠性高智能式阀门定位器机械可动部件少，输入信号、反馈信号的比较是数字比较，不易受环境影响，工作稳定性好，不存在机械误差造成的死区影响，因此具有更高的精度和可靠性。 (2) 流量特性修改方便智能式阀门定位器一般都包含有常用的直线、等百分比和快开特性功能模块，可以通过按钮或上位机、手持式数据设定器直接设定。 (3) 零点、量程调整简单零点调整与量程调整互不影响，因此调整过程简单快捷。许多品种的智能式阀门定位器不但可以自动进行零点与量程的调整，而且能自动识别所配装的执行机构规格，如气室容积、作用型式等，自动进行调整，从而使调节阀处于最佳工作状态的。 (4) 具有诊断和监测功能除一般的自诊断功能之外，智能式阀门定位器能输出与调节阀实际动作相对应的反馈信号，可用于远距离监控调节阀的工作状态。 接受数字信号的智能式阀门定位器，具有双向的通讯能力，可以就地或远距离地利用上位机或手持式操作器进行阀门定位器的组态、调试、诊断。