8-1 執(zhí)行器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中起什么作用？
答：在過程控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器接受調(diào)節(jié)器的指令信號(hào)，經(jīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直線位移，去操縱調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，改變被控對(duì)象進(jìn)、出的能量或物料，以實(shí)現(xiàn)過程的自動(dòng)控制。在任何自動(dòng)控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器是*的組成部分。如果把傳感器比擬成控制系統(tǒng)的感覺器官，調(diào)節(jié)器就是控制系統(tǒng)的大腦，而執(zhí)行器則可以比擬為干體工作的手。
8-2 執(zhí)行器由哪些部分構(gòu)成?各起什么作用？
答：執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥（調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)）兩個(gè)部分組成，圖8-1為氣動(dòng)執(zhí)行器的外形圖。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動(dòng)裝置，它根據(jù)控制信號(hào)的大小，產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作。調(diào)節(jié)閥是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力的作用下，調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生一定的位移或轉(zhuǎn)角，直接調(diào)節(jié)流體的流量。
各類執(zhí)行器的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的種類和構(gòu)造大致相同，主要是執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同。因此在執(zhí)行器介紹時(shí)分為執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分。應(yīng)說(shuō)明的是在電動(dòng)執(zhí)行器中執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥基本是可分的兩個(gè)部分，在氣動(dòng)執(zhí)行器中兩者不可分的，是統(tǒng)一的整體。
8-3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分類如何？
答：執(zhí)行器按其所使用的能源形式可分為氣動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)三大類。
（1）電動(dòng)執(zhí)行器
電動(dòng)執(zhí)行器是以電能為動(dòng)力的，它的特點(diǎn)是獲取能源方便，動(dòng)作快，信號(hào)傳遞速度快，且可遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)，便于和數(shù)字裝置配合使用等。所以電動(dòng)執(zhí)行器處于發(fā)展和上升時(shí)期，是一種有發(fā)展前途的裝置。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格貴和推動(dòng)力小，同時(shí)，一般來(lái)說(shuō)電動(dòng)執(zhí)行器不適合防火防爆的場(chǎng)合。但如果采用防爆結(jié)構(gòu)，也可以達(dá)到防火防爆的要求。
（2）氣動(dòng)執(zhí)行器
氣動(dòng)執(zhí)行器是以壓縮空氣為動(dòng)力的，有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作穩(wěn)定、輸出力大、維護(hù)方便和防火防爆等點(diǎn)。所以廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力等部門，特別適用于有爆炸危險(xiǎn)的石油、化工供應(yīng)過程。其缺點(diǎn)是滯后大，不適宜遠(yuǎn)傳（150m以內(nèi)），不能與數(shù)字裝置連接。
目前，內(nèi)外所選用的執(zhí)行器中，液動(dòng)的很少。
8-4 常用調(diào)節(jié)閥有哪幾種？它們各有什么缺點(diǎn)？
答：調(diào)節(jié)閥的品種很多，但根據(jù)閥芯的動(dòng)作形式，調(diào)節(jié)閥可分為直行程式和角行程式兩大類。閥桿帶動(dòng)閥芯沿直線運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)閥屬于直行程類，閥芯按轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)閥屬于角行程類。其常用結(jié)構(gòu)類型如下圖8-2所示。
（一）直行程式的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)
1、直通單座閥
所謂單座是指閥體內(nèi)只有一個(gè)閥芯和一個(gè)閥座。如圖8-2（b）、（c）所示。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、泄漏量小(甚至可以*切斷)和允許壓差小。因此，它適用于要求泄漏量小，工作壓差較小的干凈介質(zhì)的場(chǎng)合。在應(yīng)用中應(yīng)特別注意其允許壓差，防止閥門關(guān)不死。
2、直通雙座閥
直通雙座調(diào)節(jié)閥[圖8-2(a)]的閥體內(nèi)有兩個(gè)閥芯和閥座。它與同口徑的單座閥相比，流通能力約大20%～25%。因?yàn)榱黧w對(duì)上、下兩閥芯上的作用力可以相互抵消，但上、下兩閥芯不易同時(shí)關(guān)閉，因此雙座閥有允許壓差大、泄漏量較大的特點(diǎn)。故適用于閥兩端壓差較大，泄漏量要求不的干凈介質(zhì)場(chǎng)合，不適用于粘度和含纖維的場(chǎng)合。
3、角形閥
角形調(diào)節(jié)閥[圖8-2(d)]的閥體為直角形，其流路簡(jiǎn)單，服力小，適用于壓差、粘度、含懸浮物和顆粒狀物料流量的控制。一般使用于底進(jìn)側(cè)出、此種調(diào)節(jié)閥穩(wěn)定性較。在壓場(chǎng)合下，為了延長(zhǎng)閥芯使用壽命，可采用側(cè)進(jìn)底出，但在小開度財(cái)容易發(fā)生振蕩。
（二）角行程式的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)
1、蝶閥
蝶閥[圖8-2(g)]的擋板以轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)來(lái)控制流體的流量。它由閥體、擋板、擋板軸和軸封等部件組成。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、成本低、流通能力大，特別適用于低壓差、大口徑、大流量氣體和帶有懸浮物流體的場(chǎng)合，但泄漏量較大。其流量特性在轉(zhuǎn)角達(dá)到70º。前和等百分比特性相似，70º以后工作不穩(wěn)定，特性也不，所以蝶閥通常在0º～70º轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)使用。蝶閥不僅在石油、煤氣、化工、水處理等一般工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用，而且還應(yīng)用于熱電站的冷卻水系統(tǒng)。
2、凸輪撓曲閥
凸輪撓曲閥又稱偏心旋轉(zhuǎn)閥[圖8-2(i)]，也是一種結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥。其球面閥芯的中心線與轉(zhuǎn)軸中心偏離，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)閥芯偏心旋轉(zhuǎn)，使閥芯向前下方進(jìn)入閥座。
偏心旋轉(zhuǎn)閥有體積小，重量輕，使用，維修方便，通用性強(qiáng)，流體阻力小等點(diǎn)，適用于粘度較大的場(chǎng)合，在石灰、泥漿等流體中，有較的使用性能。
8-5 何謂調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)？它與哪些因素有關(guān)？
答：所謂調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)，是指在調(diào)節(jié)閥全開時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過調(diào)節(jié)閥的流體體積或質(zhì)量。它表明了調(diào)節(jié)閥根據(jù)要求應(yīng)有的尺寸大小。
對(duì)不可壓縮流體而言，從流體的能量守恒原理不難得到流過調(diào)節(jié)閥的流量表達(dá)式：
從調(diào)節(jié)閥的流量表達(dá)式可知，流過調(diào)節(jié)閥的流量大小與流體的種類、性質(zhì)、工況及閥芯閥座的結(jié)構(gòu)尺寸等許多因素有關(guān)，因此，表示調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)，必須規(guī)定一定的條件。流量系數(shù)KV可以定義為：在調(diào)節(jié)閥前后壓差為100kPa，流體密度為1000kg/m3的條件下，每小時(shí)通過閥門的流體數(shù)量(m3)。
8-6 調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)選擇原則是怎樣確定的？單參數(shù)控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的正、反作用又是如何定的？
答：確定調(diào)節(jié)閥開關(guān)方式的原則是：當(dāng)信號(hào)壓力中斷時(shí)，應(yīng)保證設(shè)備和供應(yīng)的安全。如閥門在信號(hào)中斷后處于打開位置，流體不中斷Z安全，則選用氣關(guān)閥；如果閥門在信號(hào)壓力中斷后處于關(guān)閉位置，流體不通過Z安全，則選用氣開閥。
在一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，應(yīng)使調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、對(duì)象三個(gè)環(huán)節(jié)組合起來(lái)，能在控制系統(tǒng)中起負(fù)反饋?zhàn)饔谩?/DIV>
一般步驟，先由操縱變量對(duì)被控變量的影響方向來(lái)確定對(duì)象的作用方向，然后由安全條件來(lái)確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)型式，Z后由對(duì)象、調(diào)節(jié)閥、調(diào)節(jié)器三個(gè)環(huán)節(jié)組合后為“負(fù)"來(lái)確定調(diào)節(jié)器的正、反作用。
【例1】 有一液位控制系統(tǒng)如圖8-3所示，根據(jù)要求調(diào)節(jié)閥選用氣開式，調(diào)節(jié)器的正反作用應(yīng)該如何？
解：先做兩條規(guī)定：
（1）氣開調(diào)節(jié)閥為+A，氣關(guān)調(diào)節(jié)閥為－A；
（2）調(diào)節(jié)閥開大，被調(diào)參數(shù)上升為+B，下降為－B。
則 A×B=“+"調(diào)節(jié)閥選反作用；
A×B=“－"調(diào)節(jié)閥選正作用。
在圖中，閥為氣開+A，閥開大，液位下降－B，則有：
（+A）×（－B）=“－"調(diào)節(jié)器選正作用。
8-7 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)怎樣?
答：電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受電動(dòng)調(diào)節(jié)器輸出的0～10mA，DC或4～20mA，DC信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出軸角位移或直線位移，去操縱調(diào)節(jié)閥，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由伺服放大器和執(zhí)行單元兩大部分，其結(jié)構(gòu)原理方框圖如圖8-3所示。
圖8-3 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成框圖
從調(diào)節(jié)器來(lái)的信號(hào)通過伺服放大器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，經(jīng)減速器帶動(dòng)調(diào)節(jié)閥，同時(shí)經(jīng)位置發(fā)信器將閥桿行程反饋給伺服放大器，組成位置隨動(dòng)系統(tǒng)。依靠位置反饋，保證輸入信號(hào)準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為閥桿的行程。
8、控制閥的結(jié)構(gòu)形式主要有哪些？各有什么特點(diǎn)？主要使用在什么場(chǎng)合？
答：
類型 | 特點(diǎn) | 主要使用場(chǎng)合 |
直通單座控制閥 | 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、泄露量小、易于保證關(guān)閉、 | 小口徑、低壓差 |
直通雙座控制閥 | 不平衡力小、泄露量較大 | Z為常用 |
角形控制閥 | 流路簡(jiǎn)單，阻力較小 | 現(xiàn)場(chǎng)管道要求直角連接、壓差、介質(zhì)黏度大、含有少量懸浮物和顆粒狀固體 |
三通控制閥 | 有三個(gè)出入口與管道連接，可組成分流與合流兩種形式 | 配比控制或旁路控制 |
隔膜控制閥 | 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流阻小、流通能力大、耐腐蝕性強(qiáng) | 強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕性、黏度、含懸浮顆粒狀的介質(zhì) |
蝶閥 | 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、價(jià)格、流阻極小、泄露量大 | 大口徑、大流量、低壓差、含有少量纖維或懸浮顆粒狀介質(zhì) |
球閥 | 閥芯與閥體都呈球形體 | 流體的黏度大、污穢、雙位控制 |
凸輪撓曲閥 | 密閉性、重量輕、體積小、安裝方便 | 介質(zhì)黏度、含懸浮物顆粒 |
籠式閥 | 可調(diào)范圍大、振動(dòng)小、不平衡力小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、套筒互換性、汽蝕小、噪音小 | 壓差大、要求噪音小的場(chǎng)合。對(duì)溫、黏度及含固體顆粒的介質(zhì)不適用 |
9、什么叫氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開式與氣關(guān)式？其選擇原則是什么？
答：隨著送往執(zhí)行器的氣壓信號(hào)的增加，閥逐漸打開的稱為氣開式，反之稱為氣關(guān)式。氣開、氣關(guān)式的選擇主要是由供應(yīng)上安全條件決定的。一般來(lái)講，閥全開時(shí)，供應(yīng)過程或設(shè)備比較危險(xiǎn)的選氣開式；閥全關(guān)時(shí)，供應(yīng)過程或設(shè)備比較危險(xiǎn)的應(yīng)選氣開式；
10、試簡(jiǎn)述電動(dòng)執(zhí)行器的功能與主要功能。
答：角行程的功能是接收來(lái)自控制器的０～１０Ａ的支流電流信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直行程位移，去操縱閥門、擋板等的控制機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
電動(dòng)執(zhí)行器的主要類型有角行程、直行程和多轉(zhuǎn)式等。角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力元件，將輸入的直流電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移（），這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)適用于操縱蝶閥、擋板之類的旋轉(zhuǎn)式控制閥。直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收輸入的直流電流信號(hào)后，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后經(jīng)減速器減速并轉(zhuǎn)換為直線位移輸出，去操縱單座、雙座、三通等各種噢內(nèi)控制閥和其他直線式控制機(jī)構(gòu)。多轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要用來(lái)開啟和關(guān)閉閘閥、截至閥等多轉(zhuǎn)式閥門，一般用作就地操作和遙控。
