执行器及其应用

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前言

常用物理量符号意义

第1章 概论

1.1 执行器概述

1.1.1 执行器的作用

1.1.2 执行器的构成

1.1.3 执行器的分类

1.2 执行器发展状况

1.2.1 调节阀智能化

1.2.2 执行器数字化、智能化、通信化技术

1.2.3 总结

第2章 阀门

2.1 概述

2.1.1 阀门的分类

2.1.2 阀门型号的编制方法

2.1.3 阀门常用标准代号

2.1.4 阀门的驱动装置

2.2 调节阀

2.2.1 调节阀的流量系数和流量特性

2.2.2 调节阀的结构形式

2.2.3 调节阀的主要参数

2.3 执行机构的特性分析

2.3.1 不平衡力和不平衡力矩

2.3.2 允许压差的计算

第3章 气动执行机构

3.1 概述

3.1.1 气动执行器的用途与特点

3.1.2 气动执行器的组成

3.2 气动执行器结构、分类及工作原理

3.2.1 气动执行机构的用途与结构特点

3.2.2 气动单元组合仪表

3.2.3 气动执行机构的工作原理举例

3.3 气动执行器的特性和技术要求

3.3.1 气动执行机构的静态、动态特性

3.3.2 执行机构输出力和刚度计算

3.4 气动执行器附件

3.4.1 阀门定位器

3.4.2 电气转换器

3.4.3 阀位传送器

3.4.4 阀位控制器

3.4.5 电磁阀

3.4.6 气动保位阀

3.4.7 气动继动器

3.4.8 手轮机构

3.4.9 油雾器

3.4.10 空气过滤减压器和空气安全阀

3.4.11 空气过滤器

3.4.12 气动减压器

3.4.13 其他附件

3.5 气动执行器的选择方法

3.5.1 执行机构和调节阀结构形式的选择

3.5.2 控制回路中气动调节阀的选用

3.5.3 气开、气关的选择及实例

3.6 气动执行器的安装与维护

3.6.1 气动执行器的安装

3.6.2 气动执行器的维修

3.6.3 气动执行器常见故障及消除方法

3.7 液动阀门执行器

3.7.1 液动执行器特点和组成

3.7.2 液压缸分类

3.7.3 电液执行机构的控制

3.7.4 液压控制元件

3.7.5 液动执行器的使用和维护

3.7.6 液动执行器动作异常原因分析

3.8 新型气动执行器

第4章 电动执行器

4.1 概述

4.1.1 电动执行器的用途和分类

4.1.2 电动执行器的要求

4.2 DKJ及DKZ型电动执行器

4.2.1 伺服电动机

4.2.2 晶闸管的触发电路

4.2.3 步进电动机

4.2.4 前置磁放大器

4.2.5 附属部件

4.2.6 典型参数

4.3 其他电动执行器

4.3.1 积分式电动执行器

4.3.2 滚切电动机式电动执行器

4.3.3 多转式电动执行器

4.3.4 永磁低速同步电动机式执行器

4.3.5 数字式电动执行器

4.4 智能式电动执行器

4.4.1 DKJ型电动执行器及其不足

4.4.2 智能电动执行器及特点

4.4.3 几种典型智能电动执行器

4.4.4 智能电动执行器的发展趋势

第5章 电磁阀

5.1 概述

5.1.1 电磁阀的主要特点

5.1.2 电磁阀的工作原理

5.1.3 电磁阀的技术发展

5.2 电磁阀的分类。

5.2.1 按阀体结构分类

5.2.2 按工作介质分类

5.2.3 按其他方式分类

5.3 填料函型电磁阀

5.3.1 填料函和填料结构

5.3.2 直接动作式电磁阀

5.3.3 差压动作式电磁阀

5.4 无填料函型电磁阀

5.4.1 无填料函型电磁阀的特点及用途

5.4.2 直接动作式电磁阀

5.4.3 先导式电磁阀

5.5 特种用途电磁阀

5.5.1 防爆电磁阀

5.5.2 高温高压电磁阀

5.5.3 电磁阀举例

5.6 电磁阀的选型与维护

5.6.1 安全性

5.6.2 适用性

5.6.3 可靠性

5.6.4 经济性

5.6.5 如何正确地订购阀门

5.6.6 电磁阀故障处理

5.6.7 电磁阀安装注意事项

参考文献

电动执行器主要应用以下三大领域

1、 发电厂

典型应用有:

①火电行业应用

送风机风门挡板 一次进风风门挡板 空气预热风门挡板 烟气再循环 旁路风门挡板 二次进风风门挡板 主风箱风门挡板 燃烧器调节杆 燃烧器摇摆驱动器 液压推杆驱动器 叶轮机调速烟气调节阀 蒸气调节阀 球阀和蝶阀控制 滑动门 闸门

②其它电力行业的阀门执行器应用

球阀 除尘控制喷水叶轮机转速控制 控制大型液压阀 燃气控制阀 燃烧器点火启动蒸气控制阀 冷凝水再循环, 脱氧机，锅炉给水，过热控制器，再加热恒温控制器，及其它相关阀门应用

2、 过程控制

用于化工、石化、模具、食品、医药、包装等行业的生产过程控制，按照既定的逻辑指令或电脑程序对阀门、刀具、管道、挡板、滑槽、平台等进行精确的定位、起停、开合、回转，利用系统检测出的温度、压力、流量、尺寸、辐射、亮度、色度、粗糙度、密度等实时参数对系统进行调整，从而实现间歇、连续和循环的加工过程的控制。

3、 工业自动化

用于较为广泛的航空、航天、军工、机械、冶金、开采、交通、建材等方面，对各类自动化设备和系统的运动点(运动部件)进行各种形式的调节和控制。

过程控制和工业自动化方面的主要应用举例如下:

① 在硫矿生产中的应用

注水流量控制球阀和碟阀控制

②碳酸钾管道阀门执行器的应用

滑动门分流器 闸门球阀和蝶阀 球型控制阀

③水处理阀门执行器的应用

液流流量控制调压阀压力控制 酸溶液流量控制

④石灰石/水泥厂阀门执行器的应用

球 或蝶阀控制 处理干水泥，石膏，或液体 送风和引风机 调节型风门挡板 旁路风门挡板 环境污染控制和除尘装置滑动门 对在料斗和储藏库的原材料进行物流控制 闸门 控制原材料在进料口的流量 燃气控制阀 调节转炉上燃烧器进气量 蒸气控制阀 控制生产过程所需的蒸气

⑤在谷物加工厂执行器的应用

闸门 分流阀 分配器 物料卸货器/加热器 除尘隔离挡板 气流控制(物流干燥) 球阀和蝶阀控制

⑥钢厂风门挡板和阀门执行器的应用

球或蝶阀控制 控制冷却水，废水，或其它冷却介质 调节型风门挡板 送风和引风机旁路风门挡板 闸门 环境污染控制和除尘装置 滑动门 控制原材料在进料口的流量对在料斗和储藏库的原材料进行物流控制 燃气控制阀 蒸气控制阀 调节转炉上燃烧器进气量控制生产过程所需的蒸气

⑦铝厂风门挡板和阀门执行器的应用

送风机风门挡板 一次进风风门挡板 空气预热风门挡板 烟气再循环 旁路风门挡板 二次进风风门挡板 主风箱风门挡板 燃烧器调节杆 燃烧器摇摆驱动器 液压推杆驱动器 叶轮机调速 烟气调节阀 蒸气调节阀 球阀和蝶阀控制 滑动门 闸门

⑧过程控制挡板的应用

空气补充 排风机旁路 热/冷风混和 应急关断

⑨在石油工业中的应用

注油工艺流量控制 气举管路主阀门压力控制 注水工艺流量控制 油井油质采样试验 / 生产用阀门

⑩在天然气生产和输送工业的应用

气举气流流量控制 气管路主阀门压力控制 压缩机喘振控制 天然气压力控制 天然气管路主阀门压力控制 应急关断 天然气调压器控制 压力控制 压缩机喘振控制 流量控制

气动、电动、液动执行器的对比

调节阀所用执行器不外乎气动、电动、液动(电液动)这三种，其使用性能各有优劣，下面分述之。

1、气动执行机构:现今大多数工控场合所用执行器都是气动执行机构，因为用气源做动力，相较之下，比电动和液动要经济实惠，且结构简单，易于掌握和维护。由维护观点来看，气动执行机构比其它类型的执行机构易于操作和校定，在现场也可以很容易实现正反左右的互换。它最大的优点是安全，当使用定位器时，对于易燃易爆环境是理想的，而电讯号如果不是防爆的或本质安全的则有潜在的因打火而引发火灾的危险。所以现在电动调节阀应用范围越来越广。但是在化工领域上，气动调节阀还是占据着绝对的市场优势。

气动执行机构的主要缺点就是:响应较慢，控制精度欠佳，抗偏离能力较差，这是因为气体的可压缩性，尤其是使用大的气动执行机构时，空气填满气缸和排空需要时间。但这应该不成问题，因为许多工况中不要求高度的控制精度和极快速的响应以及抗偏离能力。

2、电动执行机构:电动执行机构主要应用于动力厂或核动力厂，因为在高压水系统需要一个平滑、稳定和缓慢的过程。电动执行机构的主要优点就是高度的稳定和用户可应用的恒定的推力，最大执行器产生的推力可高达225000kgf，能达到这么大推力的只有液动执行器，但液动执行器造价要比电动高很多。电动执行器的抗偏离能力是很好的，输出的推力或力矩基本上是恒定的，可以很好的克服介质的不平衡力，达到对工艺参数的准确控制，所以控制精度比气动执行器要高。如果配用伺服放大器，可以很容易地实现正反作用的互换，也可以轻松设定断信号阀位状态(保持/全开/全关)，而故障时，一定停留在原位，这是气动执行器所作不到，气动执行器必须借助于一套组合保护系统来实现保位。

电动执行机构的缺点主要有:结构较复杂，更容易发生故障，且由于它的复杂性，对现场维护人员的技术要求就相对要高一些;电机运行要产生热，如果调节太频繁，容易造成电机过热，产生热保护，同时也会加大对减速齿轮的磨损;另外就是运行较慢，从调节器输出一个信号，到调节阀响应而运动到那个相应的位置，需要较长的时间，这是它不如气动、液动执行器的地方。

3、液动执行机构:当需要异常的抗偏离能力和高的推力以及快的形成速度时，我们往往选用液动或电液执行机构。因为液体的不可压缩性，采用液动执行器的优点就是较优的抗偏离能力，这对于调节工况是很重要的，因为当调节元件接近阀座时节流工况是不稳定的，越是压差大，这种情况越厉害。另外，液动执行机构运行起来非常平稳，响应快，所以能实现高精度的控制。电液动执行机构是将电机、油泵、电液伺服阀集成于一体，只要接入电源和控制信号即可工作，而液动执行器和气缸相近，只是比气缸能耐更高的压力，它的工作需要外部的液压系统，工厂中需要配备液压站和输油管路，相比之下，还是电液执行器更方便一些。

液动执行机构的主要缺点就是造价昂贵，体检庞大笨重，特别复杂和需要专门工程，所以大多数都用在一些诸如电厂、石化等比较特殊的场合。