电动调节阀的结构与工作原理.docx

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电动调节阀的结构与工作原理

电动调节阀的结构与工作原理

课前准备：

多媒体课件制作、演示实验设备调试、以4人/小组进行分组。

、课程导引一一执行器的作用

在过程控制系统中，执行器接受调节器的指令信号，经执行机构将其转换成相应的角位移或直线位移，去操纵调节机构，改变被控对象进、出的能量或物料，以实现过程的自动控制。

在任何自动控制系统中，执行器是必不可少的组成部分。

如果把传感器比拟成控制系统的感觉器官，调节器就是控制系统的大脑，而执行器则可以比拟为干具体工作的手。

执行器常常工作在局温、局压、深冷、强腐蚀、高粘度、易结晶、闪蒸、汽蚀、高压差等状态下，使用条件恶劣，因此，它是整个控制系统的薄弱环节。

如果执行器选择或使用不当，往往会给生产过程自动化带来困难。

在许多场合下，会导致控制系统的控制质量下降、调节失灵，甚至因介质的易燃、易爆、有毒而造成严重的事故。

为此，对于执行器的正确选用和安装、维修等各个环节，必须给予足够的注

/匕、、O

执行器根据驱动动力的不同，可划分为气动执行器、液动执行器和电动执行器，本次课将结合实验装置所用的智能电动调节阀使用知识进行介绍。

分钟）

1、电动调节阀的基本结构在THJ-2的实验装置上，配置了上海万迅仪表有

限公司生产的智能型电动调节阀，其型号为QSVP-16K,图1是电动调节阀的典型外形，它由两个可拆分的执行机构和调节阀（调节机构）音部分组成。

上音部是执行机构，接受调节器输出的OslOmADC或4s20mADC信号，并将其转换成相应的直线位移，推动下音帕勺调节〔阀动作，直接调节流体的流量。

各类电动调节阀的执行机构基本相同，但调节阀（调节机构）的结构因使用条件的不同类型很多，最常用的是直通单阀座和直通双阀座两种。

2、电动执行机构的基本结构（部分摘自上海万迅仪表产品说明书）

执行机构采用了德国进口的PSL电子式一体化的电动执行机构，该产品体积小、重量轻，功能强、操作方便，已广泛应用于工业控制。

电气其分和齿轮动执行器主要是由相互隔离的动部分组成，电机作为连接两个隔离部分的中

间部件。

电机按控制要求输出转矩，通过多级正齿轮传递到梯形丝杆上，梯形丝杆通过螺纹变换转矩为推力。

因此梯形螺杆通过自锁的输

出轴将直线行程传递到阀杆。

执行机构输出轴带有一个防止传动的止转环，输出轴的径向锁定装置也可以做动位置指示器。

输出轴止动环上连有一个旗杆，旗杆随输出轴同步运行，通过与旗杆连接的齿条板将输出轴位移转换成电信号，提供给智能控制板作为比较信号和阀位反馈输出。

同时执行机构的行程也可由齿条板上的两个主限位开关开限制，并由两机械限位保护。

3、执行机构工作原理

电动执行机构是以电动机为驱动源、以直流电流为控制及反馈信号，原理方块图如图构3所

示。

当控制器的输入端有一个信号输入时，此信号与位置信号进行比较，当两个信号的偏差值大于规定的死区时，控制器产生功率输出，驱动伺服电动机转动使减速器的输出轴朝减小这一偏差的方向转动，直到偏差小于死区为止。

此时输出轴就稳定在与输入信号相对应的位置上。

调节阀

4、控制器结构

控制器由主控电路板、传感器、带LED操作按键、分相电容、接线端子等组成。

智能伺服放大器以专用单片微处理器为基础，通过输入回路把模拟信号、阀位电阻信号转换成数字信号，微处理器根据采样结果通过人工智能控制软件后，显示结果及输出控制信号。

图3智能控制器组成结构

5、调节阀的基本结构

调节阀与工艺管道中被调介质直接接触，阀芯在阀体内运动，改变阀芯与阀座之间的流通面积，即改变阀门的阻力系数就可以对工艺参数进行调节。

图4、图5给出直通单阀座和直通双阀座的典型结构，它由上阀盖（或局温上阀盖）、阀体、下阀盖、阀芯与阀杆组成的阀芯部件、阀座、填料、压板等组成。

TUT

直通单阀座的阀体内只有一个阀芯和一个阀座，其特点是结构简单、泄漏量小（甚至可以完全切断）和允许压差小。

因此，它适用于要求泄漏量小，工作压差较小的干净介质的场合。

在应用中应特别注意其允许压差，防止阀门关不死。

直通双座调节阀的阀体内有两个阀芯和阀座。

它与同口径的单座阀相比，流通能力约大20%~25%。

因为流体对上、下两阀芯上的作用力可以相互抵消，但上、下两阀芯不易同时关闭，因此双座阀具有允许压差大、泄漏量较大的特点。

故适用于阀两端压差较大，泄漏量要求不高的干净介质场合，不适用于高粘度和含纤维的场

三、动手实践一一电动调节阀的基本使用（35分钟）

1、识读铭牌

并回答问题：

a）

识读电动调节阀的铭牌，口径多少？

b）阀杆行程多大？

C）工作压力是多少？

d）流量系数多少？

e）最大推力是多少？

2、线路联接——由于PSL执行机构米用了一体化技术，自带伺服放大器，在不需要阀位显示的情况下，线路联接极为方便，只需二路线电源线

和控制线。

图6是其线路联接图。

打开机壳即可看见如图示意，对应图示插上智能控制板，嵌入定位销将其固定。

执行机构外壳内有端子条用于电气接线，选择适当的联电源线与执行机构相连，建议使用①L0（mm2）导线。

注：

线路联接时电源线一定要正确，不然会造成控制器损坏。

3、调试

执行机构在出厂前都进行了整定，一般使用时不需要再调试。

实际使用中可能需对调节阀开度进行整定，为此，就PSL的限位开关整定问题作介绍。

（1）基本原则

执行器与调节阀门安装连接组合后的产品调试必须作到三位同步：

调节阀位置、行程开关位置、对应信号位置。

例：

输入信号为4mA,

下限位开关是断电位置；输入信号为20mA,调节阀处于满度开位置，上限位开关是断电位置。

判断行程限位开关力办法：

上、下行程由调节凸块碰撞到限位开关时，会听到咔嗒”声均可，反作用时相反操作。

（2）整定方法

手动执行器驱动阀门的阀芯接触阀座。

当阀杆开始轴向动作时，阀杆受力为执行器盘簧的反作用力。

一继续向同一方向驱动执行器，直到执行机构盘簧被压缩到盘簧图表所示相应数值。

这样保证关断力，防止泄漏。

不通电转动手轮

使阀杆下降至“0”位置时，调整下限限位开关正好动作（图2）（右凸块）。

同时左旋

反馈电位器到“0”欧姆位置。

再转动手轮使阀杆上升至标尺100%位置时位开关调调节上限限位开关正好动作（左凸块）。

重复上述动作直至上、下限限位都调整好。

四、理论提高一一电动执行机构工作原理（选学25

分钟）

1、电动执行机构的结构原理

通过以上部分的学习，我们已经知道电动执行机构由伺服放大器和执行单元两大部分，其典型结构原理方框图如图8所示，对其工作原理在此作进一步讨论。

加深知识的理解与掌握，达到举一反三之目的。

图8电动执行机构组成框图

发电路2控制SCR2完全导通，使另一桥式整流器的两端e、f近于短接，电源电压直接加于电机绕组H,并经分相电容Cf供电给绕组I。

这样，绕组I中的电流相位比绕组H超前90。

，电机朝相反的方向转动。

由于前置放大器的增益很高，只要偏差信号大于不灵敏区，触发电路便可使可控硅导通，电动机以全速转动，这里可控硅起的是无触点开关的作用。

当SCRi和SCR2都不导通，伺服电机停止转动。

3、执行单元

执行单元由伺服电机、机械减速和位置发送器三部分组成。

执行单元接受伺服放大器或电动操作器的输出信号，控制伺服电机的正、反转，经机械减速器减速后变成输出力矩推动调节机构动作。

与此同时，位置发送器将调节机构的角位移转换成相对应的10mA,DC信号，作为阀位批示，并反馈到前置放大器的输入端作为位置反馈信号以平衡输入信号。

（1）伺服电机

伺服电机实际上是一个二相电容异步电机，它将伺服放大器输出的电功率转换成机械转矩，作为执行器的动力部件。

伺服电机由一个用冲槽硅钢片叠成的定子和鼠笼式转子组成。

定子上均布着两个匝数、线径相同而相隔90。

电角度的定子绕组I和H。

由于分相电容Cf的作用，I和H的电流相位总是相差90。

，其合成向量产生定子旋转磁场，定子旋转磁场又在转子内产生感应电流并构成转子磁场，两个磁场相互作用，使转子旋转。

如前所述，转子旋转方向取决于I和H中的电流相位差，即取决于分相电容Cf串接在哪一个定子绕

出轴的惰走现象

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组中。

为了消除电机输

（断电后，电机由于惯性而继续运转），提高整机的稳定性，在伺服电机的尾部还装有制动机构。

其基本结构如图8-6所示。

在电机转子2的尾端环上嵌装了几块磁路相互隔离的衔铁3,电机转动时，定子磁场通过此衔铁吸动制动轮8,使它和制动盘9脱开，电机便自由转动。

当电机断电时，定子磁场消失，衔铁的吸力随即消失，制动轮8在压缩弹簧5的作用下，压紧在制动盘上，依靠轮和盘的磨擦力使转子迅速停止转动。

制动轮上的调整螺钉6,可以调整压缩弹簧5的压紧力，以改变衔铁与制动轮套轴之间的间隙，保证可靠的吸与放。

除了这种旁磁式制动机构外，还有杠杆式制动机构和电磁式制动机构。

电动机后罩端盖上还有手动按钮7,报上手动按

钮可使制动轮和制动盘脱开，以便就地手动操作执行

（2）减速器

电动执行机构中的减速器常在整个机构中占很大体积，是造成电动执行器结构复杂的主要原因。

由于伺服电机大多是高转速小力矩的，必须经过近千倍的减速，才能推动调节机构。

目前电动执行机构中常用的减速器有行星齿轮和蜗轮蜗杆两种，其中行星齿轮减速器由于体积小、传动效率高、承载能力大、单级速比可达100倍以上，获得广泛的应用。

近年来，人们为简化减速机构，努力研制各种低速电机，希望直接获得低速度、大推力、小惯性的动力。

但这些执行器的性能目前还不太理想。

（3）位置发送器

通过本次课学习，必须明确电动调节阀的工作原理及结构，熟悉直通单阀座和直通双阀座的应用特点。

能根据系统特点进行正确的电气联接，较熟练地实施执行机构的行程调整。

同学们是否还有问题，可当场提问。

2、作业布置

（2）基本读懂PSL荻行机构产品说明书，并写出PSL执行机构的参数设置方法。