电动调节阀的结构与工作原理.docx

1、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

2、 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（

3、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4s 20mADC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

4、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，

5、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

6、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

7、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

8、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 L0 (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

9、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

10、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

11、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C

12、f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I 一 过于；2一转于；Jf?； ix : 4.一暹轴：&-IE W W J e IwnTOs T 护过按妞，曲一制也览D 册富厥出披卷组中。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

13、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

14、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。