第十六章气动执行机构.ppt

第二十章 气动执行机构 第二十章 气动执行机构 第一节 电／气转换器 电／气转换器是将电动控制系统的标准信号(4～20mADC)转换为标准气压信号(20～100KPa)。通过它可以组成电／气混合系统以便发挥各自的优点，扩大其使用范围。例如，电／气转换器可用来把电动调节器或DCS的输出信号经转换后用以驱动气动执行机构，或将来自各种电动变送器的输出信号经转换后送往气动调节器。 电／气转换器是基于力矩平衡原理进行工作的。其简化原理图如图16-1所示。 图中：1为喷嘴；2为挡板；3为磁钢；4为支点；5为平衡锤；6为波纹管；7为放大器；8为气阻；9为调零弹簧；10为可动铁心。 来自变送器或调节器的标准电流信号通过线圈后，产生一个电磁场。此电磁场把可动铁心磁化，并在磁钢的永久磁场作用下产生一个电磁力矩，使可动铁心绕支点作顺时针转动。此时固定在可动铁心上的挡板便靠近喷嘴，改变了喷嘴和挡板之间的间隙。喷嘴挡板机构是气动仪表中一种最基本的变换和放大环节，它能将挡板对于喷嘴的微小位移灵敏地变换成气压信号。 气压信号经过气动放大器后产生的输出压力增大，此压力反馈到波纹管中，便可在动铁心另一端产生一个使可动铁心绕支点作逆时针转动的反馈力矩，此力矩与线圈产生的电磁力矩相平衡，构成闭环系统。从而达到使输出压力与输入电信号成比例地变化。 第二节气动薄膜执行机构 气动执行机构主要有薄膜式和活塞式两大类，并以薄膜式执行机构应用最广，在电厂气动基地式自动控制系统中，常采用这类执行机构。气动薄膜执行机构以清洁、干燥的压缩空气为动力能源，它接收DCS或调节器或人工给定的20～100kPa压力信号，并将此信号转换成相应的阀杆位移(或称行程)，以调节阀门、闸门等调节机构的开度。 气动薄膜执行器主要由气动薄膜执行机构、控制机构和气动阀门定位器(辅助设备)几大部分组成，如图16-2所示。 一、气动薄膜执行机构 气动薄膜执行机构的结构如图16-2中右侧点划线框内的上半部分所示。它的主要工作部件由波纹膜片l、压缩弹簧2和推杆4组成。当压力信号(通常是20～100kPa)通入薄膜气室时，在波纹膜片1上产生向下的推力。此推力克服压缩弹簧2的反作用力后，使推杆4产生位移，直至弹簧2被压缩的反作用力与信号压力在膜片1上产生的推力相平衡时为止。显然，压力信号越大，向下的推力也越大，与之相平衡的弹簧力也越大，即弹簧的压缩量也就越大。平衡时，推杆的位移与输入压力信号的大小成正比关系。推杆的位移就是执行机构的输出，通常称它为行程。调节件3可用来改变压缩弹簧2的初始压紧力，从而调整执行机构的工作零点。 二、气动阀门定位器 在执行机构工作条件差而要求调节质量高的场合，常把气动阀门定位器与气动薄膜执行机构配套使用，组成闭环回路，利用负反馈原理来改善调节质量，提高灵敏度和稳定性，使阀门能按输入的调节信号准确地确定自己的开度。 气动阀门定位器是一个气压-位移反馈系统，它按位移平衡原理进行工作，其动作过程如下：当来自调节器(或定值器)的气压信号增加时，波纹管19的自由端产生相应的推力，推动托板18以反馈凸轮14为支点逆时针偏转，使固定在托板18上的挡板15与喷嘴16之间的距离减小，喷嘴的背压上升，气动放大器17的输出压力增大。输入气动薄膜执行机构的气室A，对波纹膜片1施加向下的推力。 此推力克服压缩弹簧2的反作用力后，使推杆4向下移动。推杆下移时，通过反馈连杆13带动反馈凸轮14绕凸轮轴O顺时针偏转，从而推动托板18以波纹管19为支点逆时针转动，于是固定在托板18上的挡板离开喷嘴16，喷嘴的背压下降，放大器17的输出压力减小。当输入信号使挡板15所产生的位移与反馈连杆13动作(即阀杆5的行程)使挡板15产生的位移相平衡时，推杆便稳定在一个新的位置上。此位置与输入信号相对应，即执行机构的行程s与输入压力信号成比例关系。 气动阀门定位器与气动薄膜执行机构配用时，也能实现正、反作用两种动作方式。正作用方式就是当输入气压信号增加时，调节机构输出行程增加(推杆4下移)；反之，即 为反作用方式。正作用方式要改变成反作用方式，只需将反馈凸轮反向安装，并将喷嘴从托板18的左侧移至右侧即可。 三、工作特性 根据前述分析，若忽略机械系统的惯性及摩擦影响，则可画出气动阀门定位器与气动薄膜执行机构配合使用时的方框图，如图16-3所示。 图中：Pi为输入信号；s为阀杆行程；Ai为波纹管19的有效面积；Ci为波纹管19的位移刚度；Ki为波纹管19的顶点到喷嘴15之间的位移转换系数（根据三角形相似原理确定）；K为放大器17的转换放大系数；As为波纹膜片的有效面积；Cs为波纹膜片及压缩弹簧组的位移刚度；Kf为阀杆5到挡板15之间的位移转换系数（根据凸轮轮廓的形状及三角形相似原理确定）；Fi为波纹管所产生的输入力；Si为