气动执行器与电动执行器的比较
2018/11/28

01。气动执行机构的工作原理

气动执行机构是一种由气动力驱动的执行机构,用于打开和关闭或调节阀门。它也被称为气动执行器或气动装置,但它通常被称为气动头。气动执行机构的执行机构和调节机构是统一的。气动执行器的执行机构包括膜式、活塞式、叉式和齿轮齿条式。气动执行器可以接受连续的气体信号,输出线性位移,有些可以输出摇臂角位移。它移动更快,但随着负载的增加而减慢。可靠性高,但气源中断后(加备用阀后)不能维持阀门,不便于实现分段控制和程序控制,具有防爆功能。
当压缩空气从喷嘴a进入气动执行机构时,气体推动两个活塞向两端(气缸盖端)直线运动。活塞上的齿条驱动旋转轴上的齿轮逆时针旋转90度,阀门打开。此时,气动执行阀两端的气体用b管喷嘴排出。相反,当压缩空气从b形喷嘴进入气动执行器的两端时,气体推动两个塞子以直线朝中间移动。活塞上的齿条驱动旋转轴上的齿轮顺时针旋转90度,阀门关闭。此时,气动执行机构中间的气体用a管喷嘴排出。以上是标准传动原理。根据用户要求,气动执行机构可采用与标准型相反的传动原理,即选择标准轴顺时针转动开启阀门,反时针转动关闭阀门。单动(弹簧复位)气动执行机构a管喷嘴为进气口,b管喷嘴为排气口(b管喷嘴应安装消声器)。a管喷嘴的进口是开启阀门,当空气被切断时,阀门被弹簧力关闭。

02。气动执行器的分类与介绍

常用的作动器有膜式和活塞式。膜促动器是最常用的膜促动器。可作为通用控制阀的驱动装置,形成气动薄膜执行器。气动膜片致动器的信号压力p作用于膜片使其变形,并驱动膜片上的推杆移动,从而导致阀芯位移,从而改变阀的开启。结构简单,价格便宜,维修方便,应用广泛。气动活塞作动器使活塞在气缸内运动,产生推力。显然,活塞式的输出力远大于薄膜式的输出力。因此,膜式适用于小产量、高精度场合,活塞式适用于大口径、高压降控制或蝶阀驱动装置等大产量场合。除了膜式和活塞式之外,还有一种长行程执行器,它具有长行程和大扭矩,并且适合于输出角位移和大扭矩场合。气动执行器接收的信号标准在0.02至0.1兆帕之间。

气动薄膜执行器有正负两种形式。当来自控制器或阀门定位器的信号压力增加时,阀杆向下的作用称为正致动器;当信号压力增加时,阀杆向上的作用称为反作用致动器。正致动器的信号压力进入波纹膜片上方的膜腔,而反作用致动器的信号压力进入波纹膜片下方的膜腔。通过替换单个部件,这两个部件可以相互改变。

气动活塞作动器的主要部件是气缸、活塞和推杆。气缸内的活塞随着气缸两侧压差的变化而运动。根据其特点,可分为比例型和双向型。根据输入活塞两侧的工作压力,将活塞从高压侧推向低压侧。比例式是基于双向阀定位器,使推杆位移与信号压力成比例关系。

03。控制机构的基本组成

控制机构,即控制阀,实际上是一个局部阻力可以改变的节流元件。阀杆的上部与致动器连接,下部与阀芯连接。由于阀芯在阀体内移动,阀芯与阀座之间的流动面积发生变化,即改变阀的阻力系数,从而改变受控介质的流量,从而达到控制工艺参数的目的。控制阀由阀体、阀座、阀芯、阀杆、上下阀盖等组成。控制阀直接与受控介质接触。为了满足各种要求,阀芯和阀体的结构和材料是不同的。

控制阀的阀芯有两种:直行程阀芯和角行程阀芯。常见的直行程阀芯有:平板阀芯,具有快速开启特性,可由两人控制;柱塞阀芯,可上下颠倒,实现正负调节;窗口阀芯,具有流量汇合和分流型,适用于直行程阀芯。单向阀;多级阀芯,可以串联连接多个阀芯,起到降压作用。角行程阀芯通过阀芯的旋转运动改变阀芯和阀座之间的流动截面。常见的角行程阀芯有偏心旋转阀芯、蝶形阀芯和球形阀芯。

04。控制阀结构

1。直接单座控制阀:这种阀的阀体只有一个阀芯和阀座。其特点是结构简单,泄漏小,容易保证封闭,甚至完全切断。但是,当压差较大时,作用于阀芯上的流体的推力是不平衡的,这种不平衡的力会影响阀芯的运动。该阀一般用于小口径、低压降场合。

2。直接双座控制阀:阀体内有两个阀芯和阀座,这是最常用的类型。当流体流过时,作用于上下阀芯上的推力方向相反,大小几乎相等,可以相互抵消,因此不平衡力很小。但是,由于加工限制,上下阀芯阀座不易保证同时密封,因此泄漏较大。根据阀芯和阀座的相对位置,阀可分为正反两种形式。当阀体直立,阀杆向下移动时,阀芯和阀座之间的流动面积减小,这称为正作用型。如果阀芯反向,阀杆向下移动时,阀芯和阀座之间的流动面积增加,这称为反应型。

三。膜片控制阀:采用耐腐蚀的衬体和隔膜。与相同口径的其他阀相比,膜片阀结构简单、流阻小、流量大。因为介质通过隔膜与外界隔开,所以没有填料,介质不会泄漏。该阀具有较强的耐腐蚀性,适用于强酸、强碱等腐蚀介质的控制,也适用于高粘度、悬浮颗粒介质的控制。

4。三通控制阀:有三个入口和出口与工艺管道相连。流通有两种模式:汇流和分流。该阀可替代二通阀,适用于混合控制和旁路控制。

5。角控制阀:角阀的两个角形成一个直角的形状,通常是底进和侧出。该阀流道简单,阻力小。它适用于现场管道需要直角连接,介质粘度高、压差大、含有少量悬浮固体和固体颗粒的场合。

6。套筒控制阀:又称笼阀,其阀体类似于一般通过单座阀。在笼阀中有一个圆柱形套筒。套管壁上有几种形状各异的孔。使用套筒导向器,阀芯在套筒上下移动。由于这种运动改变了保持架的节流孔面积,从而形成各种特性,实现流量控制。本实用新型具有调节比大、振动小、平衡力小、结构简单、套筒互换性好等优点。通过更换不同的套筒可以获得不同的流动特性。阀门内部的气蚀和噪声较小。它是一种性能优良的阀门。它特别适用于要求低噪声和大压差的情况,但不适合要求高压差的情况。温度、高粘度和含有颗粒物的液体。

7。蝶阀:也称为翻转阀。蝶阀具有结构简单、重量轻、价格便宜、流阻小等特点。然而,它们有很大的泄漏。适用于大口径、大流量、低压降场合。它们也可以用于控制含有少量纤维或悬浮颗粒的介质。

8。球阀:球阀的阀芯和阀体是球形的。当阀芯旋转使其与阀体处于不同的相对位置时,具有不同的流动截面积,从而达到流量控制的目的。

9。凸轮偏转阀:也称偏心旋转阀。阀芯呈扇形、球形。它是用弯曲臂和套筒铸造,并固定在转轴上。凸轮偏转阀的偏转臂在压力作用下会发生变形,使阀芯的球面与阀座的座环紧密接触,具有良好的密封性能。同时具有重量轻、体积小、安装方便等特点。适用于高粘度或悬浮物的介质流量控制。

05。控制阀的理想流量特性及工作流量特性

随着控制阀开度的变化,阀前后压差也会变化,所以流量也会变化。为了便于分析,将阀前后压差不随阀开度变化的流动特性称为理想流动特性,将阀前后压差随操作压力变化的流动特性称为理想流动特性。阀门的改进称为工作流特性。

线性流动特性。虽然是线性的,但是当开度小时,流量的相对变化值大,灵敏度高,控制效果强,容易发生振荡;当开度大时,流量的相对变化值小,灵敏度低,控制效果好。是弱的,控制是缓慢的。

等百分比流动特性。随着流量的增加,放大倍数增加,因此当开度较小时,控制柔和稳定,当开度较大时,控制灵敏有效。

抛物线流动特性。在抛物线流动特性中,存在一个修正的抛物线流动特性,它由抛物线特性导出,以补偿小开口处线性特性调节性能差的缺点。它具有低于30%位移和20%相对流量的抛物线特性和在上述范围内的线性特性。

快开流动特性。快开阀芯是扁平的。其有效位移一般为座椅的1/4。当排量较大时,阀体的流动面积不会增大,控制效果会损失。快开阀适用于切断阀或双位置控制系统的快开和关闭。

事实上,大多数的控制阀,其特性都不为零(即有泄漏),为此,经常接入截止阀。在实际生产中,控制阀的前后压差总是变化的。控制阀通常与工艺设备一起使用,并且还与管道串联或并联。压力差随着阻力的损失而变化,导致理想流动特性的畸变变为工作特性。针对串并联管道的情况,可以得出以下结论:串并联管道会扭曲阀门的合理流动特性,特别是串并联管道的影响;串并联管道会减小控制器的调节范围。ol阀,特别是并联管道;串联管道将减少系统的总流量,而并联管道将减少系统的总流量。由于串并联管道的存在,系统的总流量增大,控制阀的放大倍数减小,即输入信号变化引起的流量变化值减小。

06。电力变换器的工作原理

电气仪表的标准直流信号(0-10ma或4-20ma)被转换成气动仪表的标准气动信号(2*104-10a5pa)。该变频器的工作原理与气动变频器的工作原理相似,并根据力平衡原理工作。来自电气仪器(变送器或调节器)的标准电信号通过恒定磁场(永久磁场)的力线圈产生电磁场。与永久磁场相互作用的合力使杠杆绕支点摆动,改变喷嘴与挡板之间的间隙。气动放大器的背压发生变化,输出放大的气动信号。同时,输出压力反馈到波纹管以产生反馈力矩,从而杠杆可以重新平衡。因此,输出压力与转换电流成正比。

在电力单元组合仪表的自动调节系统中,经常使用电气转换器。气动执行机构具有结构简单、性能稳定、运行可靠、维护方便、现场条件要求低、防火防爆等优点。因此,气动执行机构在电子仪器的调节系统中得到了广泛的应用。这需要在电调节器和气动致动器之间连接一个电转换器。在气动执行器中,有一个电动阀门定位器。它安装在气动控制阀上,不仅可以调节阀门,而且具有电气转换器的功能。图2显示了转换器在电气复合调节系统中的功能。还有一种电转换器,通过步进电机将电信号转换为位移,然后转换为气动信号。它可以直接将电气的数字信号转换成气体的模拟信号,从而计算机可以直接控制气动阀,形成计算机控制系统。

07。电动阀门定位器的工作原理

电动阀门定位器是控制阀的主要附件。它通常与气动阀结合使用。它接收调节器的输出信号,然后通过其输出信号控制气动阀。当控制阀工作时,阀杆的位移通过机械装置反馈到阀定位器,并且阀的位置通过电信号传输。对于上部系统。

电动阀门定位器是控制阀的主要附件。将阀杆位移信号作为输入反馈测量信号,控制器输出信号作为整定信号,并进行比较。当阀杆与控制器之间存在偏差时,改变输出信号到执行器,使执行器动作,建立阀杆的位移比和控制器输出。信号之间的一一对应关系。因此,阀定位器由反馈控制系统组成,反馈控制系统以阀杆位移为测量信号,控制器输出为设定信号。控制系统的控制变量是阀门定位器对执行机构的输出信号。

08。电动阀门定位器的作用

(1)用于对质量要求较高的重要调节系统,提高调节阀的定位精度和可靠性。

(2)当阀两端之间的压力差较大时(p>1mpa)。通过增加空气源的压力,提高致动器的输出力,克服液体对阀芯的不平衡力,减少行程误差。

(3)当调节介质为高温、高压、低温、有毒、易燃、易爆等时,为了防止外部泄漏,填料经常被压得很紧,阀杆与填料之间的摩擦较大。此时,时间延迟可以通过定位器来克服。

(4)当调节介质是粘性流体或含有固体悬浮物时,可通过使用定位器克服介质对阀杆运动的阻力。

(5)对于大口径(dg>100mm)控制阀,增加致动器的输出推力。

(6)当调节器与执行器之间的距离大于60m时,定位器能够克服控制信号的传输延迟,提高阀的反应速度。

(7)改善控制阀的流量特性。

(8)当一个调节器控制两个执行器实现分段控制时,两个定位器分别用于接收低输入信号和高输入信号。然后,一个执行器工作在低范围,另一个在高水平,这构成了分裂范围调节。

09。电气阀门定位器的分类

阀门定位器根据输入信号分为气动阀门定位器、电动阀门定位器和智能阀门定位器。气动阀门定位器的输入信号为标准气体信号,例如20-100kpa气体信号,其输出信号也是标准气体信号。电动阀门定位器的输入信号是标准电流或电压信号,例如4-20ma电流信号或1-5v电压信号,将电信号转换成电动阀门定位器内部的电磁力,然后将气体信号输出到拨号控制v。阿尔文。智能电动阀门定位器将控制室的电流信号转换为气体信号驱动控制阀。根据控制阀工作时阀杆的摩擦力,抵消由中压波动引起的不平衡力,并且阀的打开对应于来自控制室的电流信号。智能配置可以设置相应的参数,提高控制阀的性能。

根据作用方向可分为单向阀定位器和双向阀定位器。当在活塞致动器中使用单向阀定位器时,阀定位器只有一个方向,并且双向阀定位器作用在活塞致动器的气缸的两侧和两个方向。

根据阀定位器的输出信号和输入信号的增益符号,该定位器可分为正阀定位器和负阀定位器。当正阀定位器的输入信号增加时,输出信号也增加,因此增益为正。当反应阀定位器的输入信号增加时,输出信号减少,因此增益为负。

根据阀门定位器的输入信号是模拟信号还是数字信号,可分为普通阀门定位器和现场总线电动阀门定位器。普通阀门定位器的输入信号为模拟气压或电流、电压信号,电动阀门定位器在现场总线中的输入信号为现场总线的数字信号。

根据阀门定位器是否具有cpu,可分为普通电动阀门定位器和智能电动阀门定位器。普通的电动阀门定位器没有cpu,不具有智能性,不能进行相关的智能操作。具有cpu的智能电动阀门定位器可以处理智能操作,如前向通道的非线性补偿等。现场总线电动阀门定位器还可以携带pid功能模块来实现相应的操作。反馈信号的检测方法也可以进行分类。

10。气动执行器的优缺点

优点

1。接受连续气体信号,输出线性位移(充电/气体转换装置后,也可以接受连续电信号),有的带有摇臂,可以输出角位移。

2。它既有正反两方面的作用。

3、它移动更快,但随着负载的增加而减慢。

4。输出力与工作压力有关。

5。可靠性高,但气源中断后不能保持阀门(带有备用阀可保持)。

6。实现分段控制和程序控制是不方便的。

7。维护简单,适应环境。

8。高输出功率。

9。具有防爆功能。

缺点:控制精度低,双作用气动执行器,气源切断后,不能返回预置位置。气源切断后,单动气动执行机构可通过弹簧恢复到预设位置。

11。气动执行器与电动执行机构的比较

在技术性能方面,气动执行器的优点主要包括以下四个方面:

(1)负载大,可用于高转矩输出应用。

(2)反应快,反应快。

(3)对工作环境适应性良好,尤其在易燃、易爆、粉尘多、磁力强、辐射和振动大的工作环境中,优于液压、电子和电气控制。

(4)当行程受阻或阀杆系紧时,电机容易损坏。

电动执行器的优点包括:

(1)结构紧凑,体积紧凑。与气动执行机构相比,电动执行机构结构简单。基本的电子系统包括执行器、三位置dpdt开关、保险丝和一些易于组装的线路。

(2)电动执行器的驱动源非常灵活,一般车辆电源都能满足需要,而气动执行器则需要空气源和压缩驱动装置。

(3)电动执行器无漏风危险,可靠性高,而空气压缩性使气动执行器的稳定性稍差。

(4)不需要安装和维护各种气动管道。

(5)负载可以在没有动力的情况下维持,而气动执行机构需要恒压供给。

(6)因为不需要额外的压力装置,所以电动执行器更安静。通常,如果气动执行机构在重负载下,必须安装消声器。

(7)在气动装置中,通常需要将电信号转换成气体信号,然后转换成电信号。由于传输速度较慢,不适合于串联元件较多的复杂电路。

(8)电动执行机构控制精度优越。

事实上,气动和电气系统并不是互斥的。气动执行机构可以简单地实现快速的线性循环运动,结构简单,维修方便,并可用于各种恶劣的工作环境,如防爆要求,灰尘或潮湿条件。但是,当驱动力急剧增加且需要精确定位时,采用伺服电机的电动驱动器具有优势。对于要求精确、同步操作、可调和定位编程的应用来说,电驱动是最好的选择。由伺服电机或步进电机组成的电驱动系统,加上闭环定位控制器,可以弥补气动系统的不足。

现代控制系统正变得越来越复杂和复杂。它不是一种能够满足系统各种控制功能的驱动控制技术。电动执行器主要应用于需要精确控制的应用场合。自动化设备的灵活性要求不断提高。同一设备往往需要适应不同尺寸工件的加工需要。执行机构需要多点定位控制,以及精确控制或同步跟踪执行机构的速度和扭矩。痕迹,这些传统的气动控制无法实现,而电动执行器可以很容易地实现这样的控制。可以看出,气动执行器更适合于简单的运动控制,而电动执行器主要用于精确的运动控制场合。

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