执行器在自动控制系统中的作用是接受来自控制器的信号,由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,从而达到控制相关参数的目的。
执行器的组成结构 按功能不同分为执行机构和调节机构两类。如果调节机构为阀门,则 执行机构和调节机构组合的执行器称为调节阀。生产中调节阀主要用于控制流量的大小。
执行机构按其使用的能源形式不同可分为气动执行机构、电动执行机构和液动执行机构三 大类。生产中多数使用前两种类型的执行机构与阀门组合,构成气动调节阀和电动调节阀。
一、气动调节阀
气动阀具有输出力大、安装维修方便、价格便宜和防火防爆等优点,在工业生产特别是在 石油、化工等生产过程中被广泛应用。
(一)气动执行机构
气动执行机构接受电/气转换器(或电/气阀门定位器)输出的气压信号,并将其转换成相应 的推杆直线位移,以推动调节机构动作。
1. 气动执行机构的分类
气动执行机构有薄膜式、活塞式和长行程式三种类型。薄膜式执行机构结构简单、动作可 靠、维修方便、价格低廉,是最常用的一种执行机构。活塞式执行机构允许操作压力达500 kPa, 因此输出推力大,但价格较高。长行程执行机构的结构原理与活塞式执行机构基本相同,具有 行程长、输出力矩大的特点,直线位移为40~200 mm, 转角位移为90°,适用于输出角位移和 大力矩的场合。
气动执行机构又可分为有弹簧和无弹簧两种,有弹簧式气动执行机构比无弹簧式气动执行 机构输出推力小、价格低。
气动执行机构有正作用和反作用两种作用方式。输入信号增加,执行机构的推杆向下运动, 称为正作用;输入信号增加,执行机构的推杆向上运动,称为反作用。
2. 气动执行机构的命名
执行机构为薄膜式的气动执行器习惯上又称气动薄膜调节阀。国产的气动薄膜调节阀型号 表示由两部分和尾注组成,第一部分以汉语拼音字母表示热工仪表分类、能源、结构形式;第 二部分以阿拉伯数字表示产品的主要参数范围;尾注表示特殊要求。如图2.3.1及表2.3.1、表 2.3.2所示。
例如,ZMAP-16K 型表示直通单座控制阀,执行机构为有弹簧直行程正作用,公称压力等 级为16×100 kPa 。整机为气开式,普通常温型。
3. 气动薄膜式执行机构
图2.3.2所示为有弹簧正作用式气动薄膜式执行机构。当信号压力通过上膜盖1和波纹膜片 2组成的气室时,在波纹膜片上产生一个推力,使推杆5下移并压缩压缩弹簧6。当压缩弹簧的 作用力与信号压力在波纹膜片上产生的推力相平衡时,推杆稳定在一个对应的位置上,推杆的 位移及执行机构的输出,也称行程。
1—上膜盖;2—波纹膜片;3—下膜盖;4—支架;5—推杆;6—压缩弹簧; 7—弹簧座;8—调节件;9—螺母;10—行程标尺
气动薄膜式执行机构的行程规格有10mm 、16 mm 、25mm 、60 mm 、100mm 等。波纹膜 片有效面积有200 cm² 、280 cm² 、400 cm² 、630cm² 、1000 cm² 、1600cm²六种规格。有效面积 越大,执行机构的推力越大。