控制閥實用手冊

第1章 概述1
1.1控制閥在工業生產過程控制中的作用1
1.1.1控制系統的基本組成1
1.1.2控制閥在控制系統中的作用2
1.2控制閥的發展展望3
1.2.1控制閥應用中存在的問題3
1.2.2控制閥的發展趨勢3
1.3控制閥術語5
1.3.1控制閥分類術語5
1.3.2控制閥結構和零部件術語8
1.3.3控制閥功能和其他術語12
1.4控制閥型號編制17
1.4.1型號編制方法17
1.4.2控制閥參數21
1.4.3控制閥系列型譜41

第2章 控制閥結構42
2.1控制閥的組成和分類42
2.1.1控制閥的組成42
2.1.2執行機構分類42
2.1.3調節機構分類43
2.1.4附件分類44
2.2執行機構44
2.2.1氣動薄膜執行機構45
2.2.2氣動活塞執行機構49
2.2.3電動執行機構53
2.2.4液動執行機構65
2.2.5手動執行機構76
2.2.6自力式調節閥78
2.3調節機構82
2.3.1概述82
2.3.2直行程調節機構85
2.3.3角行程調節機構94
2.3.4特殊結構控制閥99
2.4控制閥其他零部件109
2.4.1閥瓣和閥板109
2.4.2控制閥的導向和行程轉換機構110
2.4.3控制閥的填料裝置112
2.4.4控制閥的連接116
2.4.5控制閥內密封117

第3章 控制閥材料119
3.1控制閥閥體119
3.1.1控制閥閥體的材料119
3.1.2控制閥閥蓋的材料132
3.1.3控制閥閥體和閥蓋最小壁厚133
3.1.4耐腐蝕性材料135
3.1.5控制閥閥桿（軸）的材料145
3.2控制閥閥內件146
3.2.1控制閥閥瓣和閥板的材料146
3.2.2控制閥密封座的材料150
3.2.3填料和潤滑劑152
3.3其他零部件154
3.3.1焊接材料154
3.3.2墊片159
3.3.3緊固件162

第4章 控制閥計算的理論基礎165
4.1控制閥工作原理165
4.1.1基礎知識165
4.1.2流量系數計算中的有關系數170
4.2控制閥力（矩）系統的計算180
4.2.1執行機構輸出推力（矩）的計算180
4.2.2調節機構不平衡力（矩）的計算184
4.2.3調節機構允許壓差的計算185
4.2.4執行機構部件的設計計算188
4.2.5其他力矩的設計計算199
4.3控制閥流量系數的計算201
4.3.1概述201
4.3.2不可壓縮流體流量系數的計算204
4.3.3可壓縮流體流量系數的計算206
4.3.4流經多級控制閥的流體流量系數計算207
4.3.5兩相流體的流量系數計算208
4.3.6流量系數的計算210
4.3.7計算流量系數的圓整216
4.4控制閥流量特性218
4.4.1控制閥的流量特性218
4.4.2控制閥固有流量特性的實現229
4.5控制閥噪聲預估231
4.5.1概述231
4.5.2噪聲預估233
4.5.3噪聲測定和治理噪聲的措施248
4.6計算數據的確定259
4.6.1材料的力學性能259
4.6.2流體的物性數據270

第5章 控制閥的工程設計292
5.1工程設計符號292
5.1.1控制閥的工程設計符號292
5.1.2控制閥工程設計符號的示例295
5.2控制閥應用設計296
5.2.1控制閥數據表296
5.2.2控制閥類型的選擇296
5.2.3控制閥材料的選擇305
5.2.4控制閥泄漏等級的選擇319
5.2.5控制閥氣開氣關方式的選擇323
5.2.6控制閥流量特性的選擇324
5.2.7控制閥內流體流向的選擇329
5.3控制閥口徑的確定330
5.3.1數據的准備330
5.3.2計算流量系數331
5.3.3確定控制閥額定流量系數341
5.3.4控制閥開度計算345
5.3.5確定控制閥實際可調比348
5.3.6確定控制閥壓降比350
5.4控制閥的防噪353
5.4.1控制閥聲功率噪聲的估算353
5.4.2流動噪聲的估算354
5.4.3噪聲修正355
5.4.4流速限制356
5.5控制閥的防爆、防護和安全完整性等級358
5.5.1防爆等級標志和設備保護級別358
5.5.2外殼防護等級365
5.5.3安全完整性等級369
5.6工程應用中的問題及處理377
5.6.1工藝提供數據不足377
5.6.2根據控制閥開度估算流體流量380
5.6.3多閥組合應用383

第6章 控制閥性能對控制系統的影響388
6.1控制系統的性能指標388
6.1.1控制系統的時域性能指標388
6.1.2控制系統的偏差積分性能指標390
6.2控制閥性能對控制系統的影響391
6.2.1執行機構性能對控制系統控制品質的影響391
6.2.2調節機構性能對控制系統控制品質的影響397
6.2.3壓降比s的影響400
6.3控制系統對控制閥的要求403
6.3.1控制系統運行准則403
6.3.2穩定運行時開環增益允許的變化范圍404
6.3.3流量控制系統407
6.3.4液位控制系統412
6.3.5壓力控制系統414
6.3.6溫度控制系統416
6.3.7推薦的流量特性選擇420

第7章 閥門定位器和控制閥附件422
7.1閥門定位器的工作原理422
7.1.1閥門定位器的工作原理422
7.1.2閥門定位器的傳遞函數分析430
7.1.3閥門定位器的功能431
7.2閥門定位器在控制系統中的作用432
7.2.1閥門定位器組成的串級控制系統432
7.2.2閥門定位器應用中的注意事項438
7.3智能閥門定位器439
7.3.1智能閥門定位器的工作原理439
7.3.2智能閥門定位器對控制系統性能的影響445
7.4控制閥其他附件447
7.4.1控制閥其他附件447
7.4.2三斷保護和快開、快關的實現457

第8章 控制閥的試驗465
8.1控制閥主要性能指標的試驗465
8.1.1靜特性試驗465
8.1.2氣密性試驗468
8.1.3密封性試驗469
8.1.4泄漏量試驗470
8.1.5空載全行程時間試驗471
8.1.6絕緣性能試驗473
8.1.7耐壓強度試驗473
8.1.8其他性能試驗474
8.2控制閥型式試驗和檢驗474
8.2.1額定流量系數和固有流量特性試驗476
8.2.2控制閥其他系數的試驗479
8.2.3工業過程控制系統用電磁閥的試驗484
8.2.4工業過程控制系統用閥門定位器的試驗488

第9章 控制閥的安裝和維修503
9.1控制閥配管和安裝的考慮503
9.1.1安全的考慮503
9.1.2性能的考慮504
9.1.3可操作性和可維護性的考慮505
9.2安裝施工506
9.2.1安裝施工的准備506
9.2.2控制閥安裝施工的規定508
9.2.3控制閥安裝前的檢驗513
9.2.4控制閥現場調試514
9.2.5控制閥的管理515
9.3故障分析516
9.3.1執行機構的故障分析516
9.3.2調節機構的故障分析519
9.3.3閥門定位器的故障分析522
9.3.4氣動系統常見故障522
9.4控制閥的維護523
9.4.1控制閥的日常維護524
9.4.2控制閥的定期維修525
9.4.3控制閥的預見性維修527
9.4.4閑置控制閥的日常維護533
9.5控制閥的其他處理534
9.5.1控制閥流量特性的處理方法534
9.5.2控制閥口徑的處理方法537
參考文獻539

附錄A 閥門結構長度542
A.1閥門的結構長度542
A.2燃氣調壓器的結構長度553
A.3自力式調節閥的結構長度554

附錄B Antoine常數555

附錄C 水和水蒸氣熱力學性能574
C.1概述574
C.1.1公式的結構574
C.1.2命名法574
C.2方程575
C.2.1區域2和3間邊界的輔助方程575
C.2.2區域1的方程576
C.2.3區域2的方程578
C.2.4區域3的方程586
C.2.5區域4的方程587
C.2.6區域5的方程588
C.2.7示例590

附錄D FCI70—2—2006控制閥閥座泄漏量591
D.1泄漏等級591
D.2試驗方法592

控制閥在國民經濟各部門有廣泛應用。它與生產建設、國防建設和人民生活息息相關。

為對不同流體進行控制,控制閥的類型眾多,品種規格繁雜,為設計選型和實際應用帶來困難。

隨着新的工藝生產過程和控制要求的不斷涌現,新的科學技術的不斷出現和完善,對控制閥的要求也不斷提升。

工業4.0不僅對我國,也對全球的制造行業提出前進目標,以信息化和工業化深度融合的數字化和智能化制造為制造業的全新信息物理平台的建立提供了堅實基礎。工業4.0對控制閥制造和應用將產生巨大影響,首先表現在個性化生產,即為適應不同被控對象的應用,研制和生產「量身定制」的控制閥,它更能夠適應被控對象的特性,降低偏離度,提高控制系統控制品質。其次,控制閥的應用也更精細化,如控制閥制造商應提供不同行程時的相對流量系數；不再用單一控制閥控制,而采用多控制閥組合以實現更精確控制和更精准控制等。

為此,我們編寫了本實用手冊。

控制閥從機械產品發展為機電一體化產品,從常規模擬儀表發展為智能儀表,涉及的知識內容從流體力學、熱力學到材料學、制造工藝學、自動控制科學等。因此,要在一本手冊內全面介紹有關知識有一定困難。為此,本手冊從實用性出發,介紹和分析有關控制閥的實用性問題。本手冊的特點如下。