《控制閥實(shí)用手冊(cè)》編寫(xiě)人員

（以姓氏筆畫(huà)排序）

王　朋　王華忠　王慧鋒　馮保羅

劉傳君　孫自強(qiáng)　何乙平　何衍慶

吳寧勝　嚴(yán)邦明　陳　佳　陳春雷

陳積玉　陳迎憲　邱宣振　杭一飛

茅玲娣　武麗英　周孝英　張德賢

俞旭波　高勤學(xué)　龔飛鷹　龔長(zhǎng)坤

彭亦功　繆玲梅　潘聯(lián)寶

序

（一）

控制閥是一類特殊的閥門，它具有一般閥門的節(jié)流或切斷功能，也具有自動(dòng)控制的調(diào)節(jié)功能。它的應(yīng)用對(duì)象復(fù)雜、應(yīng)用條件各異，流體物性各不相同，使控制閥的種類繁多。一些新材料、新檢測(cè)技術(shù)、新控制方案的應(yīng)用對(duì)控制閥提出更高要求，如降噪、防泄漏、穩(wěn)定運(yùn)行、可靠安全和數(shù)據(jù)傳輸?shù)取４送猓刂崎y的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，應(yīng)用條件越來(lái)越苛刻，研制新型控制閥的呼聲也越來(lái)越迫切。

為順應(yīng)時(shí)代發(fā)展需要，《控制閥實(shí)用手冊(cè)》圍繞控制閥應(yīng)用的有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了介紹和論述，是一本很實(shí)用的手冊(cè)。其內(nèi)容涉及控制閥的工作原理、材料、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工程設(shè)計(jì)和計(jì)算，還包括控制閥維護(hù)和檢修等。例如，目前國(guó)內(nèi)大多采用一些國(guó)外的計(jì)算軟件，但部分軟件并不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為此，手冊(cè)提供了符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的控制閥流量系數(shù)計(jì)算內(nèi)容，提供了計(jì)算軟件的計(jì)算方法和豐富的示例，這是其突出的亮點(diǎn)。

手冊(cè)的另一特點(diǎn)是理論與實(shí)踐結(jié)合，將控制閥作為控制系統(tǒng)的最終元件，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，從過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)用出發(fā)，以控制理論為依據(jù)，以控制工程為指導(dǎo)，分析和研究控制閥，因此，它對(duì)工業(yè)應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

手冊(cè)的編著者都有十分豐富的實(shí)踐應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，并有設(shè)計(jì)制造和工程設(shè)計(jì)及應(yīng)用的背景，常年來(lái)積極參與自動(dòng)化學(xué)會(huì)的學(xué)術(shù)和推廣普及活動(dòng)。將不同領(lǐng)域背景的技術(shù)人員組織起來(lái)，發(fā)揮各自長(zhǎng)處，既可從理論著手，又可從實(shí)踐出發(fā)，去解決工業(yè)過(guò)程實(shí)際的問(wèn)題，這是手冊(cè)的第三大特色。

（二）

“工業(yè)4.0”為全球新一輪的工業(yè)革命吹響前進(jìn)號(hào)角，以智能制造為主導(dǎo)，以信息化和工業(yè)化兩化融合為內(nèi)容的新工業(yè)革命，通過(guò)信息物理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期中各制造單元之間相互獨(dú)立地自動(dòng)交流信息，觸發(fā)動(dòng)作和實(shí)現(xiàn)控制，將制造流程由自動(dòng)化向智能化轉(zhuǎn)變，進(jìn)而通過(guò)智能工廠和智能生產(chǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)由單一品種的大規(guī)模生產(chǎn)向定制化規(guī)模生產(chǎn)的歷史性轉(zhuǎn)變。

數(shù)字化工廠是數(shù)學(xué)模型、方法和工具的綜合系統(tǒng)，它將連續(xù)的數(shù)據(jù)管理集成，以產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程仿真、評(píng)估和優(yōu)化，并擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期。因此，數(shù)字化工廠是全面實(shí)現(xiàn)“工業(yè)4.0”的基礎(chǔ)。

發(fā)達(dá)國(guó)家是在完成工業(yè)化以后實(shí)行信息化的，而我國(guó)則是在工業(yè)化進(jìn)程中出現(xiàn)信息化問(wèn)題。從中國(guó)共產(chǎn)黨“十五大”提出“改造和提高傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，推進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)信息化”，到黨的“十六大”提出“以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化”，再到黨的“十七大”明確提出“堅(jiān)持走中國(guó)特色新型工業(yè)化道路，大力推進(jìn)信息化與工業(yè)化融合”，這些都說(shuō)明我國(guó)對(duì)信息化和工業(yè)化的認(rèn)識(shí)不斷深化，兩化融合的步伐越來(lái)越快，目標(biāo)越來(lái)越明確。

當(dāng)前，工業(yè)領(lǐng)域兩化融合的主要工作是，綜合集成與深化應(yīng)用；數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集和系統(tǒng)優(yōu)化；數(shù)字化和智能化的企業(yè)建設(shè)；大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的應(yīng)用等四方面。控制閥作為制造行業(yè)的一個(gè)重要產(chǎn)品，它的兩化融合也涉及上述內(nèi)容。例如，根據(jù)被應(yīng)用的不同生產(chǎn)過(guò)程數(shù)學(xué)模型，研制控制閥的流路結(jié)構(gòu)和流量特性，使其性能得到優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降噪和穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)生命周期等。在現(xiàn)有控制閥的基礎(chǔ)上，應(yīng)用被控過(guò)程數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化，使生產(chǎn)過(guò)程更平穩(wěn)，維護(hù)更簡(jiǎn)單，提高產(chǎn)品合格率，降低生產(chǎn)成本等。這些內(nèi)容在本手冊(cè)都有涉及。例如，量身定制控制閥閥瓣型面的設(shè)計(jì)是個(gè)性化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，它將改變控制閥流量特性的基本系列，提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對(duì)原有控制閥，手冊(cè)提出的補(bǔ)償處理技術(shù)可改善控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)等。

基于上述理由，特鄭重向流程行業(yè)和自動(dòng)化行業(yè)的系統(tǒng)工程師、儀表工程師，以及有關(guān)高校和研究院所的技術(shù)人員推薦本手冊(cè)。

中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)儀表與裝置專業(yè)委員會(huì)　秘書(shū)長(zhǎng)

前言

控制閥在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門有廣泛應(yīng)用。它與生產(chǎn)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和人民生活息息相關(guān)。為對(duì)不同流體進(jìn)行控制，控制閥的類型眾多，品種規(guī)格繁雜，為設(shè)計(jì)選型和實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)困難。隨著新的工藝生產(chǎn)過(guò)程和控制要求的不斷涌現(xiàn)，新的科學(xué)技術(shù)的不斷出現(xiàn)和完善，對(duì)控制閥的要求也不斷提升。工業(yè)4.0不僅對(duì)我國(guó)，也對(duì)全球的制造行業(yè)提出前進(jìn)目標(biāo)，以信息化和工業(yè)化深度融合的數(shù)字化和智能化制造為制造業(yè)的全新信息物理平臺(tái)的建立提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。工業(yè)4.0對(duì)控制閥制造和應(yīng)用將產(chǎn)生巨大影響，首先表現(xiàn)在個(gè)性化生產(chǎn)，即為適應(yīng)不同被控對(duì)象的應(yīng)用，研制和生產(chǎn)“量身定制”的控制閥，它更能夠適應(yīng)被控對(duì)象的特性，降低偏離度，提高控制系統(tǒng)控制品質(zhì)。其次，控制閥的應(yīng)用也更精細(xì)化，如控制閥制造商應(yīng)提供不同行程時(shí)的相對(duì)流量系數(shù)；不再用單一控制閥控制，而采用多控制閥組合以實(shí)現(xiàn)更精確控制和更精準(zhǔn)控制等。為此，我們編寫(xiě)了本實(shí)用手冊(cè)。

控制閥從機(jī)械產(chǎn)品發(fā)展為機(jī)電一體化產(chǎn)品，從常規(guī)模擬儀表發(fā)展為智能儀表，涉及的知識(shí)內(nèi)容從流體力學(xué)、熱力學(xué)到材料學(xué)、制造工藝學(xué)、自動(dòng)控制科學(xué)等。因此，要在一本手冊(cè)內(nèi)全面介紹有關(guān)知識(shí)有一定困難。為此，本手冊(cè)從實(shí)用性出發(fā)，介紹和分析有關(guān)控制閥的實(shí)用性問(wèn)題。本手冊(cè)的特點(diǎn)如下。

①創(chuàng)新性。本手冊(cè)提供筆者多年來(lái)的研究成果。例如，根據(jù)工作流量特性和壓降比，“量身定制”控制閥閥芯型面；用軟件實(shí)現(xiàn)流量特性補(bǔ)償處理；根據(jù)最新IEC標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)流量系數(shù)和噪聲預(yù)估等計(jì)算程序；估算額定流量系數(shù)的公式；提出實(shí)際開(kāi)度計(jì)算公式，根據(jù)控制閥開(kāi)度等數(shù)據(jù)估算其流量等內(nèi)容。它們?yōu)榭刂崎y的精確控制和精準(zhǔn)調(diào)節(jié)應(yīng)用提供了有效手段和工具。

②先進(jìn)性。本手冊(cè)采用了最新頒布的有關(guān)國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，包括2014年修訂的一些標(biāo)準(zhǔn)，以便于實(shí)際應(yīng)用；國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)還未頒布與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)等效的更新版本內(nèi)容，本手冊(cè)也介紹了國(guó)際上近年來(lái)開(kāi)發(fā)的控制閥和附件，如最小流量控制閥、自動(dòng)泵再循環(huán)閥、精小型執(zhí)行機(jī)構(gòu)、智能閥門定位器、現(xiàn)場(chǎng)總線智能閥門定位器等，緊跟國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)。

③理論與實(shí)踐結(jié)合。本手冊(cè)理論與實(shí)踐結(jié)合，以理論指導(dǎo)實(shí)踐，并用實(shí)踐驗(yàn)證理論。例如，通過(guò)分析串級(jí)控制系統(tǒng)的共振現(xiàn)象，討論閥門定位器的振蕩，從本質(zhì)上闡述和分析了閥門定位器功能。本手冊(cè)結(jié)合集散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中智能閥門定位器的應(yīng)用，對(duì)智能和非智能閥門定位器進(jìn)行深入研究和分析，討論它們對(duì)控制閥流量特性、控制系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響。

在編著上，本手冊(cè)并沒(méi)有把控制閥作為一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行敘述，而是將控制閥作為控制系統(tǒng)的最終元件，作為控制系統(tǒng)的一部分進(jìn)行分析。因此，本手冊(cè)從過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)用出發(fā)，以控制理論為依據(jù)，以控制工程為工具，分析和研究控制閥，以理論知識(shí)指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行說(shuō)明，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用實(shí)例用理論知識(shí)進(jìn)行分析，力求達(dá)到理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。

④實(shí)用性。本手冊(cè)不僅提供了最新的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如包括ASME、ANSI、GB、IEC、VDMA等國(guó)際和國(guó)家的材料標(biāo)準(zhǔn)、壁厚標(biāo)準(zhǔn)、控制閥校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、噪聲預(yù)估標(biāo)準(zhǔn)等，還為設(shè)計(jì)應(yīng)用的工程技術(shù)人員提供了用于設(shè)計(jì)計(jì)算的大量資料。例如，近年來(lái)廣泛應(yīng)用的用于計(jì)算氣體的壓縮因子等Lee-Kesler方程；最新AGA-8-92DC的計(jì)算方法計(jì)算天然氣壓縮因子；計(jì)算液體飽和蒸汽壓的Antoine方程和幾千組化學(xué)物的系數(shù)；計(jì)算水和水蒸氣的IAPWS-IF97計(jì)算公式等。

為保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，本手冊(cè)對(duì)引用的有關(guān)產(chǎn)品都提供了其來(lái)源，既便于讀者查找，也便于對(duì)有關(guān)單位表示感謝。

本手冊(cè)共分9章。第1章概述；第2章控制閥結(jié)構(gòu)；第3章控制閥材料；第4章控制閥計(jì)算的理論基礎(chǔ)，介紹控制閥工作原理、力和力矩系統(tǒng)計(jì)算、流量系數(shù)計(jì)算、噪聲和流量特性；第5章控制閥的工程設(shè)計(jì)，著重介紹設(shè)計(jì)計(jì)算的理論基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)選型和計(jì)算示例等內(nèi)容；第6章控制閥性能對(duì)控制系統(tǒng)的影響，從控制系統(tǒng)整體出發(fā)，討論控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)、控制閥性能對(duì)控制系統(tǒng)的影響等；第7章閥門定位器和控制閥附件；第8章控制閥的試驗(yàn)，包括主要性能試驗(yàn)、型式試驗(yàn)和檢驗(yàn)等；第9章控制閥的安裝和維修。

本手冊(cè)是工礦企業(yè)、自控工程設(shè)計(jì)人員、科研開(kāi)發(fā)單位工程技術(shù)人員工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用、安裝和維護(hù)時(shí)的重要資料，也是自動(dòng)化和儀表專業(yè)、機(jī)電一體化專業(yè)學(xué)生的重要參考教材。它可作為自控設(shè)計(jì)部門技術(shù)人員的設(shè)計(jì)資料，工礦企業(yè)和控制閥制造企業(yè)工程技術(shù)人員的應(yīng)用資料，也可作為工礦企業(yè)技術(shù)人員安裝和維護(hù)時(shí)的參考資料和控制閥培訓(xùn)班的培訓(xùn)教材。

本手冊(cè)由龔飛鷹、劉傳君、何衍慶編著。本手冊(cè)的編寫(xiě)工作得到上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院、華東理工大學(xué)自動(dòng)化所、上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院、江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院、上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院、德國(guó)派沃國(guó)際工業(yè)（上海）有限公司、《自動(dòng)化儀表》編輯部和《控制閥信息》編輯部等單位的關(guān)心和支持，中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)儀表與裝置專業(yè)委員會(huì)石明根秘書(shū)長(zhǎng)在百忙中審核了本手冊(cè)，并為本手冊(cè)作序。、范鎧、彭瑜、湯繼亮、朱曉楓、黃道、袁景琪、楊慧中、葉銀忠、邊玉平、紀(jì)綱、湯逢海、王樹(shù)森等先生給予大力支持和悉心指導(dǎo)。Fisher、無(wú)錫工裝、星域、山武、ABB、Samson、Metso、Foxboro和科洋等公司的Kilm Polk、沈偉愿、郁學(xué)軍、蔣錦華、楊勇、張紅梅、戴自祥、周人、汪湛、賴思敏等先生提供了大量技術(shù)資料和技術(shù)支持。李冰、孫治祥、智恒明、智恒新、嚴(yán)春明、繆煜新、殷家云、李素香、閻笑冰、裴智軼、陳小熔、何展敏、陳新、賈敬華、倪雁、車運(yùn)慧、陳偉、吳潔、張春利、余勇、李雄偉、石慧、柯春雷、朱杰、陳聯(lián)、龍卷海、胡雯茵、張英輝、董亮、談雪芳、陳天成、張勝利、黃雅明、屠培卿、王勇、高曉燕、徐曉敏、王大方、王為國(guó)、楊潔等先生提供了不少幫助和支持。此外，池秋英、潘洪莉、范秀蘭等先生積極支持和幫助本手冊(cè)的編寫(xiě)工作，謹(jǐn)在此一并表示衷心感謝。

由于時(shí)間和筆者的水平所限，疏漏在所難免，懇請(qǐng)讀者不吝指正。

編著者