《控制閥實用手冊》編寫人員

（以姓氏筆畫排序）

王　朋　王華忠　王慧鋒　馮保羅

劉傳君　孫自強　何乙平　何衍慶

吳寧勝　嚴邦明　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　龔飛鷹　龔長坤

彭亦功　繆玲梅　潘聯寶

序

（一）

控制閥是一類特殊的閥門，它具有一般閥門的節流或切斷功能，也具有自動控制的調節功能。它的應用對象復雜、應用條件各異，流體物性各不相同，使控制閥的種類繁多。一些新材料、新檢測技術、新控制方案的應用對控制閥提出更高要求，如降噪、防泄漏、穩定運行、可靠安全和數據傳輸等。此外，控制閥的應用領域越來越廣，應用條件越來越苛刻，研制新型控制閥的呼聲也越來越迫切。

為順應時代發展需要，《控制閥實用手冊》圍繞控制閥應用的有關問題進行了介紹和論述，是一本很實用的手冊。其內容涉及控制閥的工作原理、材料、結構特點、工程設計和計算，還包括控制閥維護和檢修等。例如，目前國內大多采用一些國外的計算軟件，但部分軟件并不符合國家標準，為此，手冊提供了符合國家標準和國際標準的控制閥流量系數計算內容，提供了計算軟件的計算方法和豐富的示例，這是其突出的亮點。

手冊的另一特點是理論與實踐結合，將控制閥作為控制系統的最終元件，從系統的觀點出發，從過程自動化應用出發，以控制理論為依據，以控制工程為指導，分析和研究控制閥，因此，它對工業應用具有一定的指導意義。

手冊的編著者都有十分豐富的實踐應用經驗，并有設計制造和工程設計及應用的背景，常年來積極參與自動化學會的學術和推廣普及活動。將不同領域背景的技術人員組織起來，發揮各自長處，既可從理論著手，又可從實踐出發，去解決工業過程實際的問題，這是手冊的第三大特色。

（二）

“工業4.0”為全球新一輪的工業革命吹響前進號角，以智能制造為主導，以信息化和工業化兩化融合為內容的新工業革命，通過信息物理系統來實現產品全生命周期中各制造單元之間相互獨立地自動交流信息，觸發動作和實現控制，將制造流程由自動化向智能化轉變，進而通過智能工廠和智能生產來實現由單一品種的大規模生產向定制化規模生產的歷史性轉變。

數字化工廠是數學模型、方法和工具的綜合系統，它將連續的數據管理集成，以產品全生命周期的數據為基礎，對整個生產過程仿真、評估和優化，并擴展到整個產品生命周期。因此，數字化工廠是全面實現“工業4.0”的基礎。

發達國家是在完成工業化以后實行信息化的，而我國則是在工業化進程中出現信息化問題。從中國共產黨“十五大”提出“改造和提高傳統產業，發展新興產業和高技術產業，推進國民經濟信息化”，到黨的“十六大”提出“以信息化帶動工業化，以工業化促進信息化”，再到黨的“十七大”明確提出“堅持走中國特色新型工業化道路，大力推進信息化與工業化融合”，這些都說明我國對信息化和工業化的認識不斷深化，兩化融合的步伐越來越快，目標越來越明確。

當前，工業領域兩化融合的主要工作是，綜合集成與深化應用；數據自動化采集和系統優化；數字化和智能化的企業建設；大數據、云計算、物聯網等新技術的應用等四方面。控制閥作為制造行業的一個重要產品，它的兩化融合也涉及上述內容。例如，根據被應用的不同生產過程數學模型，研制控制閥的流路結構和流量特性，使其性能得到優化，實現節能、降噪和穩定運行，延長生命周期等。在現有控制閥的基礎上，應用被控過程數學模型，實現生產過程優化，使生產過程更平穩，維護更簡單，提高產品合格率，降低生產成本等。這些內容在本手冊都有涉及。例如，量身定制控制閥閥瓣型面的設計是個性化生產的基礎，它將改變控制閥流量特性的基本系列，提高控制系統的穩定性。對原有控制閥，手冊提出的補償處理技術可改善控制系統的控制品質等。

基于上述理由，特鄭重向流程行業和自動化行業的系統工程師、儀表工程師，以及有關高校和研究院所的技術人員推薦本手冊。

中國自動化學會儀表與裝置專業委員會　秘書長

前言

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。隨著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臺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準控制等。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。

①創新性。本手冊提供筆者多年來的研究成果。例如，根據工作流量特性和壓降比，“量身定制”控制閥閥芯型面；用軟件實現流量特性補償處理；根據最新IEC標準編寫流量系數和噪聲預估等計算程序；估算額定流量系數的公式；提出實際開度計算公式，根據控制閥開度等數據估算其流量等內容。它們為控制閥的精確控制和精準調節應用提供了有效手段和工具。

②先進性。本手冊采用了最新頒布的有關國家和國際標準，包括2014年修訂的一些標準，以便于實際應用；國家標準還未頒布與國際標準等效的更新版本內容，本手冊也介紹了國際上近年來開發的控制閥和附件，如最小流量控制閥、自動泵再循環閥、精小型執行機構、智能閥門定位器、現場總線智能閥門定位器等，緊跟國際發展趨勢。

③理論與實踐結合。本手冊理論與實踐結合，以理論指導實踐，并用實踐驗證理論。例如，通過分析串級控制系統的共振現象，討論閥門定位器的振蕩，從本質上闡述和分析了閥門定位器功能。本手冊結合集散控制系統和現場總線控制系統中智能閥門定位器的應用，對智能和非智能閥門定位器進行深入研究和分析，討論它們對控制閥流量特性、控制系統控制品質的影響。

在編著上，本手冊并沒有把控制閥作為一個機械產品進行敘述，而是將控制閥作為控制系統的最終元件，作為控制系統的一部分進行分析。因此，本手冊從過程自動化應用出發，以控制理論為依據，以控制工程為工具，分析和研究控制閥，以理論知識指導實際應用進行說明，并結合實際應用實例用理論知識進行分析，力求達到理論與實踐緊密結合。

④實用性。本手冊不僅提供了最新的有關標準，如包括ASME、ANSI、GB、IEC、VDMA等國際和國家的材料標準、壁厚標準、控制閥校驗標準、噪聲預估標準等，還為設計應用的工程技術人員提供了用于設計計算的大量資料。例如，近年來廣泛應用的用于計算氣體的壓縮因子等Lee-Kesler方程；最新AGA-8-92DC的計算方法計算天然氣壓縮因子；計算液體飽和蒸汽壓的Antoine方程和幾千組化學物的系數；計算水和水蒸氣的IAPWS-IF97計算公式等。

為保護知識產權，本手冊對引用的有關產品都提供了其來源，既便于讀者查找，也便于對有關單位表示感謝。

本手冊共分9章。第1章概述；第2章控制閥結構；第3章控制閥材料；第4章控制閥計算的理論基礎，介紹控制閥工作原理、力和力矩系統計算、流量系數計算、噪聲和流量特性；第5章控制閥的工程設計，著重介紹設計計算的理論基礎、設計選型和計算示例等內容；第6章控制閥性能對控制系統的影響，從控制系統整體出發，討論控制系統的性能指標、控制閥性能對控制系統的影響等；第7章閥門定位器和控制閥附件；第8章控制閥的試驗，包括主要性能試驗、型式試驗和檢驗等；第9章控制閥的安裝和維修。

本手冊是工礦企業、自控工程設計人員、科研開發單位工程技術人員工程設計和應用、安裝和維護時的重要資料，也是自動化和儀表專業、機電一體化專業學生的重要參考教材。它可作為自控設計部門技術人員的設計資料，工礦企業和控制閥制造企業工程技術人員的應用資料，也可作為工礦企業技術人員安裝和維護時的參考資料和控制閥培訓班的培訓教材。

本手冊由龔飛鷹、劉傳君、何衍慶編著。本手冊的編寫工作得到上海工業自動化儀表研究院、華東理工大學自動化所、上海交通大學電子信息與電氣工程學院、江南大學物聯網學院、上海應用技術學院、德國派沃國際工業（上海）有限公司、《自動化儀表》編輯部和《控制閥信息》編輯部等單位的關心和支持，中國自動化學會儀表與裝置專業委員會石明根秘書長在百忙中審核了本手冊，并為本手冊作序。、范鎧、彭瑜、湯繼亮、朱曉楓、黃道、袁景琪、楊慧中、葉銀忠、邊玉平、紀綱、湯逢海、王樹森等先生給予大力支持和悉心指導。Fisher、無錫工裝、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資料和技術支持。李冰、孫治祥、智恒明、智恒新、嚴春明、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、車運慧、陳偉、吳潔、張春利、余勇、李雄偉、石慧、柯春雷、朱杰、陳聯、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、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的編寫工作，謹在此一并表示衷心感謝。

由于時間和筆者的水平所限，疏漏在所難免，懇請讀者不吝指正。

編著者