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第1章 概述 1

1.1 控制阀在工业生产过程控制中的作用 1

1.1.1 控制系统的基本组成 1

目录 1

1.1.2 控制阀的重要性 2

1.2 控制阀的发展历史 2

1.2.1 控制阀的发展历史 2

1.2.2 我国控制阀的现状 3

1.2.3 控制阀发展的特点 4

1.3 控制阀的发展方向 4

1.3.1 控制阀应用中存在的问题 4

1.3.2 控制阀的发展方向 4

2.1.1 控制阀的组成和分类 8

2.1.1.1 控制阀的组成 8

2.1 控制阀的类型 8

第2章 控制阀的结构 8

2.1.1.2 控制阀的分类 10

2.1.2 数字式控制阀 17

2.1.3 自力式控制阀 19

2.1.4 智能控制阀 20

2.1.4.1 带智能阀门定位器的气动控制阀 21

2.1.4.2 智能电动控制阀 22

2.1.4.3 带现场总线智能阀门定位器的气动控制阀 22

2.2 控制阀的结构 22

2.2.1 执行机构 22

2.2.1.1 气动薄膜执行机构 22

2.2.1.2 气动活塞执行机构 24

2.2.1.3 电动执行机构 25

2.2.1.4 电液执行机构 28

2.2.1.5 手动执行机构 29

2.2.2 调节机构 31

2.2.3 填料函和填料结构 33

2.2.3.1 填料 34

2.2.3.2 填料结构 34

2.2.4 控制阀结构特点 37

第3章 控制阀性能对控制系统的影响 39

3.1 控制系统的性能指标 39

3.1.1 控制系统的时域性能指标 39

3.1.1.3 余差 40

3.1.1.4 回复时间和振荡频率 40

3.1.1.2 超调量和最大动态偏差 40

3.1.1.1 衰减比 40

3.1.1.5 偏离度 41

3.1.2 控制系统的积分性能指标 42

3.1.2.1 误差平方积分鉴定指标ISE 42

3.1.2.2 绝对误差积分鉴定指标IAE 42

3.1.2.3 时间乘绝对误差积分鉴定指标ITAE 43

3.1.3 控制系统正常运行的重要准则 43

3.2 控制阀的特性 43

3.2.1 执行机构的传递函数 43

3.2.1.1 气动薄膜执行机构膜头的传递函数 43

3.2.1.2 摩擦和时滞 45

3.2.2 控制阀的固有流量特性 45

3.2.2.1 线性流量特性 46

3.2.2.2 等百分比流量特性 47

3.2.2.3 快开流量特性 48

3.2.2.4 抛物线流量特性 49

3.2.2.5 其他流量特性 49

3.2.3 控制阀的可调比 50

3.2.3.1 控制阀的理想可调比 50

3.2.3.2 控制阀的实际可调比 50

3.2.3.3 提高控制阀可调比的措施 51

3.2.4 控制阀固有流量特性的选择 51

3.2.4.1 控制阀的工作流量特性 52

3.2.4.2 从静态考虑选择控制阀的工作流量特性 55

3.2.4.3 从动态考虑选择控制阀的工作流量特性 58

3.2.4.4 从控制阀的工作流量特性选择控制阀的固有流量特性 60

3.3.1.1 静态性能对控制系统控制品质的影响 61

3.3.1 执行机构性能对控制系统控制品质的影响 61

3.3 控制阀性能对控制系统的影响 61

3.2.4.5 工程应用时流量特性的选用 61

3.3.1.2 动态性能对控制系统控制品质的影响 63

3.3.2 调节机构性能对控制系统控制品质的影响 64

3.3.2.1 静态性能对控制系统控制品质的影响 64

3.3.2.2 动态性能对控制系统控制品质的影响 65

3.3.3 节能的考虑 68

3.3.3.1 压降比s的影响 68

3.3.3.2 低压降比与节能 69

3.3.3.3 低压降比控制阀 70

第4章 控制阀的工程设计 71

4.1 控制阀设计计算的理论基础 71

4.1.1 控制阀的工作原理 71

4.1.1.1 节流原理 71

4.1.1.2 阻塞流、压力恢复系数和压差比 73

4.1.1.3 闪蒸和汽蚀 75

4.1.2 控制阀力（矩）系统的计算 76

4.1.2.1 执行机构输出推力（矩）的计算 76

4.1.2.2 调节机构不平衡力（矩）的计算 79

4.1.2.3 其他力（矩）的计算 81

4.1.2.4 控制阀增益 83

4.1.2.5 控制阀两端的允许压降 86

4.1.3 流量系数的计算 88

4.1.3.1 流量系数的原有计算公式 88

4.1.3.2 流量系数的IFC计算公式 91

4.1.3.3 影响流量系数计算的因素 96

4.1.3.4 流量系数的圆整 104

4.1.3.5 计算示例 104

4.1.4.1 控制阀的噪声 110

4.1.4 控制阀的噪声预估 110

4.1.4.2 控制阀噪声预估 113

4.1.4.3 噪声测定和治理噪声的措施 127

4.2 控制阀的设计计算和选型 135

4.2.1 工程设计符号 135

4.2.1.1 控制阀的工程设计符号 135

4.2.1.2 工程设计符号的示例 137

4.2.2 控制阀数据表 138

4.2.2.1 控制阀类型的选择 142

4.2.2.2 控制阀材质的选择 144

4.2.2.3 控制阀泄漏量等级的选择 150

4.2.2.4 控制阀气开和气关方式的选择 152

4.2.2.5 控制阀流量特性的选择 153

4.2.2.6 控制阀内流体流向的选择 154

4.2.3.1 计算流量系数所需数据的准备 155

4.2.3 控制阀通径的确定 155

4.2.3.2 计算流量系数的确定 156

4.2.3.3 控制阀额定流量系数的确定 156

4.2.3.4 确定控制阀通径 160

4.2.4 控制阀的防爆 160

4.2.4.1 危险场所的分类 160

4.2.4.2 仪表防爆等级和外壳等级 163

4.2.5 设计选型中的注意事项 166

4.2.5.1 控制阀两端压降的确定 166

4.2.5.2 最大流量的确定 172

4.2.5.3 不平衡力或力矩的核算 172

4.2.5.4 控制阀附件的选择 173

4.3.1 根据正常操作条件进行设计估算 180

4.3 控制阀工程设计的经验估算 180

4.3.1.1 不考虑压降比时的设计估算 181

4.3.1.2 考虑压降比时的设计估算 182

4.3.1.3 基于生产过程最大流量的设计估算 186

4.3.1.4 设计估算时的注意事项 187

4.3.2 计算条件不足时的经验估算 188

第5章 阀门定位器 189

5.1 阀门定位器的工作原理 189

5.1.1 阀门定位器的工作原理 189

5.1.1.1 阀门定位器的分类 189

5.1.1.2 阀门定位器的工作原理 189

5.1.1.3 阀门定位器的功能 195

5.1.2 阀门定位器的传递函数分析 196

5.2.1.1 串级控制系统的基本结构 197

5.2 阀门定位器在控制系统中的作用 197

5.2.1 阀门定位器组成的串级控制系统 197

5.2.1.2 串级控制系统的特点 199

5.2.1.3 阀门定位器组成串级控制系统的功能 202

5.2.2 阀门定位器应用中的注意事项 204

5.2.2.1 非线性反馈凸轮引入非线性 204

5.2.2.2 共振现象 205

5.3 智能阀门定位器 205

5.3.1 智能阀门定位器的工作原理 205

5.3.1.1 非智能阀门定位器的缺点 205

5.3.1.2 智能阀门定位器的工作原理 206

5.3.1.3 智能阀门定位器与非智能阀门定位器的比较 207

5.3.3 智能阀门定位器的优点 208

5.3.2 智能阀门定位器对控制系统性能的影响 208

5.3.4 非线性补偿环节特性 209

第6章 控制阀的测试和安装 212

6.1 控制阀的测试 212

6.1.1 主要性能指标的测试 212

6.1.1.1 静特性测试 212

6.1.1.2 气密性测试 214

6.1.1.3 密封性测试 214

6.1.1.4 泄漏量测试 215

6.1.1.5 空载全行程时间测试 216

6.1.1.6 绝缘性能测试 218

6.1.1.7 其他性能测试 218

6.1.2 型式测试 220

6.1.2.1 额定流量系数和固有流量特性测试 220

6.1.2.2 阀门类型修正系数Fd测试 226

6.1.2.3 其他专项测试 227

6.2 控制阀的安装 230

6.2.1 安装施工的准备 230

6.2.1.1 安装施工的组织 230

6.2.1.2 安装施工的分工 231

6.2.2 控制阀安装施工的规定 232

6.2.2.1 安装施工的一般规定 232

6.2.2.2 安装施工的注意事项 232

6.2.3 控制阀安装前的检验 235

6.2.3.1 控制阀安装前检验的环境条件 236

6.2.3.2 控制阀安装前的检验内容 236

6.2.3.3 控制阀的气源要求 236

6.2.4.1 线路调试 237

6.2.4 控制阀现场调试 237

6.2.4.2 系统调试 238

第7章 控制阀的维修 239

7.1 控制阀的故障分析 239

7.1.1 执行机构的故障分析 239

7.1.1.1 填料造成的故障 239

7.1.1.2 执行机构的气密性造成的故障 239

7.1.1.3 不平衡力造成的故障 239

7.1.1.4 电动执行机构的故障 240

7.1.2 调节机构的故障分析 240

7.1.2.1 流量特性不匹配造成的故障 240

7.1.2.2 流路设计和安装不当造成的故障 240

7.1.3.2 阀门定位器放大器造成的故障 241

7.1.3.1 阀门定位器凸轮不合适造成的故障 241

7.1.3 阀门定位器的故障 241

7.1.2.3 泄漏量造成的故障 241

7.1.2.4 阀芯脱落造成的故障 241

7.1.3.3 阀门定位器检测杆不匹配造成的故障 242

7.1.4 气动系统常见故障 242

7.1.4.1 水分造成的影响和故障分析 242

7.1.4.2 油分造成的影响和故障分析 242

7.1.4.3 粉尘造成的影响和故障分析 242

7.2 控制阀的维护 243

7.2.1 控制阀的日常维护 243

7.2.1.1 控制阀维护人员的技能要求 243

7.2.1.2 控制阀日常维护工作内容 243

7.2.1.3 控制阀的定期校验 244

7.2.2 控制阀的预见性维护 244

7.3.1.1 控制阀的日常维修 248

7.3 控制阀的维修 248

7.3.1 控制阀的定期维修 248

7.3.1.2 日常维修的主要内容 249

7.3.2 控制阀的预见性维修 250

附录 251

附录A.1 控制阀数据表 251

附录A.2 电动控制阀数据表 252

附录A.3 气动切断阀数据表 253

附录A.4 自力式控制阀数据表 254

附录A.5 二通电磁阀数据表 255

附录A.6 先导电磁阀数据表 256

附录B 国内外金属材料牌号（近似）对照表 257

参考文献 258