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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ISE42

3.1.2.2 绝对误差积分鉴定指标IAE42

3.1.2.3 时间乘绝对误差积分鉴定指标ITAE43

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