《控制阀实用手册》编写人员

（以姓氏笔画排序）

王　朋　王华忠　王慧锋　冯保罗

刘传君　孙自强　何乙平　何衍庆

吴宁胜　严邦明　陈　佳　陈春雷

陈积玉　陈迎宪　邱宣振　杭一飞

茅玲娣　武丽英　周孝英　张德贤

俞旭波　高勤学　龚飞鹰　龚长坤

彭亦功　缪玲梅　潘联宝

序

（一）

控制阀是一类特殊的阀门，它具有一般阀门的节流或切断功能，也具有自动控制的调节功能。它的应用对象复杂、应用条件各异，流体物性各不相同，使控制阀的种类繁多。一些新材料、新检测技术、新控制方案的应用对控制阀提出更高要求，如降噪、防泄漏、稳定运行、可靠安全和数据传输等。此外，控制阀的应用领域越来越广，应用条件越来越苛刻，研制新型控制阀的呼声也越来越迫切。

为顺应时代发展需要，《控制阀实用手册》围绕控制阀应用的有关问题进行了介绍和论述，是一本很实用的手册。其内容涉及控制阀的工作原理、材料、结构特点、工程设计和计算，还包括控制阀维护和检修等。例如，目前国内大多采用一些国外的计算软件，但部分软件并不符合国家标准，为此，手册提供了符合国家标准和国际标准的控制阀流量系数计算内容，提供了计算软件的计算方法和丰富的示例，这是其突出的亮点。

手册的另一特点是理论与实践结合，将控制阀作为控制系统的最终元件，从系统的观点出发，从过程自动化应用出发，以控制理论为依据，以控制工程为指导，分析和研究控制阀，因此，它对工业应用具有一定的指导意义。

手册的编著者都有十分丰富的实践应用经验，并有设计制造和工程设计及应用的背景，常年来积极参与自动化学会的学术和推广普及活动。将不同领域背景的技术人员组织起来，发挥各自长处，既可从理论着手，又可从实践出发，去解决工业过程实际的问题，这是手册的第三大特色。

（二）

“工业4.0”为全球新一轮的工业革命吹响前进号角，以智能制造为主导，以信息化和工业化两化融合为内容的新工业革命，通过信息物理系统来实现产品全生命周期中各制造单元之间相互独立地自动交流信息，触发动作和实现控制，将制造流程由自动化向智能化转变，进而通过智能工厂和智能生产来实现由单一品种的大规模生产向定制化规模生产的历史性转变。

数字化工厂是数学模型、方法和工具的综合系统，它将连续的数据管理集成，以产品全生命周期的数据为基础，对整个生产过程仿真、评估和优化，并扩展到整个产品生命周期。因此，数字化工厂是全面实现“工业4.0”的基础。

发达国家是在完成工业化以后实行信息化的，而我国则是在工业化进程中出现信息化问题。从中国共产党“十五大”提出“改造和提高传统产业，发展新兴产业和高技术产业，推进国民经济信息化”，到党的“十六大”提出“以信息化带动工业化，以工业化促进信息化”，再到党的“十七大”明确提出“坚持走中国特色新型工业化道路，大力推进信息化与工业化融合”，这些都说明我国对信息化和工业化的认识不断深化，两化融合的步伐越来越快，目标越来越明确。

当前，工业领域两化融合的主要工作是，综合集成与深化应用；数据自动化采集和系统优化；数字化和智能化的企业建设；大数据、云计算、物联网等新技术的应用等四方面。控制阀作为制造行业的一个重要产品，它的两化融合也涉及上述内容。例如，根据被应用的不同生产过程数学模型，研制控制阀的流路结构和流量特性，使其性能得到优化，实现节能、降噪和稳定运行，延长生命周期等。在现有控制阀的基础上，应用被控过程数学模型，实现生产过程优化，使生产过程更平稳，维护更简单，提高产品合格率，降低生产成本等。这些内容在本手册都有涉及。例如，量身定制控制阀阀瓣型面的设计是个性化生产的基础，它将改变控制阀流量特性的基本系列，提高控制系统的稳定性。对原有控制阀，手册提出的补偿处理技术可改善控制系统的控制品质等。

基于上述理由，特郑重向流程行业和自动化行业的系统工程师、仪表工程师，以及有关高校和研究院所的技术人员推荐本手册。

中国自动化学会仪表与装置专业委员会　秘书长

前言

控制阀在国民经济各部门有广泛应用。它与生产建设、国防建设和人民生活息息相关。为对不同流体进行控制，控制阀的类型众多，品种规格繁杂，为设计选型和实际应用带来困难。随着新的工艺生产过程和控制要求的不断涌现，新的科学技术的不断出现和完善，对控制阀的要求也不断提升。工业4.0不仅对我国，也对全球的制造行业提出前进目标，以信息化和工业化深度融合的数字化和智能化制造为制造业的全新信息物理平台的建立提供了坚实基础。工业4.0对控制阀制造和应用将产生巨大影响，首先表现在个性化生产，即为适应不同被控对象的应用，研制和生产“量身定制”的控制阀，它更能够适应被控对象的特性，降低偏离度，提高控制系统控制品质。其次，控制阀的应用也更精细化，如控制阀制造商应提供不同行程时的相对流量系数；不再用单一控制阀控制，而采用多控制阀组合以实现更精确控制和更精准控制等。为此，我们编写了本实用手册。

控制阀从机械产品发展为机电一体化产品，从常规模拟仪表发展为智能仪表，涉及的知识内容从流体力学、热力学到材料学、制造工艺学、自动控制科学等。因此，要在一本手册内全面介绍有关知识有一定困难。为此，本手册从实用性出发，介绍和分析有关控制阀的实用性问题。本手册的特点如下。

①创新性。本手册提供笔者多年来的研究成果。例如，根据工作流量特性和压降比，“量身定制”控制阀阀芯型面；用软件实现流量特性补偿处理；根据最新IEC标准编写流量系数和噪声预估等计算程序；估算额定流量系数的公式；提出实际开度计算公式，根据控制阀开度等数据估算其流量等内容。它们为控制阀的精确控制和精准调节应用提供了有效手段和工具。

②先进性。本手册采用了最新颁布的有关国家和国际标准，包括2014年修订的一些标准，以便于实际应用；国家标准还未颁布与国际标准等效的更新版本内容，本手册也介绍了国际上近年来开发的控制阀和附件，如最小流量控制阀、自动泵再循环阀、精小型执行机构、智能阀门定位器、现场总线智能阀门定位器等，紧跟国际发展趋势。

③理论与实践结合。本手册理论与实践结合，以理论指导实践，并用实践验证理论。例如，通过分析串级控制系统的共振现象，讨论阀门定位器的振荡，从本质上阐述和分析了阀门定位器功能。本手册结合集散控制系统和现场总线控制系统中智能阀门定位器的应用，对智能和非智能阀门定位器进行深入研究和分析，讨论它们对控制阀流量特性、控制系统控制品质的影响。

在编著上，本手册并没有把控制阀作为一个机械产品进行叙述，而是将控制阀作为控制系统的最终元件，作为控制系统的一部分进行分析。因此，本手册从过程自动化应用出发，以控制理论为依据，以控制工程为工具，分析和研究控制阀，以理论知识指导实际应用进行说明，并结合实际应用实例用理论知识进行分析，力求达到理论与实践紧密结合。

④实用性。本手册不仅提供了最新的有关标准，如包括ASME、ANSI、GB、IEC、VDMA等国际和国家的材料标准、壁厚标准、控制阀校验标准、噪声预估标准等，还为设计应用的工程技术人员提供了用于设计计算的大量资料。例如，近年来广泛应用的用于计算气体的压缩因子等Lee-Kesler方程；最新AGA-8-92DC的计算方法计算天然气压缩因子；计算液体饱和蒸汽压的Antoine方程和几千组化学物的系数；计算水和水蒸气的IAPWS-IF97计算公式等。

为保护知识产权，本手册对引用的有关产品都提供了其来源，既便于读者查找，也便于对有关单位表示感谢。

本手册共分9章。第1章概述；第2章控制阀结构；第3章控制阀材料；第4章控制阀计算的理论基础，介绍控制阀工作原理、力和力矩系统计算、流量系数计算、噪声和流量特性；第5章控制阀的工程设计，着重介绍设计计算的理论基础、设计选型和计算示例等内容；第6章控制阀性能对控制系统的影响，从控制系统整体出发，讨论控制系统的性能指标、控制阀性能对控制系统的影响等；第7章阀门定位器和控制阀附件；第8章控制阀的试验，包括主要性能试验、型式试验和检验等；第9章控制阀的安装和维修。

本手册是工矿企业、自控工程设计人员、科研开发单位工程技术人员工程设计和应用、安装和维护时的重要资料，也是自动化和仪表专业、机电一体化专业学生的重要参考教材。它可作为自控设计部门技术人员的设计资料，工矿企业和控制阀制造企业工程技术人员的应用资料，也可作为工矿企业技术人员安装和维护时的参考资料和控制阀培训班的培训教材。

本手册由龚飞鹰、刘传君、何衍庆编著。本手册的编写工作得到上海工业自动化仪表研究院、华东理工大学自动化所、上海交通大学电子信息与电气工程学院、江南大学物联网学院、上海应用技术学院、德国派沃国际工业（上海）有限公司、《自动化仪表》编辑部和《控制阀信息》编辑部等单位的关心和支持，中国自动化学会仪表与装置专业委员会石明根秘书长在百忙中审核了本手册，并为本手册作序。、范铠、彭瑜、汤继亮、朱晓枫、黄道、袁景琪、杨慧中、叶银忠、边玉平、纪纲、汤逢海、王树森等先生给予大力支持和悉心指导。Fisher、无锡工装、星域、山武、ABB、Samson、Metso、Foxboro和科洋等公司的Kilm Polk、沈伟愿、郁学军、蒋锦华、杨勇、张红梅、戴自祥、周人、汪湛、赖思敏等先生提供了大量技术资料和技术支持。李冰、孙治祥、智恒明、智恒新、严春明、缪煜新、殷家云、李素香、阎笑冰、裴智轶、陈小熔、何展敏、陈新、贾敬华、倪雁、车运慧、陈伟、吴洁、张春利、余勇、李雄伟、石慧、柯春雷、朱杰、陈联、龙卷海、胡雯茵、张英辉、董亮、谈雪芳、陈天成、张胜利、黄雅明、屠培卿、王勇、高晓燕、徐晓敏、王大方、王为国、杨洁等先生提供了不少帮助和支持。此外，池秋英、潘洪莉、范秀兰等先生积极支持和帮助本手册的编写工作，谨在此一并表示衷心感谢。

由于时间和笔者的水平所限，疏漏在所难免，恳请读者不吝指正。

编著者