本书全面介绍了石油、化工等流程工业用控制阀的设计、制造、质量控制、选用、维护检修技术原理及方法。全书共17章,主要内容包括:控制阀基础知识,控制阀的基本原理、分类、名词术语和参数;控制阀相关标准、规范和认证;流体介质物性基础数据;控制阀材料及耐蚀性;控制阀选型与计算;控制阀的设计;控制阀制造技术与执行机构;控制阀各类附件,如定位器、电磁阀、空气过滤减压阀、行程开关以及其他常见控制阀配套附件;控制阀控制模式和质量控制及检验试验;控制阀的维护、维修与安装以及控制阀智能制造。
本书提供了大量图、表、数据资料,为广大流程工业生产过程控制领域的工程技术人员、设计科研院所的技术人员及控制阀相关行业设计、应用和维护人员提供了参考依据和可查阅的数据资料。
前言
控制阀是一种能够改变过程控制系统中流体流量的动力操作装置。它包括阀门及其所连接的执行机构,执行机构能够根据来自控制系统的信号改变阀门中流量控制元件的位置。控制阀是工业自动化的关键基础部件,它广泛应用于石油天然气、石化化工、冶金钢铁、电力、轻工等国民经济命脉产业和众多基础工业,是在工业过程中精确控制介质流量、压力、温度、液位等工艺参数的核心部件。作为流程工业控制系统的终端控制元件,控制阀是复杂的高科技产品, 它在工业控制系统中的应用, 不仅要求具有流通能力、泄漏量、材料适应性等静态性能指标,还需具有调节工艺参数的功能,同时,还决定了控制系统的稳定性、精确度和自动化程度。随着技术的进步,工业控制系统中超高压、真空、超高温、超低温、酸性、腐蚀、易燃易爆、多相流等复杂极端工况日益增多,从而对控制阀的安全性、可靠性以及使用寿命等提出了更高更严格的要求,对生产制造的工艺装备、设计水平、工艺水平及检测试验手段的要求进一步提高。控制阀技术的发展水平体现了国家的基础装备制造能力和工业现代化水平,是流程工业产业实现自动化、智能化的必要条件。
虽然控制阀的结构基本上都是由阀体组件、执行机构和控制器件(附件)组成,但是由于其主要零件与被控(流体)介质直接接触,因此在控制阀设计时,不仅要考虑机械强度、刚度、制造工艺和摩擦、磨损等问题,还要考虑流体的物理、化学作用和流体动力、热力作用所产生的问题。控制阀的设计、制造不仅涉及机械设计、机械制造、自动控制学科的知识,还需要材料学、腐蚀学、流体动力学、热力学和传热学等学科的知识。
同时,由于控制阀的品种较多,使用数量较大,从业人员必须综合应用各种知识,贯彻相关的标准,并通过试验研究和实践,才能最终完成控制阀的设计、制造、选择、应用、安装、维护等工作。
本书突出实用性,尽量以图表的形式向读者提供控制阀设计计算实际需要的公式、数据和程序方法,并汇集了大量的国内外有关阀门设计的最新标准资料,包括基础标准、结构尺寸标准、材料标准、试验方法标准等,有助于设计者根据不同需要按照不同的标准设计阀门。本书在引用国外标准、数据时,仍保留其原用计量单位,并在附录A中给出了常用计量单位转换与换算。
我们相信,本书的出版将会受到广大控制阀工作者的关注,也会对我国控制阀水平的提高起到积极的推动作用。由于编者的学识与水平有限,书中难免有不妥或疏漏之处,真诚地希望广大读者对本书存在的缺点和不足进行指正,以利修正,让更多的读者获益。
编者
前言
第1章控制阀基础知识
11控制阀工作原理
12控制阀分类
121按结构形式分类
122按技术参数分类
13控制阀组成及术语
131阀体组件
132执行机构
133控制阀附件
134控制阀术语
14控制阀主要参数
141公称尺寸
142公称压力
143结构长度
144额定流量系数和额定
容量
145流量特性
146可调比
147泄漏量
148推力及扭矩
149控制精度
1410响应时间
第2章控制阀相关标准、规范和
认证
21国家标准及行业标准
211国家标准
212行业标准
22控制阀国际标准
23控制阀相关控制部件标准
231定位器产品相关标准
232电磁阀产品相关标准
233电动执行机构相关标准
234空气过滤减压阀及其他
气控元件产品相关
标准
24控制阀相关防爆标准
25其他相关标准及规范
26控制阀相关认证
第3章流体介质物性基础
数据
31常用液体性质
32常用气体性质
33典型工业气体的热物理性质
331空气
332氮气
333氧气
334一氧化碳
335二氧化碳
336氢气
337水
34常见有机、无机和单质气体
比热容比
35纯物质物性数据
第4章控制阀材料及
耐蚀性
41承压件材料
411承压件材料的种类
412承压件材料的力学
性能
413碳钢
414普通低温钢
415高温钢
416不锈钢
417镍基合金
418钛及钛合金
419控制阀承压件常用
材料
4110承压件常用材料的标准
及牌号对照
4111材料的压力温度额
定值
4112承压件常用材料的使用
温度范围
4113钛及钛合金的温度
范围
4114承压件常用材料的化学
成分和力学性能
42控压件材料
421控压件材料特性
422一些特殊介质的材料
禁忌
423软密封材料
43紧固件材料
431紧固件材料的标准
432紧固件材料的选用
433常用紧固件的力学
性能
44密封材料
441常用密封材料
442常用的填料种类
443垫片
45控制阀表面硬化材料
451钴基合金堆焊焊丝的
选用
452等离子弧堆焊用合金
粉末
453手工电弧焊堆焊用
焊条
454镍基合金熔覆粉末
455非晶态合金堆焊材料
第5章控制阀选型与计算
51控制阀尺寸
52控制阀基本流量公式的
修正
521阻塞流修正与低雷诺数
修正
522可压缩性流体修正
523配管集合形状修正
524气液两相流计算
53阀座泄漏量计算及试验
程序
54基本流量计算
541不可压缩流体的计算
542可压缩流体的计算
543不可压缩流体与可压缩流
体计算通用修正系数
544控制阀雷诺数Rev
545控制阀流量系数典型计算
实例
55流量特性及选择
551控制阀固有流量特性
552工作流量特性
553流量特性的选择
56控制阀选型计算
561控制阀的选型原则
562液体控制阀选型
563可压缩流体阀门选型
计算
57力矩计算及执行机构选型
571直通阀
572旋转式执行机构选型
58闪蒸和气蚀
581阻塞流引起的闪蒸和
气蚀
582闪蒸工况阀门选型
583气蚀工况阀门选型
584气液两相流工况下控制阀
的计算与选型
59噪声
591控制阀噪声
592控制阀噪声预估
593控制阀的噪声
控制
第6章控制阀的设计
61控制阀常用设计计算
611阀体壁厚设计计算
612中法兰的设计计算
613阀盖和支架的结构
614阀盖的设计计算
615支架的设计计算
62调节阀设计计算
621调节阀阀芯的流量特性
曲线
622阀芯形面的计算和
绘制
623阀芯开启流通面积的
计算
624流通面积计算实例
625柱塞式阀芯的形面计算
和绘制
626柱塞式阀芯形面计算
实例
627套筒调节窗口的设计
计算
628微小流量调节阀调节形面
设计
629调节阀设计计算实例
63球阀设计计算
631球阀通道截面直径的
选择
632浮动式球阀的设计
计算
633固定式球阀的设计
计算
634球阀设计计算实例
64蝶阀设计计算
641蝶阀阀杆力矩的计算
642密封面摩擦力矩的
计算
643阀杆轴承处的摩擦
力矩
644阀杆与填料的摩擦
力矩
645蝶阀启闭的总力矩
646阀杆强度计算
647蝶板强度验算
648三偏心蝶阀设计计算
实例
第7章控制阀制造技术
71控制阀制造技术简介
72控制阀典型加工方法
721控制阀的机加工工艺
722控制阀的装配工艺
723控制阀的试验与检验
73表面强化工艺
731堆焊技术
732热喷涂技术
733熔覆加工技术
734表面热处理
735渗碳/氮技术
736固体渗硼
74控制阀腐蚀与防护
741控制阀表面处理
742控制阀表面防护
75材料成型技术
751铸造技术
752锻造工艺
第8章执行机构
81气动执行机构
811直行程气动薄膜执行
机构
812直行程气动活塞执行
机构
813角行