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1、3 3过程控制系统设计过程控制系统设计3.1 3.1 过程控制系统设计步骤过程控制系统设计步骤3.2 3.2 确定控制变量与控制方案确定控制变量与控制方案3.3 3.3 过程控制系统硬件选择过程控制系统硬件选择3.4 3.4 节流元件计算节流元件计算3.5 3.5 调节阀选择调节阀选择3.6 3.6 计算举例计算举例教学目的和要求教学目的和要求 掌握过程控制系统的设计任务、步骤掌握过程控制系统的设计任务、步骤 掌握过程控制系统的掌握过程控制系统的设计方法设计方法 掌握节流元件的计算方法掌握节流元件的计算方法 掌握调节阀的选择方法掌握调节阀的选择方法 重点：过程控制系统的重点：过程控制系统的设计
2、方法设计方法 难点：节流元件、调节阀的计算方法难点：节流元件、调节阀的计算方法过程控制系统设计步骤过程控制系统设计步骤 过程控制系统设计的具体步骤：过程控制系统设计的具体步骤：根据工艺要求和控制目标确定系统变量根据工艺要求和控制目标确定系统变量根据工艺要求和控制目标确定系统变量根据工艺要求和控制目标确定系统变量建立数学模型建立数学模型建立数学模型建立数学模型确定控制方案确定控制方案确定控制方案确定控制方案选择硬件设备选择硬件设备选择硬件设备选择硬件设备选择控制算法，设计控制器选择控制算法，设计控制器选择控制算法，设计控制器选择控制算法，设计控制器软件设计软件设计软件设计软件设计设备安装、调试、
3、整定、投运设备安装、调试、整定、投运设备安装、调试、整定、投运设备安装、调试、整定、投运确定控制变量与控制方案确定控制变量与控制方案 确定确定控制目标控制目标：被控变量的选取：被控变量的选取：被控变量的选取：被控变量的选取：选择对控制目标起重要影响的输出变量。选择对控制目标起重要影响的输出变量。选择对控制目标起重要影响的输出变量。选择对控制目标起重要影响的输出变量。选择可直接控制目标质量的输出变量。选择可直接控制目标质量的输出变量。选择可直接控制目标质量的输出变量。选择可直接控制目标质量的输出变量。选选选选择择择择与与与与控控控控制制制制变变变变量量量量之之之之间间间间的的的的传传传传递递递递
4、函函函函数数数数简简简简单单单单，动动动动、静静静静态特性较好的输出变量。态特性较好的输出变量。态特性较好的输出变量。态特性较好的输出变量。若若若若控控控控制制制制目目目目标标标标不不不不可可可可测测测测，则则则则测测测测其其其其他他他他能能能能可可可可靠靠靠靠测测测测量量量量且且且且与与与与控制目标有一定关系的输出变量。控制目标有一定关系的输出变量。控制目标有一定关系的输出变量。控制目标有一定关系的输出变量。输入变量：输入变量：输入变量：输入变量：含控制含控制含控制含控制变量、变量、变量、变量、扰动扰动扰动扰动变量变量变量变量控制控制控制控制变量的选取：变量的选取：变量的选取：变量的选取：选
5、择对被控变量影响较大的输入变量选择对被控变量影响较大的输入变量选择对被控变量影响较大的输入变量选择对被控变量影响较大的输入变量选择变化范围较大的输入变量选择变化范围较大的输入变量选择变化范围较大的输入变量选择变化范围较大的输入变量选选选选择择择择对对对对被被被被控控控控变变变变量量量量作作作作用用用用效效效效应应应应较较较较快快快快的的的的输输输输入入入入变变变变量量量量，使使使使控制的动态响应较快控制的动态响应较快控制的动态响应较快控制的动态响应较快多多多多个个个个控控控控制制制制回回回回路路路路中中中中，所所所所选选选选择择择择的的的的控控控控制制制制变变变变量量量量应应应应直直直直接接接
6、接影影影影响对应的被控变量，使控制回路间的关联较小响对应的被控变量，使控制回路间的关联较小响对应的被控变量，使控制回路间的关联较小响对应的被控变量，使控制回路间的关联较小确定确定控制方案：控制方案：控制结构：控制结构：控制结构：控制结构：反反反反馈馈馈馈控控控控制制制制：利利利利用用用用被被被被控控控控变变变变量量量量的的的的测测测测量量量量值值值值调调调调节节节节控控控控制制制制变变变变量，使被控变量保持在预期值。量，使被控变量保持在预期值。量，使被控变量保持在预期值。量，使被控变量保持在预期值。特点：特点：特点：特点：结构简单、适应性广。结构简单、适应性广。结构简单、适应性广。结构简单、适
7、应性广。前前前前馈馈馈馈控控控控制制制制：利利利利用用用用扰扰扰扰动动动动量量量量的的的的测测测测量量量量值值值值调调调调节节节节控控控控制制制制变变变变量量量量，使被控变量保持在预期值。使被控变量保持在预期值。使被控变量保持在预期值。使被控变量保持在预期值。特特特特点点点点：在在在在系系系系统统统统存存存存在在在在较较较较显显显显著著著著、频频频频繁繁繁繁扰扰扰扰动动动动时时时时采采采采取取取取的的的的补偿控制，以有效抑制扰动对被控变量的影响补偿控制，以有效抑制扰动对被控变量的影响补偿控制，以有效抑制扰动对被控变量的影响补偿控制，以有效抑制扰动对被控变量的影响控制算法：控制算法：控制算法：控
8、制算法： 确确确确定定定定控控控控制制制制方方方方案案案案后后后后，选选选选择择择择合合合合适适适适的的的的控控控控制制制制算算算算法法法法，以以以以便便便便设计控制器。设计控制器。设计控制器。设计控制器。简单控制简单控制简单控制简单控制PIDPIDPIDPID控制控制控制控制复复复复杂杂杂杂控控控控制制制制串串串串级级级级控控控控制制制制、比比比比值值值值控控控控制制制制、均均均均匀匀匀匀控控控控制制制制、分分分分程程程程控控控控制制制制、选选选选择择择择性性性性控控控控制制制制、补补补补偿偿偿偿控控控控制制制制( ( ( (前前前前馈馈馈馈控控控控制制制制、SmithSmithSmithS
9、mith预估控制预估控制预估控制预估控制) ) ) )先进控制先进控制先进控制先进控制解耦控制解耦控制解耦控制解耦控制过程控制系统硬件选择过程控制系统硬件选择硬件选择原则硬件选择原则: :原则：原则：原则：原则：确保控制目标和控制方案的实施确保控制目标和控制方案的实施确保控制目标和控制方案的实施确保控制目标和控制方案的实施硬硬硬硬件件件件：控控控控制制制制装装装装置置置置、测测测测量量量量仪仪仪仪表表表表、传传传传感感感感器器器器、执执执执行行行行机机机机构和报警、保护、连锁等构和报警、保护、连锁等构和报警、保护、连锁等构和报警、保护、连锁等控控控控制制制制装装装装置置置置：简简简简单单单单过
10、过过过程程程程控控控控制制制制系系系系统统统统可可可可选选选选择择择择单单单单回回回回路路路路控控控控制器，比较复杂的系统可用计算机控制。制器，比较复杂的系统可用计算机控制。制器，比较复杂的系统可用计算机控制。制器，比较复杂的系统可用计算机控制。模拟量控制回路较多、开关量较少时采用模拟量控制回路较多、开关量较少时采用模拟量控制回路较多、开关量较少时采用模拟量控制回路较多、开关量较少时采用DCSDCSDCSDCS模拟量控制回路较少、开关量较多时采用模拟量控制回路较少、开关量较多时采用模拟量控制回路较少、开关量较多时采用模拟量控制回路较少、开关量较多时采用PLCPLCPLCPLC检测部件检测部件检
11、测部件检测部件检检检检测测测测部部部部件件件件相相相相当当当当于于于于人人人人的的的的感感感感觉觉觉觉器器器器官官官官，它它它它直直直直接接接接感感感感受受受受被被被被测测测测参参参参数数数数的的的的变变变变化化化化，提提提提取取取取被被被被测测测测信信信信息息息息，转转转转换换换换成成成成标标标标准准准准信信信信号供显示和作为控制的依据。号供显示和作为控制的依据。号供显示和作为控制的依据。号供显示和作为控制的依据。检检检检测测测测部部部部件件件件一一一一般般般般选选选选用用用用定定定定型型型型产产产产品品品品。即即即即根根根根据据据据控控控控制制制制方方方方案案案案来选择测量仪表和传感器。来
12、选择测量仪表和传感器。来选择测量仪表和传感器。来选择测量仪表和传感器。可靠性原则：长期稳定运行的能力可靠性原则：长期稳定运行的能力可靠性原则：长期稳定运行的能力可靠性原则：长期稳定运行的能力实用性原则实用性原则实用性原则实用性原则先进性原则先进性原则先进性原则先进性原则节流元件计算节流元件计算流量计算有关概念流量计算有关概念密度：密度：密度：密度：在工作温度和压力下，节流装置前流体在工作温度和压力下，节流装置前流体在工作温度和压力下，节流装置前流体在工作温度和压力下，节流装置前流体的密度。的密度。的密度。的密度。流量：流量：流量：流量：流体在单位时间内流过管道或设备某处流体在单位时间内流过管道
13、或设备某处流体在单位时间内流过管道或设备某处流体在单位时间内流过管道或设备某处横断面的数量。横断面的数量。横断面的数量。横断面的数量。粘度：粘度：粘度：粘度：表征流体内摩擦力，可用动力粘度和运表征流体内摩擦力，可用动力粘度和运表征流体内摩擦力，可用动力粘度和运表征流体内摩擦力，可用动力粘度和运动粘度表示。动力粘度与密度的比值称为运动动粘度表示。动力粘度与密度的比值称为运动动粘度表示。动力粘度与密度的比值称为运动动粘度表示。动力粘度与密度的比值称为运动粘度。粘度。粘度。粘度。 雷诺数：雷诺数：雷诺数：雷诺数：管管管管道道道道内内内内流流流流量量量量较较较较小小小小时时时时，压压压压差差差差与与与
14、与流流流流量量量量成成成成正正正正比比比比，流流流流体体体体的的的的流流流流动动动动状状状状态态态态为为为为层层层层流流流流；流流流流量量量量变变变变大大大大后后后后，压压压压差差差差大大大大致致致致与与与与流量的平方成正比，流量的平方成正比，流量的平方成正比，流量的平方成正比，流体的流动状态为紊流。流体的流动状态为紊流。流体的流动状态为紊流。流体的流动状态为紊流。从从从从层层层层流流流流到到到到紊紊紊紊流流流流的的的的分分分分界界界界线线线线不不不不仅仅仅仅与与与与流流流流量量量量有有有有关关关关，而而而而且且且且与流体的密度、粘度和管道内径有关。与流体的密度、粘度和管道内径有关。与流体的密
15、度、粘度和管道内径有关。与流体的密度、粘度和管道内径有关。在在在在流流流流体体体体力力力力学学学学中中中中，此此此此现现现现象象象象可可可可用用用用雷雷雷雷诺诺诺诺实实实实验验验验验验验验证证证证，并并并并用雷诺数表征，流体惯性力和粘性力之比用雷诺数表征，流体惯性力和粘性力之比用雷诺数表征，流体惯性力和粘性力之比用雷诺数表征，流体惯性力和粘性力之比 气体的压缩系数气体的压缩系数气体的压缩系数气体的压缩系数 由由由由理理理理想想想想气气气气体体体体定定定定律律律律求求求求得得得得的的的的气气气气体体体体密密密密度度度度和和和和实实实实际际际际密密密密度度度度值值值值，在高压和低温情况下有偏差，须
16、加以校正。在高压和低温情况下有偏差，须加以校正。在高压和低温情况下有偏差，须加以校正。在高压和低温情况下有偏差，须加以校正。等熵指数等熵指数等熵指数等熵指数 当当当当气气气气体体体体流流流流过过过过节节节节流流流流装装装装置置置置后后后后，会会会会产产产产生生生生膨膨膨膨胀胀胀胀。假假假假定定定定向向向向较较较较低低低低压压压压力力力力的的的的膨膨膨膨胀胀胀胀是是是是按按按按多多多多变变变变过过过过程程程程进进进进行行行行的的的的。对对对对于于于于多多多多变过程，压力与体积有：变过程，压力与体积有：变过程，压力与体积有：变过程，压力与体积有： 流量计流量计压差式流量计：压差式流量计：压差式流量
17、计：压差式流量计：利用流体通过管道内节流装置利用流体通过管道内节流装置利用流体通过管道内节流装置利用流体通过管道内节流装置时，由流量与节流装置前后压差的关系来计量时，由流量与节流装置前后压差的关系来计量时，由流量与节流装置前后压差的关系来计量时，由流量与节流装置前后压差的关系来计量速度式流量计：速度式流量计：速度式流量计：速度式流量计：利用管道内流体的速度推动叶利用管道内流体的速度推动叶利用管道内流体的速度推动叶利用管道内流体的速度推动叶轮旋转，由叶轮转速与流体流速的关系来计量轮旋转，由叶轮转速与流体流速的关系来计量轮旋转，由叶轮转速与流体流速的关系来计量轮旋转，由叶轮转速与流体流速的关系来计
18、量容积式流量计：容积式流量计：容积式流量计：容积式流量计：流体连续通过一定容积之后，流体连续通过一定容积之后，流体连续通过一定容积之后，流体连续通过一定容积之后，以流量累计的原理来计量。以流量累计的原理来计量。以流量累计的原理来计量。以流量累计的原理来计量。其他流量计：其他流量计：其他流量计：其他流量计：电磁流量计、超声波流量计等电磁流量计、超声波流量计等电磁流量计、超声波流量计等电磁流量计、超声波流量计等 节流元件：节流元件：在在在在直直直直线线线线管管管管道道道道中中中中设设设设置置置置的的的的使使使使流流流流束束束束产产产产生生生生局局局局部部部部收收收收缩缩缩缩以以以以测测测测量管道中
19、流体的流量的装置。量管道中流体的流量的装置。量管道中流体的流量的装置。量管道中流体的流量的装置。标标标标准准准准节节节节流流流流装装装装置置置置：历历历历史史史史悠悠悠悠久久久久、实实实实验验验验数数数数据据据据完完完完整整整整、产产产产品品品品已已已已标标标标准准准准化化化化。有有有有孔孔孔孔板板板板、喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴、文文文文丘丘丘丘里里里里喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴和文丘里管。和文丘里管。和文丘里管。和文丘里管。特特特特殊殊殊殊节节节节流流流流装装装装置置置置：利利利利用用用用已已已已有有有有实实实实验验验验数数数数据据据据估估估估算算算算。有有有有双双双双重孔、重孔、重孔、重孔、1 1 1 1/
20、4/4/4/4圆喷嘴、双斜孔板、圆缺孔板等。圆喷嘴、双斜孔板、圆缺孔板等。圆喷嘴、双斜孔板、圆缺孔板等。圆喷嘴、双斜孔板、圆缺孔板等。节流元件的特点：节流元件的特点：节流元件的特点：节流元件的特点：结构简单、便于制造、工作结构简单、便于制造、工作结构简单、便于制造、工作结构简单、便于制造、工作可靠、寿命长、适应性强等。可靠、寿命长、适应性强等。可靠、寿命长、适应性强等。可靠、寿命长、适应性强等。 流量流量检测原理：检测原理：在在在在管管管管道道道道中中中中流流流流动动动动的的的的流流流流体体体体具具具具有有有有动动动动能能能能和和和和位位位位能能能能，在在在在一一一一定定定定条条条条件件件件下
21、下下下可可可可以以以以相相相相互互互互转转转转换换换换，但但但但参参参参加加加加转转转转换换换换的的的的能能能能量量量量总总总总和和和和不不不不变变变变。用用用用节节节节流流流流元元元元件件件件测测测测量量量量流流流流量量量量就就就就是是是是基基基基于于于于上上上上述述述述原原原原理理理理实现的。实现的。实现的。实现的。 质量流量：质量流量：质量流量：质量流量： 体积流量：体积流量：体积流量：体积流量： 标准节流装置的取压方式标准节流装置的取压方式 径距取压：径距取压：径距取压：径距取压：其取压口与孔板的间距是取压口中其取压口与孔板的间距是取压口中其取压口与孔板的间距是取压口中其取压口与孔板的
22、间距是取压口中心线与孔板某一规定端面之间的距离。心线与孔板某一规定端面之间的距离。心线与孔板某一规定端面之间的距离。心线与孔板某一规定端面之间的距离。法兰取压：法兰取压：法兰取压：法兰取压：须用专门带钻孔的法兰。上下游取须用专门带钻孔的法兰。上下游取须用专门带钻孔的法兰。上下游取须用专门带钻孔的法兰。上下游取压管中心位于距孔板两侧相应端面压管中心位于距孔板两侧相应端面压管中心位于距孔板两侧相应端面压管中心位于距孔板两侧相应端面25.425.425.425.4mmmmmmmm处处处处 角接取压：角接取压：角接取压：角接取压：取压口的位置紧贴孔板的端面。有取压口的位置紧贴孔板的端面。有取压口的位置
23、紧贴孔板的端面。有取压口的位置紧贴孔板的端面。有环室取压、钻孔式夹持环取压、环管取压环室取压、钻孔式夹持环取压、环管取压环室取压、钻孔式夹持环取压、环管取压环室取压、钻孔式夹持环取压、环管取压 具有径距取压或法兰取压的孔板取压口间距具有径距取压或法兰取压的孔板取压口间距 1 1：流向：流向2 2：径矩取压口：径矩取压口3 3：法兰取压口：法兰取压口4 4：法兰盘：法兰盘5 5：孔：孔板板6 6：管道：管道 （a a）环室式夹持取压（环室式夹持取压（b b）单独钻孔夹持环取单独钻孔夹持环取 1 1：前前环环室室 2 2：取取压压口口 3 3：后后环环室室 4 4：孔孔板板 5 5：钻钻孔孔式式夹
24、持环夹持环 a a：取取压压环环隙隙宽宽度度c c：前前环环室室宽宽度度 ：后后环环室室宽宽度度g,hg,h：环环室室内内孔孔尺尺寸寸 f f：环环室室厚厚度度D D：管管道道内内径径 d d：孔口直径孔口直径 j j：取压口直径：取压口中心线的斜角取压口直径：取压口中心线的斜角测量和计算方法测量和计算方法流出系数的计算：流出系数的计算：流出系数的计算：流出系数的计算：流流流流出出出出系系系系数数数数为为为为通通通通过过过过节节节节流流流流装装装装置置置置的的的的实实实实际际际际流流流流量量量量值值值值与与与与理理理理论论论论流量值之比值。流量值之比值。流量值之比值。流量值之比值。在在在在一一
25、一一定定定定的的的的安安安安装装装装条条条条件件件件下下下下，对对对对于于于于给给给给定定定定的的的的节节节节流流流流装装装装置置置置C C C C值仅与雷诺数有关。对于节流孔板有：值仅与雷诺数有关。对于节流孔板有：值仅与雷诺数有关。对于节流孔板有：值仅与雷诺数有关。对于节流孔板有： ( ( ( (3 3 3 3- - - -9 9 9 9) ) ) )流量与压差的关系流量与压差的关系流量与压差的关系流量与压差的关系 (3-10)(3-10)(3-10)(3-10)可膨胀系数可膨胀系数可膨胀系数可膨胀系数 (3-11)(3-11)(3-11)(3-11)选择标准节流装置时直径比的确定选择标准节
26、流装置时直径比的确定选择标准节流装置时直径比的确定选择标准节流装置时直径比的确定采用的节流装置采用的节流装置采用的节流装置采用的节流装置命题，即求取的参数，如流量命题，即求取的参数，如流量命题，即求取的参数，如流量命题，即求取的参数，如流量、孔径、差压孔径、差压孔径、差压孔径、差压 确定有关已知参数的值。确定有关已知参数的值。确定有关已知参数的值。确定有关已知参数的值。当命题为求取孔径时，则应知：流量当命题为求取孔径时，则应知：流量当命题为求取孔径时，则应知：流量当命题为求取孔径时，则应知：流量、压差压差压差压差管径、密度、粘度等。求孔径管径、密度、粘度等。求孔径管径、密度、粘度等。求孔径管径
27、、密度、粘度等。求孔径d d d d时，先设时，先设时，先设时，先设 （3 3 3 3-12-12-12-12） 因因因因C C C C、未未未未知知知知，用用用用迭迭迭迭代代代代法法法法计计计计算算算算：将将将将(3-10)(3-10)(3-10)(3-10)转转转转换换换换成质量流量成质量流量成质量流量成质量流量 (3-13)(3-13)(3-13)(3-13) (3-14)(3-14)(3-14)(3-14)由雷诺数公式有：由雷诺数公式有：由雷诺数公式有：由雷诺数公式有：代入代入代入代入(3-14)(3-14)(3-14)(3-14)得：得：得：得： (3-15)(3-15)(3-15)
28、(3-15)令：令：令：令： (3-16)(3-16)(3-16)(3-16)得：得：得：得： (3(3(3(3- - - -17171717) ) ) ) 迭代步骤：迭代步骤：迭代步骤：迭代步骤：假定假定假定假定 ：对于不可压缩流体：对于不可压缩流体：对于不可压缩流体：对于不可压缩流体 ；对于可压缩流体，对于可压缩流体，对于可压缩流体，对于可压缩流体， ( ( ( (或或或或1)1)1)1)；然后假定第一；然后假定第一；然后假定第一；然后假定第一个个个个C C C C等于等于等于等于0.6060.6060.6060.606。 按式按式按式按式(3-15)(3-15)(3-15)(3-15)，
29、计算，计算，计算，计算按式按式按式按式(3-16)(3-16)(3-16)(3-16)，得第一个迭代值，得第一个迭代值，得第一个迭代值，得第一个迭代值X X X X，记为记为记为记为 按式按式按式按式(3-17)(3-17)(3-17)(3-17)，求，求，求，求 按式按式按式按式(3-11)(3-9)(3-11)(3-9)(3-11)(3-9)(3-11)(3-9)，分别求，分别求，分别求，分别求 和和和和 ，则，则，则，则 求差值求差值求差值求差值 ，则，则，则，则 作作作作第第第第二二二二次次次次假假假假定定定定，用用用用 、 作作作作为为为为第第第第二二二二个个个个假假假假定定定定值值
30、值值，重复上述步骤，直到重复上述步骤，直到重复上述步骤，直到重复上述步骤，直到 小于某规定的值为止小于某规定的值为止小于某规定的值为止小于某规定的值为止在冶金工业，常取在冶金工业，常取在冶金工业，常取在冶金工业，常取 ，n n n n4 4 4 4。对于对于对于对于 和和和和 以后的迭代值，可用具有快速收敛的弦截法公以后的迭代值，可用具有快速收敛的弦截法公以后的迭代值，可用具有快速收敛的弦截法公以后的迭代值，可用具有快速收敛的弦截法公式计算，即：式计算，即：式计算，即：式计算，即：在确定在确定在确定在确定 以后，即可确定孔径以后，即可确定孔径以后，即可确定孔径以后，即可确定孔径d d d d：
31、 最大刻度流量的确定最大刻度流量的确定最大刻度流量的确定最大刻度流量的确定流流流流量量量量分分分分为为为为：正正正正常常常常流流流流量量量量、最最最最大大大大流流流流量量量量、最最最最小小小小流流流流量量量量。最最最最小小小小流流流流量量量量一一一一般般般般为为为为正正正正常常常常流流流流量量量量的的的的30303030，或或或或最最最最大大大大流流流流量量量量的的的的25252525标准状态：标准状态：标准状态：标准状态：0000、101325101325101325101325PaPaPaPa的状态。的状态。的状态。的状态。工作状态：在操作时的状态。工作状态：在操作时的状态。工作状态：在操
32、作时的状态。工作状态：在操作时的状态。仪仪仪仪表表表表显显显显示示示示标标标标准准准准状状状状态态态态流流流流量量量量，但但但但计计计计算算算算时时时时应应应应为为为为工工工工作作作作状状状状态流量，因此需换算。态流量，因此需换算。态流量，因此需换算。态流量，因此需换算。压力损失压力损失压力损失压力损失流流流流体体体体流流流流过过过过节节节节流流流流装装装装置置置置时时时时，部部部部分分分分能能能能量量量量用用用用来来来来克克克克服服服服摩摩摩摩擦擦擦擦力和消耗于流束在其后形成的漩涡上。力和消耗于流束在其后形成的漩涡上。力和消耗于流束在其后形成的漩涡上。力和消耗于流束在其后形成的漩涡上。压力损
33、失的计算：压力损失的计算：压力损失的计算：压力损失的计算： 对于孔板，压力损失近似为：对于孔板，压力损失近似为：对于孔板，压力损失近似为：对于孔板，压力损失近似为：调节阀选择调节阀选择调节阀的工作原理及流量方程式调节阀的工作原理及流量方程式调节阀的工作原理及流量方程式调节阀的工作原理及流量方程式流量系数流量系数流量系数流量系数阻塞流阻塞流阻塞流阻塞流压力恢复和压力恢复系数压力恢复和压力恢复系数压力恢复和压力恢复系数压力恢复和压力恢复系数调节阀的可调比调节阀的可调比调节阀的可调比调节阀的可调比调节阀选择调节阀选择调节阀计算基础调节阀计算基础调节阀的工作原理调节阀的工作原理调节阀的工作原理调节阀的
34、工作原理设设设设流流流流体体体体不不不不可可可可压压压压缩缩缩缩且且且且充充充充满满满满管管管管道道道道，根根根根据据据据能能能能量量量量不不不不灭灭灭灭定定定定律律律律和和和和流流流流体体体体的的的的连连连连续续续续性性性性定定定定律律律律：通通通通过过过过阀阀阀阀的的的的体体体体积积积积流流流流量量量量与与与与阀阀阀阀的的的的有有有有效效效效流流流流通通通通截截截截面面面面积积积积和和和和通通通通过过过过阀阀阀阀前前前前后后后后的的的的压压压压差差差差的的的的平平平平方方方方根根根根成成成成正正正正比比比比，与与与与流流流流体体体体的的的的密密密密度度度度的的的的平平平平方方方方根根根根和
35、和和和阀阀阀阀的的的的阻阻阻阻力系数的平方根成反比，即：力系数的平方根成反比，即：力系数的平方根成反比，即：力系数的平方根成反比，即：流量方程式流量方程式流量方程式流量方程式 或或或或 调节阀的流量系数调节阀的流量系数调节阀的流量系数调节阀的流量系数：在给定条件下，流量系数与流量成正比在给定条件下，流量系数与流量成正比在给定条件下，流量系数与流量成正比在给定条件下，流量系数与流量成正比调节阀的流量系数与截面积成正比调节阀的流量系数与截面积成正比调节阀的流量系数与截面积成正比调节阀的流量系数与截面积成正比流量系数与阀的阻力系数的平方根成反比流量系数与阀的阻力系数的平方根成反比流量系数与阀的阻力系
36、数的平方根成反比流量系数与阀的阻力系数的平方根成反比流量系数的定义流量系数的定义流量系数的定义流量系数的定义公公公公制制制制单单单单位位位位：温温温温度度度度为为为为5 5 5 5-10-10-10-10的的的的水水水水，在在在在 PaPaPaPa的的的的压压压压降降降降下下下下，每每每每小小小小时时时时流流流流过过过过调调调调节节节节阀阀阀阀水水水水量量量量的的的的立立立立方方方方米米米米数数数数，以以以以符号符号符号符号 表示。表示。表示。表示。英英英英制制制制单单单单位位位位：温温温温度度度度为为为为 下下下下的的的的水水水水，在在在在1 1 1 1psipsipsipsi的的的的压压压
37、压降降降降下下下下，每每每每分分分分钟钟钟钟流流流流过过过过调调调调节节节节阀阀阀阀水水水水量量量量的的的的加加加加仑仑仑仑数数数数，以以以以符符符符号号号号 表示。表示。表示。表示。换算关系式：换算关系式：换算关系式：换算关系式：阻塞流阻塞流阻塞流阻塞流在在在在阀阀阀阀前前前前压压压压力力力力一一一一定定定定时时时时，通通通通过过过过阀阀阀阀的的的的流流流流量量量量随随随随阀阀阀阀上上上上压压压压降降降降的的的的增增增增大大大大而而而而增增增增大大大大，当当当当压压压压降降降降达达达达到到到到某某某某一一一一临临临临界界界界值值值值时时时时，流流流流量将达到极限值，流体的流动状态称为阻塞流量
38、将达到极限值，流体的流动状态称为阻塞流量将达到极限值，流体的流动状态称为阻塞流量将达到极限值，流体的流动状态称为阻塞流在阻塞流时，压差比在阻塞流时，压差比在阻塞流时，压差比在阻塞流时，压差比X(X(X(X(即即即即 ) ) ) ) 达到了极限值，即临界压差比。通常产生阻塞达到了极限值，即临界压差比。通常产生阻塞达到了极限值，即临界压差比。通常产生阻塞达到了极限值，即临界压差比。通常产生阻塞流的临界压差比流的临界压差比流的临界压差比流的临界压差比 在阻塞流情况下，计算在阻塞流情况下，计算在阻塞流情况下，计算在阻塞流情况下，计算C C C C值时，对不可压缩流值时，对不可压缩流值时，对不可压缩流值
39、时，对不可压缩流体、低雷诺数流体、可压缩流体需进行修正体、低雷诺数流体、可压缩流体需进行修正体、低雷诺数流体、可压缩流体需进行修正体、低雷诺数流体、可压缩流体需进行修正 压力恢复和压力恢复系数压力恢复和压力恢复系数压力恢复和压力恢复系数压力恢复和压力恢复系数流体通过节流孔时流束截面积最小，流速最大，流体通过节流孔时流束截面积最小，流速最大，流体通过节流孔时流束截面积最小，流速最大，流体通过节流孔时流束截面积最小，流速最大，静压力最低，以后流束截面逐渐扩大，流速减静压力最低，以后流束截面逐渐扩大，流速减静压力最低，以后流束截面逐渐扩大，流速减静压力最低，以后流束截面逐渐扩大，流速减缓，压力逐渐恢
40、复达到阀后压力缓，压力逐渐恢复达到阀后压力缓，压力逐渐恢复达到阀后压力缓，压力逐渐恢复达到阀后压力压力恢复系数为阀全开时压力恢复的程度。压力恢复系数为阀全开时压力恢复的程度。压力恢复系数为阀全开时压力恢复的程度。压力恢复系数为阀全开时压力恢复的程度。对不可压缩流体，在非阻塞流工况下：对不可压缩流体，在非阻塞流工况下：对不可压缩流体，在非阻塞流工况下：对不可压缩流体，在非阻塞流工况下： 对不可压缩流体，在阻塞流工况下：对不可压缩流体，在阻塞流工况下：对不可压缩流体，在阻塞流工况下：对不可压缩流体，在阻塞流工况下：或或或或 阀内压力恢复示意图阀内压力恢复示意图( (a)a)管道内流束的形状管道内流
41、束的形状( (b)b)流束压力变化曲线流束压力变化曲线 1 1一调节阀，一调节阀，2 2一流向，一流向，3 3一管道，一管道， 4 4未考虑压力恢复的压降曲线未考虑压力恢复的压降曲线 5 5一双座阀的压力恢复曲线；一双座阀的压力恢复曲线； 6 6球阀的压力恢复曲线球阀的压力恢复曲线 可调比可调比可调比可调比阀所能调节的最大流量和最小流量的比值。阀所能调节的最大流量和最小流量的比值。阀所能调节的最大流量和最小流量的比值。阀所能调节的最大流量和最小流量的比值。理想可调比：理想可调比：理想可调比：理想可调比：当调节阀两端压差不变。当调节阀两端压差不变。当调节阀两端压差不变。当调节阀两端压差不变。希望
42、理想可调比越大越好。但由于受阀芯结构希望理想可调比越大越好。但由于受阀芯结构希望理想可调比越大越好。但由于受阀芯结构希望理想可调比越大越好。但由于受阀芯结构和加工工艺的限制，和加工工艺的限制，和加工工艺的限制，和加工工艺的限制， 不能太小不能太小不能太小不能太小 实实实实际际际际可可可可调调调调比比比比：调调调调节节节节阀阀阀阀实实实实际际际际控控控控制制制制的的的的最最最最大大大大和和和和最最最最小小小小流流流流量的比值量的比值量的比值量的比值串串串串联联联联管管管管道道道道：在在在在管管管管道道道道系系系系统统统统的的的的总总总总压压压压降降降降一一一一定定定定时时时时，随随随随着着着着流
43、流流流量量量量的的的的增增增增加加加加，串串串串联联联联管管管管路路路路的的的的阻阻阻阻力力力力损损损损失失失失增增增增大大大大，调调调调节节节节阀阀阀阀上上上上的的的的压压压压降降降降减减减减小小小小，使使使使调调调调节节节节阀阀阀阀的的的的最最最最大大大大流流流流量量量量减减减减小小小小。即串联管道调节阀的实际可调比降低。即串联管道调节阀的实际可调比降低。即串联管道调节阀的实际可调比降低。即串联管道调节阀的实际可调比降低。串联管道的实际可调比为：串联管道的实际可调比为：串联管道的实际可调比为：串联管道的实际可调比为： s s s s值越小，实际可调比越小。在实际应用中，值越小，实际可调比越
44、小。在实际应用中，值越小，实际可调比越小。在实际应用中，值越小，实际可调比越小。在实际应用中，为确保调节阀的可调比，阀全开时的压降应在为确保调节阀的可调比，阀全开时的压降应在为确保调节阀的可调比，阀全开时的压降应在为确保调节阀的可调比，阀全开时的压降应在管路系统中占有一定比例，管路系统中占有一定比例，管路系统中占有一定比例，管路系统中占有一定比例， s s s s常取常取常取常取0.30.30.30.3-0.6-0.6-0.6-0.6。 并联管道并联管道并联管道并联管道 实际可调比实际可调比实际可调比实际可调比旁路程度旁路程度旁路程度旁路程度可调比可调比可调比可调比调节阀的流量特性调节阀的流量
45、特性流量特性流量特性流量特性流量特性理想流量特性理想流量特性理想流量特性理想流量特性工作流量特性工作流量特性工作流量特性工作流量特性改变调节阀的开度，即改变阀的流通截面及流改变调节阀的开度，即改变阀的流通截面及流改变调节阀的开度，即改变阀的流通截面及流改变调节阀的开度，即改变阀的流通截面及流量，从而改变管道的系统阻力及阀前后的压差量，从而改变管道的系统阻力及阀前后的压差量，从而改变管道的系统阻力及阀前后的压差量，从而改变管道的系统阻力及阀前后的压差调节阀的流量特性调节阀的流量特性指流体流过阀门的相对流量和相对开度之间的指流体流过阀门的相对流量和相对开度之间的指流体流过阀门的相对流量和相对开度之
46、间的指流体流过阀门的相对流量和相对开度之间的函数关系。函数关系。函数关系。函数关系。理想流量特性理想流量特性理想流量特性理想流量特性直线流量特性直线流量特性直线流量特性直线流量特性( ( ( (曲线曲线曲线曲线a)a)a)a) 调节阀的单位相对开度的变化所引起的相对流调节阀的单位相对开度的变化所引起的相对流调节阀的单位相对开度的变化所引起的相对流调节阀的单位相对开度的变化所引起的相对流量的变化是常数。量的变化是常数。量的变化是常数。量的变化是常数。对数流量特性对数流量特性( (曲线曲线b)b) 调节阀单位相对开度的变化所引起的相对流量调节阀单位相对开度的变化所引起的相对流量调节阀单位相对开度的
47、变化所引起的相对流量调节阀单位相对开度的变化所引起的相对流量的变化和此点的相对流量成正比。的变化和此点的相对流量成正比。的变化和此点的相对流量成正比。的变化和此点的相对流量成正比。 积分得：或积分得：或积分得：或积分得：或 放大系数：放大系数：放大系数：放大系数：抛物线流量特性抛物线流量特性抛物线流量特性抛物线流量特性( ( ( (曲线曲线曲线曲线c)c)c)c) 阀的相对流量与相对开度的平方根成正比阀的相对流量与相对开度的平方根成正比阀的相对流量与相对开度的平方根成正比阀的相对流量与相对开度的平方根成正比 积分得：积分得：积分得：积分得： 放大系数：放大系数：放大系数：放大系数：快开流量特性
48、快开流量特性快开流量特性快开流量特性( ( ( (曲线曲线曲线曲线d)d)d)d) 在阀开度很小时，将流量放大，随开度的增加，在阀开度很小时，将流量放大，随开度的增加，在阀开度很小时，将流量放大，随开度的增加，在阀开度很小时，将流量放大，随开度的增加，流量很快达到最大值。适用于迅速启闭的切断流量很快达到最大值。适用于迅速启闭的切断流量很快达到最大值。适用于迅速启闭的切断流量很快达到最大值。适用于迅速启闭的切断阀或双位控制系统。阀或双位控制系统。阀或双位控制系统。阀或双位控制系统。 积分得：积分得：积分得：积分得： 其放大系数为：其放大系数为：其放大系数为：其放大系数为： 工作流量特性工作流量特
49、性串联管道的工作流量特性串联管道的工作流量特性串联管道的工作流量特性串联管道的工作流量特性 阀与管道串联时，在总压降一定时阀上的压降阀与管道串联时，在总压降一定时阀上的压降阀与管道串联时，在总压降一定时阀上的压降阀与管道串联时，在总压降一定时阀上的压降随流量而变化。随流量而变化。随流量而变化。随流量而变化。当阀全关时：当阀全关时：当阀全关时：当阀全关时：当阀全开时：当阀全开时：当阀全开时：当阀全开时：串联管道时的工作流量特性曲线串联管道时的工作流量特性曲线串联管道时的工作流量特性曲线串联管道时的工作流量特性曲线当管道阻力损失为零时当管道阻力损失为零时当管道阻力损失为零时当管道阻力损失为零时s
50、s s s1 1 1 1，系统总压降全部，系统总压降全部，系统总压降全部，系统总压降全部落在调节阀上，工作流量特性与理想特性一致落在调节阀上，工作流量特性与理想特性一致落在调节阀上，工作流量特性与理想特性一致落在调节阀上，工作流量特性与理想特性一致随管道阻力损失增加，随管道阻力损失增加，随管道阻力损失增加，随管道阻力损失增加，s s s s值减小，阀全开时流值减小，阀全开时流值减小，阀全开时流值减小，阀全开时流量减少，实际可调比也减小；量减少，实际可调比也减小；量减少，实际可调比也减小；量减少，实际可调比也减小；随着随着随着随着s s s s值减小，流量特性曲线发生畸变。值减小，流量特性曲线发
51、生畸变。值减小，流量特性曲线发生畸变。值减小，流量特性曲线发生畸变。并联管道的工作流量特性并联管道的工作流量特性并联管道的工作流量特性并联管道的工作流量特性旁路阀全关时旁路阀全关时旁路阀全关时旁路阀全关时B B B B1 1 1 1，工作特性为理想特性，工作特性为理想特性，工作特性为理想特性，工作特性为理想特性旁路阀逐渐开启，旁路流量增加，旁路阀逐渐开启，旁路流量增加，旁路阀逐渐开启，旁路流量增加，旁路阀逐渐开启，旁路流量增加，B B B B值减小，值减小，值减小，值减小，可调比下降。可调比下降。可调比下降。可调比下降。希望希望希望希望B B B B值不低于值不低于值不低于值不低于0.50.5
52、0.50.5，最好不低于，最好不低于，最好不低于，最好不低于0.80.80.80.8 调节阀口径计算调节阀口径计算调节阀流量系数的计算调节阀流量系数的计算调节阀流量系数的计算调节阀流量系数的计算平均密度修正公式平均密度修正公式平均密度修正公式平均密度修正公式 调节阀口径的选定调节阀口径的选定调节阀口径的选定调节阀口径的选定阀径计算步骤：阀径计算步骤：阀径计算步骤：阀径计算步骤：根根根根据据据据工工工工艺艺艺艺专专专专业业业业委委委委托托托托条条条条件件件件，初初初初选选选选阀阀阀阀的的的的形形形形式式式式、流流流流向向向向及流量特性，确定及流量特性，确定及流量特性，确定及流量特性，确定 值的计
53、算方法值的计算方法值的计算方法值的计算方法确定计算确定计算确定计算确定计算 值的各参数值。值的各参数值。值的各参数值。值的各参数值。判别工况是阻塞流还是非阻塞流。判别工况是阻塞流还是非阻塞流。判别工况是阻塞流还是非阻塞流。判别工况是阻塞流还是非阻塞流。选定合适的选定合适的选定合适的选定合适的 值计算公式，计算值计算公式，计算值计算公式，计算值计算公式，计算 值。值。值。值。按按按按圆圆圆圆整整整整的的的的 值值值值在在在在所所所所选选选选阀阀阀阀型型型型的的的的标标标标准准准准系系系系列列列列中中中中，找与找与找与找与 靠近的额定值。靠近的额定值。靠近的额定值。靠近的额定值。校验，进行压力、压
54、差、开度和可调比校验校验，进行压力、压差、开度和可调比校验校验，进行压力、压差、开度和可调比校验校验，进行压力、压差、开度和可调比校验计算参数的确定计算参数的确定计算参数的确定计算参数的确定最大工作流量：若最大工作流量：若最大工作流量：若最大工作流量：若 选得过小，不能满足生选得过小，不能满足生选得过小，不能满足生选得过小，不能满足生产要求；若选得过大，将使调节阀经常处于小产要求；若选得过大，将使调节阀经常处于小产要求；若选得过大，将使调节阀经常处于小产要求；若选得过大，将使调节阀经常处于小开度下工作，可调范围变小，严重时会引起系开度下工作，可调范围变小，严重时会引起系开度下工作，可调范围变小
55、，严重时会引起系开度下工作，可调范围变小，严重时会引起系统振荡、噪声、不稳定和降低阀芯的寿命统振荡、噪声、不稳定和降低阀芯的寿命统振荡、噪声、不稳定和降低阀芯的寿命统振荡、噪声、不稳定和降低阀芯的寿命最大工作流量，由工艺根据设备生产能力物料最大工作流量，由工艺根据设备生产能力物料最大工作流量，由工艺根据设备生产能力物料最大工作流量，由工艺根据设备生产能力物料平衡计算得到，同时考虑其它因素后确定。一平衡计算得到，同时考虑其它因素后确定。一平衡计算得到，同时考虑其它因素后确定。一平衡计算得到，同时考虑其它因素后确定。一般取正常流量的般取正常流量的般取正常流量的般取正常流量的1.251.251.25
56、1.25-2-2-2-2倍倍倍倍计算参数的确定计算参数的确定计算参数的确定计算参数的确定阀上压差，关系到阀径计算选定的正确性、控阀上压差，关系到阀径计算选定的正确性、控阀上压差，关系到阀径计算选定的正确性、控阀上压差，关系到阀径计算选定的正确性、控制特性的好坏和设备动力消耗的经济性。制特性的好坏和设备动力消耗的经济性。制特性的好坏和设备动力消耗的经济性。制特性的好坏和设备动力消耗的经济性。确定压差时从节省能耗和工艺设备投资考虑，确定压差时从节省能耗和工艺设备投资考虑，确定压差时从节省能耗和工艺设备投资考虑，确定压差时从节省能耗和工艺设备投资考虑，希望阀上的阻力损失尽可能小。希望阀上的阻力损失尽
57、可能小。希望阀上的阻力损失尽可能小。希望阀上的阻力损失尽可能小。从阀的工作流量特性考虑，必须使阀在系统中从阀的工作流量特性考虑，必须使阀在系统中从阀的工作流量特性考虑，必须使阀在系统中从阀的工作流量特性考虑，必须使阀在系统中占有一定的压差，以保证调节阀的调节性能。占有一定的压差，以保证调节阀的调节性能。占有一定的压差，以保证调节阀的调节性能。占有一定的压差，以保证调节阀的调节性能。阀上压差的确定方法阀上压差的确定方法阀上压差的确定方法阀上压差的确定方法 按管路系统的压差比来确定阀上的压差按管路系统的压差比来确定阀上的压差按管路系统的压差比来确定阀上的压差按管路系统的压差比来确定阀上的压差 或或
58、或或 按管路系统中阀前后定压点的压差确定按管路系统中阀前后定压点的压差确定按管路系统中阀前后定压点的压差确定按管路系统中阀前后定压点的压差确定 定压点：该点压力不随流量的变化而变化定压点：该点压力不随流量的变化而变化定压点：该点压力不随流量的变化而变化定压点：该点压力不随流量的变化而变化阀前定压点压力为阀前定压点压力为阀前定压点压力为阀前定压点压力为 阀后定压点压力为阀后定压点压力为阀后定压点压力为阀后定压点压力为 ，则：，则：，则：，则：已知原动机的特性和管路系统的阻力变化特性已知原动机的特性和管路系统的阻力变化特性已知原动机的特性和管路系统的阻力变化特性已知原动机的特性和管路系统的阻力变化
59、特性已知最大流量时管路的阻损已知最大流量时管路的阻损已知最大流量时管路的阻损已知最大流量时管路的阻损, , , ,及管路起点的最及管路起点的最及管路起点的最及管路起点的最小压力，则阀的压差：小压力，则阀的压差：小压力，则阀的压差：小压力，则阀的压差：要求阀后保持恒压的系统，已知管路中阀前最要求阀后保持恒压的系统，已知管路中阀前最要求阀后保持恒压的系统，已知管路中阀前最要求阀后保持恒压的系统，已知管路中阀前最小压力和控制器整定值的范围，则阀的压差小压力和控制器整定值的范围，则阀的压差小压力和控制器整定值的范围，则阀的压差小压力和控制器整定值的范围，则阀的压差： 已知最小流量，阀的开度最小，阀压差
60、为已知最小流量，阀的开度最小，阀压差为已知最小流量，阀的开度最小，阀压差为已知最小流量，阀的开度最小，阀压差为 ，已知最大流量，则：，已知最大流量，则：，已知最大流量，则：，已知最大流量，则：根据工艺管道的直径来估算阀径：根据工艺管道的直径来估算阀径：根据工艺管道的直径来估算阀径：根据工艺管道的直径来估算阀径：开度验算：开度验算：开度验算：开度验算：在在在在 时，开度为时，开度为时，开度为时，开度为90909090。过小则。过小则。过小则。过小则可调范围缩小，阀门口径偏大，调节特性变差。可调范围缩小，阀门口径偏大，调节特性变差。可调范围缩小，阀门口径偏大，调节特性变差。可调范围缩小，阀门口径偏
61、大，调节特性变差。最小开度不小于最小开度不小于最小开度不小于最小开度不小于1 1 1 10 0 0 0，否则流体对阀芯、阀座否则流体对阀芯、阀座否则流体对阀芯、阀座否则流体对阀芯、阀座冲蚀严重，致使特性变坏，甚至调节失灵。冲蚀严重，致使特性变坏，甚至调节失灵。冲蚀严重，致使特性变坏，甚至调节失灵。冲蚀严重，致使特性变坏，甚至调节失灵。全全全全行行行行程程程程偏偏偏偏差差差差( ( ( (不不不不带带带带定定定定位位位位器器器器为为为为-4-4-4-4，带带带带定定定定位位位位器器器器为为为为- - - -1 1 1 1) ) ) )和流量系数偏差和流量系数偏差和流量系数偏差和流量系数偏差( (
62、 ( (-10-10-10-10) ) ) )不带定位器：直线特性不带定位器：直线特性不带定位器：直线特性不带定位器：直线特性 对数特性对数特性对数特性对数特性带定位器：直线特性带定位器：直线特性带定位器：直线特性带定位器：直线特性对数特性对数特性对数特性对数特性 开度验算开度验算开度验算开度验算阀与管路串联时，设开度阀与管路串联时，设开度阀与管路串联时，设开度阀与管路串联时，设开度直线特性阀：直线特性阀：直线特性阀：直线特性阀：对数特性阀：对数特性阀：对数特性阀：对数特性阀：可调比的验算可调比的验算可调比的验算可调比的验算调节阀的理想可调比一般为调节阀的理想可调比一般为调节阀的理想可调比一般
63、为调节阀的理想可调比一般为30303030，但在实际运行，但在实际运行，但在实际运行，但在实际运行中受工作特性的影响，是难以达到理想值的，中受工作特性的影响，是难以达到理想值的，中受工作特性的影响，是难以达到理想值的，中受工作特性的影响，是难以达到理想值的，同时工作开度并不是从全关到全开，而是在同时工作开度并不是从全关到全开，而是在同时工作开度并不是从全关到全开，而是在同时工作开度并不是从全关到全开，而是在 10101010-90-90-90-90的范围内工作。的范围内工作。的范围内工作。的范围内工作。实际可调比只能达到实际可调比只能达到实际可调比只能达到实际可调比只能达到10101010左右
64、，验算时取左右，验算时取左右，验算时取左右，验算时取R=10R=10R=10R=10，得实际可调比：得实际可调比：得实际可调比：得实际可调比： 计算举例计算举例步进式加热炉过程控制系统步进式加热炉过程控制系统步进式加热炉用于加热高合金钢、易脱碳钢或步进式加热炉用于加热高合金钢、易脱碳钢或步进式加热炉用于加热高合金钢、易脱碳钢或步进式加热炉用于加热高合金钢、易脱碳钢或坯料较厚较长的普碳钢，燃料为煤气和重油。坯料较厚较长的普碳钢，燃料为煤气和重油。坯料较厚较长的普碳钢，燃料为煤气和重油。坯料较厚较长的普碳钢，燃料为煤气和重油。加热炉设预热段、加热段和均热段。各段的设加热炉设预热段、加热段和均热段。
65、各段的设加热炉设预热段、加热段和均热段。各段的设加热炉设预热段、加热段和均热段。各段的设定值不同，并和生产率之间实现动态平衡。为定值不同，并和生产率之间实现动态平衡。为定值不同，并和生产率之间实现动态平衡。为定值不同，并和生产率之间实现动态平衡。为保证轧制要求的温度和坯料表面与中心温度差保证轧制要求的温度和坯料表面与中心温度差保证轧制要求的温度和坯料表面与中心温度差保证轧制要求的温度和坯料表面与中心温度差尽量小，坯料在均热段的停尽量小，坯料在均热段的停尽量小，坯料在均热段的停尽量小，坯料在均热段的停留时留时留时留时间要足够长。间要足够长。间要足够长。间要足够长。加热炉的过程控制主要包括各加热段
66、的温度控加热炉的过程控制主要包括各加热段的温度控加热炉的过程控制主要包括各加热段的温度控加热炉的过程控制主要包括各加热段的温度控制，燃料燃烧的空燃比控制，炉膛压力控制，制，燃料燃烧的空燃比控制，炉膛压力控制，制，燃料燃烧的空燃比控制，炉膛压力控制，制，燃料燃烧的空燃比控制，炉膛压力控制，热风压力及热风温度控制等。热风压力及热风温度控制等。热风压力及热风温度控制等。热风压力及热风温度控制等。加热炉温度控制系统加热炉温度控制系统炉炉炉炉温温温温控控控控制制制制采采采采用用用用的的的的是是是是煤煤煤煤气气气气流流流流量量量量和和和和空空空空气气气气流流流流量量量量比比比比值值值值调调调调节节节节为为
67、为为内内内内环环环环，炉炉炉炉温温温温调调调调节节节节为为为为外外外外环环环环的的的的串串串串级级级级控控控控制制制制系系系系统统统统。温温温温度度度度调调调调节节节节器器器器的的的的输输输输出出出出为为为为煤煤煤煤气气气气流流流流量量量量给给给给定定定定和和和和对对对对应应应应的的的的空空空空气流量给定。气流量给定。气流量给定。气流量给定。 流量检测元件为孔板，调节阀为蝶阀。孔板检流量检测元件为孔板，调节阀为蝶阀。孔板检流量检测元件为孔板，调节阀为蝶阀。孔板检流量检测元件为孔板，调节阀为蝶阀。孔板检测的压力差经差压变送器，变换为测的压力差经差压变送器，变换为测的压力差经差压变送器，变换为测的
68、压力差经差压变送器，变换为4 4 4 4-20mA-20mA-20mA-20mA的标的标的标的标准信号，经开方运算变换为流量，调节器输出准信号，经开方运算变换为流量，调节器输出准信号，经开方运算变换为流量，调节器输出准信号，经开方运算变换为流量，调节器输出信号给电动执行器或气动执行机构控制蝶阀。信号给电动执行器或气动执行机构控制蝶阀。信号给电动执行器或气动执行机构控制蝶阀。信号给电动执行器或气动执行机构控制蝶阀。温度、流量、压力调节、燃料燃烧控制等控制温度、流量、压力调节、燃料燃烧控制等控制温度、流量、压力调节、燃料燃烧控制等控制温度、流量、压力调节、燃料燃烧控制等控制算法均由算法均由算法均由
69、算法均由DCSDCSDCSDCS完成。完成。完成。完成。 角接取压标准孔板计算角接取压标准孔板计算已知条件：已知条件：已知条件：已知条件：被测流体：空气；最大流量：被测流体：空气；最大流量：被测流体：空气；最大流量：被测流体：空气；最大流量：常用流量；常用流量；常用流量；常用流量；3238 (3238 (3238 (3238 (标况标况标况标况) ) ) )；最小流量：最小流量：最小流量：最小流量：标准状态：标准状态：标准状态：标准状态：0000、101325101325101325101325PaPaPaPa；工作压力：工作压力：工作压力：工作压力：p p p p9000Pa9000Pa90
70、00Pa9000Pa；平均温度：平均温度：平均温度：平均温度：t t t t450450450450当地大气压：当地大气压：当地大气压：当地大气压：相对湿度：相对湿度：相对湿度：相对湿度：标准状态下介质密度：标准状态下介质密度：标准状态下介质密度：标准状态下介质密度：被测介质动力粘度：被测介质动力粘度：被测介质动力粘度：被测介质动力粘度：等墒指数：等墒指数：等墒指数：等墒指数：k k k k1.41.41.41.4；管道口径：管道口径：管道口径：管道口径：D D D D0.478m0.478m0.478m0.478m；管道粗糙度：管道粗糙度：管道粗糙度：管道粗糙度：K K K K0.10.10
71、.10.1解：解：解：解：工作绝对温度：工作绝对温度：工作绝对温度：工作绝对温度： 工作绝对压力：工作绝对压力：工作绝对压力：工作绝对压力：工况空气密度：工况空气密度：工况空气密度：工况空气密度：管道相对粗糙度：管道相对粗糙度：管道相对粗糙度：管道相对粗糙度：求工况体积流量：求工况体积流量：求工况体积流量：求工况体积流量：雷诺数：雷诺数：雷诺数：雷诺数：计算不变数：计算不变数：计算不变数：计算不变数：求：求：求：求：由：由：由：由：得：得：得：得：计算孔径：计算孔径：计算孔径：计算孔径：流量验算：流量验算：流量验算：流量验算：相对误差：相对误差：相对误差：相对误差：作业布置：作业布置：习题：习题：3.13.1、3.23.2 本章结束本章结束
