调节阀口径选择原理
序言
本论文起因于解决本溪钢铁公司特殊钢厂605轧钢加热炉（1号）温度自动控制的难点。
1984年该炉大修添加了计算机控制，由北京科技大学设计。本人于1986年6月中参加冶金系统自动化学术年会得知，因为尚未见过这种计算机，于8月中前去参观学习。该厂计算站控制组组长A陪同参观。A告诉我：“温度控制系统尚未投入自动，因为打到自动就产生振荡。人工状态下，实测调节阀为快开特性。”我说：“在炉顶上我看到全部调节阀口径都偏大，有的调节阀口径比管道口径稍小，有的调节阀口径与管道口径相同。表现为快开特性是必然的。” A问：“调节阀口径应该如何选择呢？”我答道：“这不是一、两句话能说清的。如果你有兴趣，请到我院去一趟。给你介绍一些资料，自己看一看就会选择口径了。”十几天后他来热能研究院找我，我给他找了两本书，并做了详细解说。但是他说：“此事我们向厂长做了汇报，厂长决定请你帮助解决。”经过两个月的调查、计算和设计施工，又经过6个月的生产考验，厂方满怀信心地向省级主管部门申请验收。改造前后管道和蝶阀参数如表0.1所列。

表0.1改造前后管道内径和蝶阀口径 [mm]
    煤气管道    空气管道
        改造前    改造后        改造前    改造后
    管内径    阀口径    S值    阀口径    S值    管内径    阀口径    S值    阀口径    S值
均热段    265    200    0.011    80    0.31    472    450    0.009    200    0.43
加热段上    265    200    0.011    80    0.31    472    450    0.033    200    0.43
加热段侧    265    250    0.008    80    0.43    523    500    0.037    250    0.32
加热段下    265    250    0.008    80    0.43    523    500    0.028    250    0.28
预热段    265    250    0.019    100    0.43    523    500    0.010    350    0.19
注：S值是调节阀应用的重要指标，在§2.2中说明。

第二年（具体时间已经忘记了）辽宁省组成的验收团来厂实测验收。炉温控制是测试项目之一。方法是在均热段稳定在1250℃时，给定值向上、向下50℃阶越，反复三次，观察返回给定1250℃的稳态值。测试结果：返回1250℃状态最大偏差6℃。
现在早已退休，此生平庸，遗憾颇多，惟有20年前的这件事算是“得意之作”。重新整理一下，也许对后人有用。

§1  炉温控制系统
一轧车间1号炉共有5个温度控制系统。均为复杂的串级调节回路。煤气与热空气各自有独立的流量副环，用以克服管网压力波动对温度控制的干扰。煤气与热空气之间组成双交叉的比例控制系统，其比例系数受烟气含氧量控制。煤气控制器的给定值就是温度控制器的输出值。为了便于分析，略去比值控制及双交叉控制部分，则成为以温度控制器为主控制器，煤气流量控制器为副控制器的串级控制系统。如图1.1所示。
 
图1.1简化后的炉膛温度串级控制系统

该系统投入自动运行后，经常发生不衰减的振荡。撤消串级，仅把副环投入自动，按PI控制运行。其比例带必须很宽、积分时间必须很长，尚可稳定运行。因而流量定值跟随速度很慢，无法满足双交叉控制的要求，只好解除主、副环自动，改用人工控制。人工改变调节阀开度流量时，发现5个煤气调节阀、5个空气调节阀均属快开特性。

对于图1.1所示系统，按照信号传递关系，可以展开成图1.2所示的信号传递系统图。
 
图1.2温度串级控制系统的信号传递系统图。
    
图1.2中的符号含义：
θd：温度给定值。
i1：温度定值器的输出信号。
i4：温度变送器的输出信号。
e1：温度控制器的输入信号＝ i1 – i4。
i2：温度控制器的输出信号。
q ：流量控制器的输出信号＝调节阀输出的相对流量。
θ：受控对象的输出信号＝炉膛的相对温度。
fP：煤气与热空气压力波动干扰量。
fθ：炉温波动干扰量，由炉门开启、进料量变化引起。

流量控制副环：见图1.3
 
图1.3煤气（空气）流量控制系统（副环）
图1.3中的符号含义：
i2：流量副环输入的给定值信号＝温度控制器的输出信号。
e2：流量控制器的输入信号＝ i2 – i5。
K２：流量控制器的比例系数。
Ti２：流量控制器的积分时间，秒。
i3：流量控制器的输出信号。
e3：执行器的输入信号＝ i3 – i6。
i6：执行器的位置反馈信号。
K3：执行器的放大系数＝执行器全行程所需时间的倒数。
φ：执行器的输出动作＝调节阀的相对行程。
K4：调节阀的相对流量响应＝调节阀的实际工作特性。
T4：流体在调节阀负载（管道和燃烧器）中的延迟时间，秒。
q ：调节阀输出的流量信号＝相对流量。
K5：流量变送器的放大系数＝１。
T5：流量变送器的时间常数＜１秒。
i５：流量变送器的输出信号。
fP：煤气与热空气压力波动干扰量。

这里所描述的执行器，以电子执行器为依托。电子执行器的输入回路相当于一个具有死区的继电器，死区宽度可以人工设置，通常是1.5%(0.24毫安)。当e3＞-0.24毫安、e3 ＝０、e3＜0.24毫安时，执行器无动作，当e3≥0.24毫安时执行器匀速运动。当执行器