1．調(diào)節(jié)閥的發(fā)展歷史
調(diào)節(jié)閥的發(fā)展與工業(yè)生產(chǎn)過程的發(fā)展密切相關(guān)。遠古時期，人們?yōu)榱苏{(diào)節(jié)河流或小溪的水流量，采用大石塊或樹干來阻止水的流動或改變水的流動方向。埃及和希臘文明發(fā)明了幾種原始的閥門類型，用于農(nóng)作物灌溉等。但是，普遍*是古羅馬人為了農(nóng)作物灌溉而開發(fā)了相當(dāng)復(fù)雜的水系統(tǒng)，采用旋塞閥和柱塞閥，并使用止逆閥防止水的逆流。文藝復(fù)興時期，在藝術(shù)家和發(fā)明家達.芬奇(LeonardodaVinc)設(shè)計的溝渠、灌溉項目和其他大型水力系統(tǒng)項目中使用了閥門，他的許多技術(shù)方案現(xiàn)在仍實際存在。閥門工業(yè)的現(xiàn)代歷史與工業(yè)革命并行，隨著工業(yè)革命的深入，1705年，紐康曼(ThomasNewcomen)發(fā)明*臺工業(yè)蒸汽發(fā)動機，對蒸汽發(fā)動機的運行提出了控制要求，瓦特(JamesWatt)發(fā)明了*臺調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的控制器，其后，對流體流量的控制越來越被人們重視。zui早的調(diào)節(jié)閥是1880年由WilliamFisher制造的泵調(diào)節(jié)器，這是一種帶重錘的自力式調(diào)節(jié)閥，當(dāng)閥后壓力增大時，在重錘作用下，使調(diào)節(jié)閥開度減小，從而達到穩(wěn)定壓力的控制效果。
在20世紀20～30年代，調(diào)節(jié)閥以閥體形狀為球形的球形閥(ballvalve)為主，其后，以V形缺口(V-notch)的單座(single—port)和雙座(double-ported)調(diào)節(jié)閥(globevalve)問世。40年代相繼出現(xiàn)適用于高壓介質(zhì)的角形調(diào)節(jié)閥(anglevalve)、用于腐蝕性介質(zhì)的隔膜調(diào)節(jié)閥(barrierdiaphragmvalve)和用于大流量應(yīng)用的蝶閥(butterflyvalve)等，并研制了閥門定位器(valvepositioner)等產(chǎn)品o 1949年在德國Leverkusen成立了化學(xué)和石化工業(yè)的*個專業(yè)協(xié)會——測量與控制標準協(xié)會NAMUR(NormenArbeitsgemein—schaftMeb-UndRegeltechnik)，并開展標準的制定工作。50~60年代出現(xiàn)了三通調(diào)節(jié)閥(three-wayvalve)，用于配比控制和旁路控制，也進一步展開對球閥的研究，出現(xiàn)了適用于大壓差和降低噪聲的套筒調(diào)節(jié)閥(cagevalve)。70年代套筒調(diào)節(jié)閥被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的控制，研制的偏心旋轉(zhuǎn)閥(eccentricplugvalve)成為角行程調(diào)節(jié)閥的*。偏心旋轉(zhuǎn)閥具有良好的密封性、大的流通能力，可應(yīng)用于較大壓差場合。80年代開始，各種精小型調(diào)節(jié)閥誕生，它對調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)進行的改革使調(diào)節(jié)閥的重量和高度下降，流通能力提高。90年代開始，隨著計算機控制裝置的廣泛應(yīng)用，對智能調(diào)節(jié)閥的要求也越來越強烈，相繼誕生各種智能電氣閥門定位器和帶智能閥門定位器的現(xiàn)場總線調(diào)節(jié)閥。2l世紀初，現(xiàn)場總線調(diào)節(jié)閥得到應(yīng)用，隨著控制功能的下移，對調(diào)節(jié)閥的要求也越來越高。
調(diào)節(jié)閥與工業(yè)生產(chǎn)過程控制的發(fā)展同步進行。為提高控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)，對組成控制系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)提出了更高要求。例如，對檢測元件和變送器要求有更高的檢測和變送度，要有更快的響應(yīng)和更高的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性；對調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行器要求有更小的死區(qū)和摩擦，有更好的復(fù)現(xiàn)性和更短的響應(yīng)時間，并能夠提供補償對象非線性的流量特性等。同時，由于工業(yè)生產(chǎn)過程的大型化和精細化，對調(diào)節(jié)閥等也提出了更高要求。
2．我國調(diào)節(jié)閥的現(xiàn)狀
我國調(diào)節(jié)閥工業(yè)生產(chǎn)的起步較晚。在20世紀60年代開始研制單座閥、雙座閥等產(chǎn)品，主要是仿制前蘇聯(lián)的產(chǎn)品。由于機械工業(yè)落后，機械加工精度低，因此，產(chǎn)品泄漏量較大，但尚能滿足當(dāng)時工業(yè)生產(chǎn)過程的一般控制要求。70年代開始，隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大，工業(yè)過程控制要求的提高，一些調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品已不能適應(yīng)生產(chǎn)過程控制的要求，例如對高壓力、高壓降、低溫、高溫和腐蝕等介質(zhì)的控制要求。為此，一些大型石油化工企業(yè)在引進設(shè)備的同時，也引進了一些調(diào)節(jié)閥，例如帶平衡閥芯的套筒閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等，為國內(nèi)的調(diào)節(jié)閥制造廠商指明了開發(fā)方向。因此，70年代后期，一些制造廠已開始仿制偏心旋轉(zhuǎn)閥等產(chǎn)品o80年代開始，隨著我國改革開放政策的貫徹和落實，一些調(diào)節(jié)閥制造廠引進了國外調(diào)節(jié)閥廠商的技術(shù)和產(chǎn)品，使我國調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品的品種和質(zhì)量得到明顯提高。例如，生產(chǎn)出各種類型的套筒閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥，并開始研制精小型調(diào)節(jié)閥。隨著大型電站等工業(yè)項目，的進行，也研制了各種電液執(zhí)行機構(gòu)、長行程執(zhí)行機構(gòu)等執(zhí)行機構(gòu)，以適應(yīng)大推力和大推力矩、長行程等控制要求。90年代開始，我國的調(diào)節(jié)閥工業(yè)也在引進和消化國外的*技術(shù)后開始飛速發(fā)展，一些合資和外資的調(diào)節(jié)閥生產(chǎn)廠相繼生產(chǎn)有特色的產(chǎn)品，*了一些特殊工業(yè)控制的空白，使我國調(diào)節(jié)閥工業(yè)的水平大大提高，縮短了與國外的差距。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用，在2l世紀初，采用現(xiàn)場總線技術(shù)的調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品問世，國外一些現(xiàn)場總線的調(diào)節(jié)閥和相關(guān)的產(chǎn)品，例如智能閥門定位器等，開始在國內(nèi)一些新建工程中應(yīng)用，國內(nèi)一些廠商也開始研制有關(guān)產(chǎn)品。
3．調(diào)節(jié)閥發(fā)展的特點
回顧調(diào)節(jié)閥發(fā)展歷史，調(diào)節(jié)閥發(fā)展特點如下。
①調(diào)節(jié)閥的發(fā)展與工業(yè)生產(chǎn)過程控制的發(fā)展密切相關(guān)。例如，：單座閥的不平衡力大，不能適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)過程高壓差的控制要求，為此，研制了帶平衡閥芯的套筒閥；當(dāng)調(diào)節(jié)閥噪聲已成重要環(huán)境污染時，不少具有降噪功能的調(diào)節(jié)閥和降噪的閥內(nèi)件應(yīng)運而生；當(dāng)工業(yè)生產(chǎn)過程對高溫、低溫和泄漏等有一定要求時，誕生了適應(yīng)高溫和低溫的伸長型閥蓋和用波紋管密封的閥蓋等。
②調(diào)節(jié)閥的發(fā)展與提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低原材料消耗等緊密結(jié)合，使調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品的品種更新和增加，功能擴展，適應(yīng)面越來越廣。例如，調(diào)節(jié)閥的品種有單座閥、雙座閥、三通閥、角形閥、套筒閥、閥體分離閥、隔膜閥、高壓閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、偏心閥板閥、蝶閥、閘閥等；執(zhí)行機構(gòu)有氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)、氣動活塞執(zhí)行機構(gòu)、氣動精小型薄膜執(zhí)行機構(gòu)、氣動長行程執(zhí)行機構(gòu)、電動執(zhí)行機構(gòu)、電液執(zhí)行機構(gòu)、齒輪執(zhí)行機構(gòu)等；閥門定位器有氣動閥門定位器、電氣閥門定位器、智能電氣閥門定位器等。
③調(diào)節(jié)閥的發(fā)展使工業(yè)應(yīng)用更方便、靈活、可靠。調(diào)節(jié)閥設(shè)計計算采用更適合的計算公式；調(diào)節(jié)閥的安裝和維護變得更方便；調(diào)節(jié)閥閥內(nèi)件設(shè)計，例如流路設(shè)計、材質(zhì)選用、降
噪設(shè)計等，使工業(yè)應(yīng)用面更廣泛，使用更可靠。
調(diào)節(jié)閥的發(fā)展方向
1．調(diào)節(jié)閥應(yīng)用中存在的問題
①調(diào)節(jié)閥的品種多，規(guī)格多，參數(shù)多。調(diào)節(jié)閥為適應(yīng)不同工業(yè)生產(chǎn)過程的控制要求，例如溫度、壓力、介質(zhì)特性等，有近千種不同規(guī)格、不同類型的產(chǎn)品，使調(diào)節(jié)閥的選型不方便、安裝應(yīng)用不方便、維護不方便、管理不方便。
②調(diào)節(jié)閥的可靠性差。調(diào)節(jié)閥在出廠時的特性與運行一段時間后的特性有很大差異，例如，泄漏量增加、噪聲增大、閥門復(fù)現(xiàn)性變差等，給長期穩(wěn)定運行帶來困難。
③調(diào)節(jié)閥笨重，給調(diào)節(jié)閥的運輸、安裝、．維護帶來不便。通常，調(diào)節(jié)閥重量比一般的儀表重量要重幾倍到上百倍，例如，一臺DN200的調(diào)節(jié)閥重達700kg，運輸、安裝和維護都需要動用一些機械設(shè)備才能完成，給調(diào)節(jié)閥的應(yīng)用帶來不便。
④調(diào)節(jié)閥的流量特性與工業(yè)過程被控對象特性不匹配，造成控制系統(tǒng)品質(zhì)變差。調(diào)節(jié)閥的理想流量特性已在產(chǎn)品出廠時確定，但工業(yè)過程被控對象特性各不相同，力口上壓降比變化，使調(diào)節(jié)閥工作流量特性不能與被控對象特性匹配，并使控制系統(tǒng)控制品質(zhì)變差。
⑤調(diào)節(jié)閥噪聲過大。工業(yè)應(yīng)用中，調(diào)節(jié)閥噪聲已成為工業(yè)設(shè)備的主要噪聲源，因此，降低調(diào)節(jié)閥噪聲成為當(dāng)前重要的研究課題，并得到各國政府的重視。
⑥調(diào)節(jié)閥是耗能設(shè)備，在能源越來越緊缺的當(dāng)前，更應(yīng)采用節(jié)能技術(shù)，降低調(diào)節(jié)閥的能耗，提高能源的利用率。
2．調(diào)節(jié)閥的發(fā)展方向
調(diào)節(jié)閥的發(fā)展方向主要為智能化、標準化、精小化、旋轉(zhuǎn)化和安全化。
(1)智能化和標準化.調(diào)節(jié)閥的智能化和標準化已經(jīng)提到議事日程。智能化主要采用智能閥門定位器。智能化化表現(xiàn)在下列方面。
①調(diào)節(jié)閥的自診斷，運行狀態(tài)的遠程通信等智能功能，使調(diào)節(jié)閥的管理方便，故障診斷變得容易，也降低了對維護人員的技能要求。
②減少產(chǎn)品類型，簡化生產(chǎn)流程。采用智能閥門定位器不僅可方便地改變調(diào)節(jié)閥的流量特性，也可提高控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。因此，對調(diào)節(jié)閥流量特性的要求可簡化及標準化(例如，僅生產(chǎn)線性特性調(diào)節(jié)閥)o用智能化功能模塊實現(xiàn)與被控對象特性的匹配，使調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品的類型和品種大大減少，使調(diào)節(jié)閥的制造過程得到簡化，并在生產(chǎn)和市場中經(jīng)受考驗和認可。
③數(shù)字通信。數(shù)字通信將在調(diào)節(jié)閥中獲得廣泛應(yīng)用，以HART通信協(xié)議為基礎(chǔ)，一些調(diào)節(jié)閥的閥門定位器將輸入信號和閥位信號在同一傳輸線實現(xiàn)；以現(xiàn)場總線技術(shù)為基礎(chǔ)，調(diào)節(jié)閥與閥門定位器、PID控制功能模塊結(jié)合，使控制功能在現(xiàn)場級實現(xiàn)，使危險分散，使控制更及時、更迅速。
④智能閥門定位器。智能閥門定位器具有閥門定位器的所有功能，同時能夠改善調(diào)節(jié)閥的動態(tài)和靜態(tài)特性，提高調(diào)節(jié)閥的控制精度，因此，智能閥門定位器將在今后一段時間內(nèi)
成為重要的調(diào)節(jié)閥輔助設(shè)備被廣泛應(yīng)用。
調(diào)節(jié)閥的標準化表現(xiàn)在下列方面。
①為了實現(xiàn)互換性，使同樣尺寸和規(guī)格的不同廠商生產(chǎn)的調(diào)節(jié)閥能夠互換，使用戶不必為選擇制造商而花費大量時間。
②為了實現(xiàn)互操作性，不同制造商生產(chǎn)的調(diào)節(jié)閥應(yīng)能夠與其他制造商的產(chǎn)品協(xié)同工作，不會發(fā)生信號的不匹配或阻抗的不匹配等現(xiàn)象。
③標準化的診斷軟件和其他輔助軟件，使不同制造商的調(diào)節(jié)閥可進行運行狀態(tài)的診斷，運行數(shù)據(jù)的分析等。
④標準化的選型程序。調(diào)節(jié)閥選型仍是自控設(shè)計人員十分關(guān)心的問題，采用標準化的計算程序，根據(jù)工藝所提供數(shù)據(jù)，能夠正確計算所需調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)，確定配管及選用合適的閥體、閥芯及閥內(nèi)件材質(zhì)等，使設(shè)計過程標準化，提高設(shè)計質(zhì)量。
(2)精小化.為降低調(diào)節(jié)閥的重量，便于運輸、安裝和維護，調(diào)節(jié)閥的精小化采用了下列措施。
①采用精小型執(zhí)行機構(gòu)。采用輕質(zhì)材料，采用多組彈簧替代一組彈簧，降低執(zhí)行機構(gòu)高度，通常，精小型氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)組成的調(diào)節(jié)閥比同類型氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)組成的調(diào)節(jié)閥高度要降低約30％，重量降低約30％，而流通能力可提高約30％。
②改變流路結(jié)構(gòu)。例如，將閥芯的移動改變?yōu)殚y座的移動，將直線位移改變?yōu)榻俏灰频龋?font color="#000000">調(diào)節(jié)閥體積縮小，重量減輕。
③采用電動執(zhí)行機構(gòu)。不僅可減少采用氣動執(zhí)行機構(gòu)所需的氣源裝置和輔助設(shè)備，也可減少執(zhí)行機構(gòu)的重量。例如，Fisher公司的9000系列電動執(zhí)行機構(gòu)，其20型的高度小于
330mm，使整個調(diào)節(jié)閥(帶數(shù)字控制器和執(zhí)行機構(gòu))質(zhì)量降低到20～32kg。
(3)旋轉(zhuǎn)化由于旋轉(zhuǎn)類調(diào)節(jié)閥，例如球閥等，有相對體積較小、流路阻力較小、可調(diào)比較大、密封性較好、防堵性能較好、流通能力較大等優(yōu)點，因此，在調(diào)節(jié)閥新品種中，旋轉(zhuǎn)閥的比重增大。特別是大口徑管道中，普遍采用球閥、蝶閥等類型調(diào)節(jié)閥，從國外近年的產(chǎn)品看，旋轉(zhuǎn)閥應(yīng)用的比例正逐年增長。
(4)安全化儀表控制系統(tǒng)的安全性已經(jīng)得到各方面的重視，安全儀表系統(tǒng)(SIS)對調(diào)節(jié)閥的要求也越來越高，表現(xiàn)在以下幾方面。
①對調(diào)節(jié)閥故障信息診斷和處理要求提高，不僅要對調(diào)節(jié)閥進行故障發(fā)生后的被動性維護，而且要進行故障發(fā)生前的預(yù)防性維護和預(yù)見性維護。因此，對組成調(diào)節(jié)閥的有關(guān)組件進行統(tǒng)計和分析，及時提出維護建議等變得更重要。
②對用于緊急停車系統(tǒng)或安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥，提出及時、可靠、安全動作的要求。確保這些調(diào)節(jié)閥能夠反應(yīng)靈敏、準確。
③對用于危險場所的調(diào)節(jié)閥，應(yīng)簡化認證程序。例如，對本安應(yīng)用的現(xiàn)場總線儀表，可簡化為采用FISCO現(xiàn)場總線本質(zhì)安全概念，使對本安產(chǎn)品的認證過程簡化。
④與其他現(xiàn)場儀表的安全性類似，對調(diào)節(jié)閥的安全性，可采用隔爆技術(shù)＼防火技術(shù)、增安技術(shù)、本安技術(shù)、無火花技術(shù)等；對現(xiàn)場總線儀表，還可采用實體概念、本安概念、FISCO概念和非易燃(FINCO)概念等。
(5)節(jié)能降低能源消耗，提高能源利用率是調(diào)節(jié)閥的一個發(fā)展方向。主要有下列幾個發(fā)展方向。
①采用低壓降比的調(diào)節(jié)閥。使調(diào)節(jié)閥在整個系統(tǒng)壓降中占的比例減少，從而降低能耗，因此，設(shè)計低壓降比的調(diào)節(jié)閥是發(fā)展方向之一；另一個發(fā)展方向是采用低阻抗調(diào)節(jié)閥，例如采用蝶閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等。
②采用自力式調(diào)節(jié)閥。例如，直接采用閥后介質(zhì)的壓力組成自力式控制系統(tǒng)，用被控介質(zhì)的能量實現(xiàn)閥后壓力控制。
③采用電動執(zhí)行機構(gòu)的調(diào)節(jié)閥。氣動執(zhí)行機構(gòu)在整個調(diào)節(jié)閥運行過程中都需要有一定的氣壓，雖然可采用消耗量小的放大器等，但日積月累，耗氣量仍是巨大的。采用電動執(zhí)行機構(gòu)，在改變調(diào)節(jié)閥開度時，需要供電，在達到所需開度時就可不再供電，因此，從節(jié)能看，電動執(zhí)行機構(gòu)比氣動執(zhí)行機構(gòu)有明顯節(jié)能優(yōu)點。
④采用壓電調(diào)節(jié)閥。在智能電氣閥門定位器中采用壓電調(diào)節(jié)閥，只有當(dāng)輸出信號增加時才耗用氣源。
⑤采用帶平衡結(jié)構(gòu)的閥芯，降低執(zhí)行機構(gòu)推力或推力矩，縮小膜頭氣室，降低能源需要。
⑥采用變頻調(diào)速技術(shù)代替調(diào)節(jié)閥。對高壓降比的應(yīng)用場合，如果能量消耗很大，可采
用變頻調(diào)速技術(shù)，采用變頻器改變有關(guān)運轉(zhuǎn)設(shè)備的轉(zhuǎn)速，降低能源消耗。
(6)保護環(huán)境環(huán)境污染已經(jīng)成為公害，調(diào)節(jié)閥對環(huán)境的污染主要有調(diào)節(jié)閥噪聲和調(diào)節(jié)閥的泄漏。其中，調(diào)節(jié)閥噪聲對環(huán)境的污染更是十分嚴重。
①降低調(diào)節(jié)閥噪聲。研制各種降低調(diào)節(jié)閥噪聲的方法，包括從調(diào)節(jié)閥流路設(shè)計到調(diào)節(jié)閥閥內(nèi)件的設(shè)計，從噪聲源的分析到降低噪聲的措施等。主要有設(shè)計降噪調(diào)節(jié)閥和降噪調(diào)節(jié)閥閥內(nèi)件；合理分配壓降，使用外部降噪措施，例如，增加隔離、采用消聲器等。
②降低調(diào)節(jié)閥的大氣污染。調(diào)節(jié)閥的大氣污染指調(diào)節(jié)閥的“跑”、“冒”、“滴”、“漏”，這些泄漏物不僅造成物料或產(chǎn)品的浪費，而且對大氣環(huán)境造成污染，有時，還會造成人員的傷亡或設(shè)備爆炸等事故。因此，研制調(diào)節(jié)閥填料結(jié)構(gòu)和填料類型、研制調(diào)節(jié)閥的密封等將是
調(diào)節(jié)閥今后一個重要的研究課題。
計算機科學(xué)、控制理論和自動化儀表等高新科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動了調(diào)節(jié)閥的發(fā)展，例如，現(xiàn)場總線調(diào)節(jié)閥和智能閥門定位器的研制、數(shù)字通信在調(diào)節(jié)閥的實現(xiàn)等。調(diào)節(jié)閥的發(fā)展也推動了其他科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，例如，對防腐蝕材料的研究、對削弱和降低噪聲方法的研究、對流體動力學(xué)的研究等。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，調(diào)節(jié)閥也將開放、智能和更可靠，它將與其他工業(yè)自動化儀表和計算機控制裝置一起，使工業(yè)生產(chǎn)過程控制的功能更完善，控制的精度更高，控制的效果更明顯，并為我國現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)揮更重要的作用。
