调节阀技术研究综述.pdf

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1、第9期谢玉东等．调节阀技术研究综述调节阀技术研究综述谢玉东王勇刘延俊(山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室，济南250061)摘要介绍了有嗅调节阀的发展史，对国内外调节阀技术的发展现状进行了综合评述，并展示了调节阀的最新研究成果。在此基础上，对调节阀的发展趋势进行了展望。关键词调节阀过程控制阀门定位器中图分类号THl37文献标识码．A文章编号1000—3932(2012)09—1lll拼调节阀是生产过程自动化的“手脚”，是工业自动化仪表的组成部分，被广泛应用于石油、冶金、电站及造纸等工业部门，具有广阔的应用前景¨’2o。

2、我国调节阀工业起步较晚，行业的整体技术水平不高"1。目前，在我国核电站与高参数大容量的火电站中，所使用的关键部位调节阀几乎全部进口。例如上海某发电厂两台超临界参数的发电机组，共计采用了400余台各种类型的阀门，其中调节阀全部从国外进口，这在国内机械设备史中是罕见的。在高性能调节阀方面，最先进的技术都被国外公司所垄断。智能型调节阀驱动器目前已普遍应用于国外的阀门行业，但在国内还几乎是空白。具备在线故障诊断能力的核33级调节阀对于核电站的正常运行和故障排除具有重要意义，但国内尚不具备生产能力。1国外调节阀技术研究概况调节阀的雏形

3、最早可追溯到古罗马人为农业灌溉而开发的旋塞阀和柱塞阀上。1705年，随着工业革命的深入，纽康曼发明第一台工业蒸汽发动机，并对蒸汽发动机的运行提出了控制要求M1。18世纪末，瓦特发明了第一台用于控制蒸汽发动机速度的调节器。1880年，美国MarshaU镇水厂的工程师费希尔研制出了第一台现代意义上的调节阀，同时成立Fisher公司开始生产这种产品。这是一种带重锤的自力式调节阀。19世纪末20世纪初，随着工艺流程中温度、压力及流量等参数不断增大，要求使用更大尺寸的阀门，更强有力的执行机构。为适应这一生产要求，一种使用小规格膜头去驱

4、动大尺寸阀门的先导式调节阀问世。1936年Taylor公司发明阀门定位器，建立了调节阀执行机构位移信号与控制器输出信号之间一一对应的关系，使调节阀的控制性能获得很大改善∞1。1943—1945年，美国蒸汽协会开始致力于将单座阀与双座阀的法兰连接尺寸标准化。1949年在德国Leverkusen成立了化学和石化工业专业协会——测量与控制标准协会NAMUR(No珊en‘ArbeitsgemeinschaftMeb．UndRegeltechnik)，进——步推动了调节阀相关标准的制定”1。此后，随着工业过程控制的发展，调节阀也开始进

5、入其发展的“黄金时代””。1。AtmanandMA和KonnurMS根据调节阀流量系数、压力微分方程、流体温度和阀杆行程之间的关系，将一台通径为50mm的传统气动调节阀成功改造为具有流量反馈功能的调节阀¨J。YuF研究了最小、最大和正常流量下的调节阀压降对其全行程运行特性的影响规律一J。DavisJAJ从二维和三维的角度阐述了计算流体力学软件Fluent在调节阀开发中的应用，为缩短阀芯型线的设计周期提供了途径¨引。un—nikrishnanG提出了气动调节阀与气体动力源之间相互关系的图表描述法⋯1。MullerMT和Fale

6、RS探讨了根轨迹、波德图在调节阀动态设计中的应用，提出通过增大调节阀输出流道的斜率，进而扩大调节系统带宽的理论。但是，出口流道斜率的增加将导致调节阀的压降增加，不利于调节收稿日期：2012J04-17基金项目：国家863高技术研究发展计划项目(2008AA042130)；高等学校博士学科点专项科研基金(20llOl311l0042)；山东省博士后创新项目(201103033)；山东大学自主创新基金资助(2011GN045)；山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室开放课题基金(20ll-3)化工自动化及仪表第39卷系统的节能

7、降耗，因此，这种扩大调节系统带宽的方法在实际设计中并未得到推广¨⋯。Hayashis对调节阀在小开度下运行的稳定性展开了研究，结果表明：调节阀稳定运行区间的范围受其所控液体的压力、上游输送管道长度的影响显著Ⅲ1。MisraA等在Hayashi研究的基础上，探讨了调节阀自激振荡的机理，分析了输送流体的可压缩性对调节阀动态性能的影响¨“。ChampagneRP和BoylesJ讨论了气动调节阀执行机构与阀门定位器之间的耦合关系，并对阀门定位器的参数匹配进行优化设计，提高了调节阀对扰动的抑制能力¨“。KarpenkoM等通过软件包获

8、取气动薄膜调节阀阶跃响应的死区、上升时间、超调量及稳态误差等性能指标，利用这些指标对神经网络进行训练，使之通过学习获得调节阀正常运行状态下的信息。研究结果表明：经过训练的神经网络能准确辨识出调节阀的薄膜泄漏、薄膜迸气口堵塞等故障‘1⋯。KamwN深入研究了调节阀噪声的形成机理和测量手段，在