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美國調節(jié)閥歷史
點擊次數：613 發(fā)布時間：2008-10-20
調節(jié)閥的概念可以追溯到古羅馬時期人們在水道上使用的一種銅制旋塞閥上?；瑒娱y桿的概念是在18世紀末由James Watt在其飛球式調節(jié)器應用中發(fā)明的，這種調節(jié)閥用于調節(jié)蒸汽機的速度。在整個19世紀伴隨著蒸汽時代的發(fā)展調節(jié)閥發(fā)明制造的們也不斷得到發(fā)展，在19世紀末，一種自立式的壓力和液位調節(jié)閥已經在一些大型電站的鍋爐氣泡中使用。這些閥門的閥桿是由來自介質的壓力作用在一個橡膠薄片上而驅動，而液位式調節(jié)閥的閥桿則是由浮球連桿直接驅動。
在1880年，Willam Fisher（美國Marshall鎮(zhèn)城市水廠的一名工程師）要連續(xù)24小時手動操縱閥門以保持蒸汽驅動水泵的排出壓力，在消除系統(tǒng)中要求必須進行持續(xù)的調節(jié)以保證有足夠壓力與流量的水去撲滅大火。通過長時間探索，Willam Fisher 發(fā)明了一種恒壓泵調節(jié)器（調節(jié)閥），同時創(chuàng)立了FISFER公司開始生產這種調節(jié)器產品。到1907年的時候這些調節(jié)器已陸續(xù)地被安裝到美國、加拿大、英國的電廠。在1882年Willam B.Mason創(chuàng)立了MASON調節(jié)器公司，當時Mason是一艘蒸汽驅動船艦的一位總工程師。在1883年Mason申請了泵速控制器，在1885年申請了一項蒸汽減壓閥，在1886年申請了泵壓力調節(jié)器的。
蒸汽減壓閥使蒸汽驅動火車成為可能并且這個行業(yè)使用了許多年，在1890年蒸汽減壓閥又成功應用在美國*船艦上以確保更高蒸汽壓力的工作效率。到20世紀初已有許多公司開始生產調節(jié)器或蒸汽減壓器它們分別是：Leslie，Kieley-Mveser，Atlas以及O.C.Keckley等公司。
石油與天然氣行業(yè)的發(fā)展時期是在19世紀末20世紀初，剛開始的時候原油被泵送入一個大罐，在那里將天然氣和其它組份分批分離，自力式調節(jié)閥門很容易處理這些工況，然而需求增加很快，人們需要更高的生產率，同時泵功率變得更大，需要配備更大尺寸的閥門裝置，這時即使壓差維持一般的值也需要更大的輸出力去驅動閥桿移動閥塞。
這時發(fā)明出了先導式操作的自力式調節(jié)閥以滿足更大尺寸閥門驅動力的要求，這種先導操作裝置使得使用較小規(guī)格的膜頭裝置便可驅動更大尺寸的閥門。
在20世紀初的石油、天然氣行業(yè)中，工藝流程中的溫度、壓力和容量的過程參數不斷增加，要求使用更大尺寸的閥門，更強有力的執(zhí)行機構以及更加合理的閥門結構。但此時較小的自力式調節(jié)閥是由青銅制造的，而較大的自力式調節(jié)閥均由鑄鐵制造，他們都采用一體式閥芯、快開式設計特性從而使閥門在zui小的行程通過zui大的流量，快開式閥芯以及過大尺寸的閥門常導致過程的不穩(wěn)定，這時需要一種“慢開特性”的閥門以補償過大尺寸閥門帶來的影響。這時Hanlon-Water公司生產了系列產品滿足上述應用，并在1920到1930年間該公司在石油領域的調節(jié)閥設計應用中作出了許多杰出的貢獻。后來該公司轉變成一家商用閥門制造商。在當時為閥芯提供更大的驅動力是一種挑戰(zhàn)。
Fisher公司在其1915年的閥門產品樣本中介紹了過大尺寸閥門所帶來不良控制特性，同時手冊里給出了一個用于特定工況下選擇閥門口徑的圖表，手冊中這樣建議用戶：“可以選用更小尺寸的Fisher閥門去獲得更佳的控制效果。”這種基于特定閥門類型的實驗數據的選型圖表一直沿用到1930年，直到Foxboro公司公布了閥門口徑計算公式，值得注意的是當時并沒有提及Cv值的概念。
在1920發(fā)明了在高溫高壓下進行原油裂化的技術，在這期間，位于美國西海岸的Tomas- Neilan創(chuàng)立了Neilan閥門公司，該公司專門生產用于石化行業(yè)的閥門產品。Neilan公司發(fā)明了一系列自力式調節(jié)閥，還有一些的溫度壓力控制儀表。此時自動調節(jié)閥應用與技術開始迅猛發(fā)展，用15psi的壓力驅動執(zhí)行機構的想法開始實施。
Neilan公司專業(yè)為煉油行業(yè)生產堅固的閥門，這些閥門都是由鑄鋼制造并帶有厚實的法蘭，同樣也生產出了具有球面軸承導向的堅固的多彈簧薄膜執(zhí)行機構，到1930年左右，這些閥門已經發(fā)展成了今天我們熟知的直通單雙座調節(jié)閥。
在Foxboro公司1930年的閥門樣本中已經對V型口的閥塞及等百分比流量特性進行了詳細的介紹。手冊介紹了調節(jié)閥的等百分比特性概念及其對控制回路的影響。Foxboro公司因其發(fā)明的Stabilog氣動控制器在當時自動化控制中。同時計劃著借此向用戶市場提供整個控制回路所需產品，當時大部分儀表公司（Bailey、 Taylor、 Honeywell）都使用了同一策略，因為閥門的動作*依賴于控制器，儀表公司們紛紛生產一些低壓的調節(jié)閥，同時向其它專業(yè)閥門公司購進其它規(guī)格的調節(jié)閥已增強各自的配套能力。
Mason公司在1932收購了Neilan公司，zui終產生了Masoneilan公司，Mason公司的自力式調節(jié)閥產品系列保留了下來，如今任在生產，比如典型的1900系列自立式閥門。然而先導式操作的閥門和雙座閥在的工況下仍不能克服大尺寸閥驅動力不足的弱點。這時就出現了采用較小閥桿以減少摩擦力的一些嘗試和應用應用。
1936年Taylor公司發(fā)明了閥門定位器，執(zhí)行機構驅動力不足的問題終于被克服了，zui初的定位器里有機械反饋裝置用于感應閥桿位置，還有一副波紋管系統(tǒng)。zui初初定位器還裝有使控制復位的手動裝置，如今定位器都有一個旁路開關而不須控制器重新復位。
到1940通過閥門定位器來解決執(zhí)行機構輸出力不足的概念被確定下來，人們的重點開始轉向研發(fā)合理尺寸的執(zhí)行機構與單座閥門結構。
ED Dahl來自Neilan公司的設計工程師，成為了Masoneilan公司的總工程師。他開始著手設計平衡式的單座閥門以及流線性的角閥，平衡式的設計被運用到了大尺寸閥門上，同時還包括閥蓋內大尺寸的導向設計。
在1943至1945期間美國蒸汽協(xié)會組織開始致力于將單座閥與雙座閥門的法蘭連接面之間的尺寸進行標準化，在這之前每一個閥門廠商都有各自的閥門尺寸，如果要更換另一個廠商的產品就必須連同管道一起更換。美國聯邦貿易委員會也支持這工作，因為不這樣會對中小企業(yè)不利，標準化zui終由PaulelfersFisher，AlhanssenMcallar，RalphMasoneilan，EddahlHammdel等人組成的委員會完成。
在Masoneilan公司的Doug Annin設計開發(fā)了新一種閥門產品，他發(fā)現人們對合金材料閥門的需求量增大，他采用了大直徑的閥桿導向設計，氣缸式執(zhí)行機構并且將定位器與執(zhí)行機構進行一體式設計，它能接受較高氣源壓力，具有較大的輸出力。這一發(fā)明也代表著雙座閥應用終結的開始。
Annin在1948創(chuàng)立了自己的公司開始生產他的閥門產品。他的閥門在化工和航天行業(yè)應用非常突出，在1964年Masoneilan公司收購了Annin公司，如今Annin公司的生產廠仍在運行。同時Annin對閥門的*設計被繼續(xù)引用，那就是原Annin公司工程師Charles與原Mansoneilan的工程師Larry在1967共同創(chuàng)辦的Valtek公司，Valtek公司生產全系列的氣缸式操作的單座閥產品。
到1954年，蝶閥開始當作調節(jié)閥生產和應用，蝶閥作為一種旋轉類自動閥，首先在1930被Mansoneilan公司發(fā)明，正如所知由于執(zhí)行機構輸出力過小及轉角的限制。而限制了蝶閥的應用。直到1950年，更大驅動力的執(zhí)行機構裝配到蝶閥上克服了蝶閥控制時的不穩(wěn)定性，從此開創(chuàng)了更加廣闊的應用。再后來Fisher公司及Baumam公司又不斷的對蝶板進行了改進設計，進一步提高了蝶閥的穩(wěn)定性。
1930年發(fā)明的調節(jié)閥口徑 計算尺代表著閥門選型時代的來臨。1930年來Cv值由Ralph Rochwall（Masoneilam）由實驗而得到，1950年美國流體控制協(xié)會（FCI）開始致力于將閥門選型計算過程及公式進行標準化，并與1958出版了推薦使用的閥門流通能力一書，FCI的標準是如今調節(jié)閥測試的標準，后來被美國儀表協(xié)會（ISA）采納并作修改而成為美國國家標準。
接下來一直到1960年閥門選型只停留在研究理論階段，這一時候被認為是對調節(jié)閥進行理論研究的“黃金時間”，*版ISA調節(jié)閥手冊詳細介紹了閥門尺寸計算公式，其中已經考慮了噪音問題，高壓力恢復閥門的阻塞與氣蝕現象，以及影響閥門尺寸計算的諸多因素。
直通調節(jié)閥的設計理念不斷的分化，比如從1970到1975年直通雙座閥的*從50%下降到3%，這其中大部分都被旋轉類閥門所替代，再比如：從1965年到1980年旋轉類調節(jié)閥由當初的不到1%的*上升到50%的份額，旋轉類調節(jié)閥（球閥、蝶閥）從1950年開始一般都用作開關閥，如果想進行連續(xù)控制就必須采用低轉矩的閥板，高輸出力的執(zhí)行機構，無間隙的閥桿聯結方式等等。旋轉類閥門具有流通能力大的優(yōu)點，但也具有常帶來應用問題的壓力恢復特性。
由調節(jié)閥門廠商試驗而發(fā)展的閥門恢復系數Km定義了閥門壓降與閥門縮流斷面處壓降的關系，而Kc系數則定義了氣蝕發(fā)生的狀態(tài)，使用這些系數有助于設計出避免氣蝕和阻塞的閥門。
在縮流斷面處的高壓降常引起氣體噪音?？蓧嚎s流體流速超過0.5倍聲速時會引起強烈的噪音，在1970年研究發(fā)展出了一系列聲路處理措施去處理噪音問題（保持距離、使用厚壁管道、使用消音器、限制流速）但只適用于噪音低于100分貝的場合。當噪音高于100分貝時就必須運用聲源處理的辦法了。聲源處理的方法很多，大部分調節(jié)閥廠商研究開發(fā)了各自的系列降噪閥門產品，閥門內部裝有聲源處理的閥芯，通過分級減壓，多級節(jié)流的方法來處理噪音問題。
到1970年人們開始關注調節(jié)閥的能耗問題，比如過程可能需要1000匹馬力，但其中20%給了調節(jié)閥以完成控制，能量消耗的副產品是噪音和振動，很顯然人們希望回收部分能量。人們開始嘗試一些方法：如用變速泵替換調節(jié)閥，但是大部分泵和壓縮機只有2：1的量程比，不能滿足過程控制的要求。還有采用透平機替換調節(jié)閥，可將高壓差的能量轉換為電能，但也由于它的運轉需要恒定的過程而受限制，另一個辦法就是增加閥門口徑已減少所需的壓降。
1970年美國政府條例要求調整化工流程中的某些介質狀態(tài)與成份，而這種調整是通過往過程中加入微量介質達到的，這些微小的流量，雷諾數較低，通常是層流狀態(tài)，所以用原先規(guī)定的用于湍流條件下的閥門計算公式用在這里就不準確了。在1990定義了閥門類型的修正系數Fd，它給出了管線尺寸與閥門尺寸之間的修正關系以及雷諾數修正系數Fr，可以根據雷諾數大小來修正流量系數。在1990年人們也更加關注調節(jié)閥門的循環(huán)使用壽命，這使人們意識到每年的修理費可能等于購買閥門與安裝閥門費用總和的一半。智能變送器的概念也被運用到調節(jié)閥上從而產生了全智能調節(jié)閥。調節(jié)閥門能測出上下游管線壓力、執(zhí)行機構氣源、閥門位置等參數，并以此進行計算分析用以診斷調節(jié)閥工作性能。智能調節(jié)閥從1980年開始研發(fā)到1995年時已大幅度改善了閥門的控制性能，智能調節(jié)閥已表現出更佳的穩(wěn)定性。它們所需的維護量極低，即使需要維護也只需很短的時間就可完成。