摘  要：针对现存定位器喷嘴挡板机构的漏气及污垢堵塞等问题，应用TRIZ理论，分析了定位器喷嘴挡板机构中存在的技术冲突和物理冲突，分别运用维数变化原理和预先作用原理，对喷嘴挡板机构进行了改进和完善，增强了阀门闭合时的气密性与稳定性，延长了定位器喷嘴挡板的使用寿命。

关键词：TRIZ ; 阀门定位器 ；喷嘴挡板 ；发明原理

一、引言

阀门定位器是气动调节阀的核心配套仪表，其对调节阀的作用至关重要。喷嘴挡板是阀门定位器的重要组成部分，其作用是调节腔体的压强,目前喷嘴挡板机构存在漏气及污垢堵塞等问题，影响其功能[1-3]。

发明问题解决理论（TRIZ）是一种寻求创新问题解决方案的方法，其能帮助人们从不同角度寻找新的创新点，以更加合理有效的方式进行创新。TRIZ包括分离原理、40个发明原理等九大体系，在创新解决问题的过程中被广泛应用，本文应用TRIZ理论对定位器喷嘴挡板进行改进设计[4]。

二、喷嘴挡板机构漏气问题的改进设计

 TRIZ理论将技术系统中相互作用又相互联系的因素总结成为39个通用工程参数，倘若同一技术系统中两个工程参数之间产生冲突，改善其中一个元素的参数，却引起系统中另一个参数的恶化，就称为技术冲突。在创新设计过程中出现的技术冲突通常使用发明原理进行解决。[5-6]

通过对定位器喷嘴挡板分析可知，当前存在的问题是喷嘴模块与挡板模块贴合时会产生漏气现象。通过在挡板上设置密封胶圈，可增加挡板与喷嘴贴合时的接触面积，减小缝隙解决漏气问题，但是在增加密封胶圈后会增加挡板重量，增加挡板运动的能量消耗。即在改善喷嘴模块与挡板模块之间接触面积的同时，恶化了能量消耗量的参数。其技术冲突可描述为：（1）改善的参数：静止物体的面积；（2）恶化的参数：能量损失。通过冲突矩阵可查找到以下发明原理：

（1）7号原理（嵌套）：在喷嘴挡板上加装密封胶圈，虽然增加了挡板与喷嘴贴合时的接触面积，减小了缝隙，但是会增加挡板重量和挡板运动的能量消耗。故不予考虑。

（2）30号原理（柔性壳体或薄膜）：柔性壳体或薄膜原理主要包括两个方面：‌使用柔性壳体或薄膜代替传统结构，‌以及使用柔性壳体或薄膜将物体与环境隔离。‌与本问题相关性不大，故不予考虑

（3）17号原理（维数变化）：在挡板的二维平面上开设三维密封槽，让喷嘴与挡板接触时的接触面积增大，使其密封效果更好，同时减少了挡板自重对运动过程中能量的消耗。

依据上述分析，喷嘴挡板机构的改进采用17号原理（维数变化）：在挡板的二维平面上开设三维密封槽（如图1与图2所示），通过改变维数增加喷嘴挡板的气密性。

三、喷嘴挡板机构污垢积存问题的改进设计

最终理想解（IFR）是TRIZ中解决问题的重要方法，很多问题的IFR被正确理解并描述出来，从而问题得到解决。[7]

对定位器喷嘴挡板机构进行最终理想解的分析： 

(1)  设计的最终目的是什么：喷嘴挡板不会堵塞 。

(2)  理想解是什么：通过喷嘴挡板的流体中没有污垢 。

(3)  达到理想的障碍是什么：市面大多数类型的阀门定位器对于气源的要求较低，污垢无法避免 。

(4)  可以利用的资源有哪些：挡板模块的结构可以进一步优化改进 。

(5)  最终理想解是什么：喷嘴挡板能够自动清理污垢。

IFR 定义为：喷嘴挡板机构能够自动清理污垢。此理想解在现实情况下暂时不能实现，所以在实现二者安装一体化的基础上，得出的次IFR为：喷嘴挡板机构能够避免污垢积存。通过以上分析，浏览TRIZ理论的 40 个发明原理，采用预先作用原理对该问题进行改进。

 预先作用原理是指预先对物体的全部或者部分施加必要的改变，依据该原理得到如下方案：在挡板上加设一个圆锥突起，达到减少污垢沉积的效果。在此基础上，在突起上增加螺旋导流槽（如图3所示），喷嘴模块喷出的气流冲击在挡板后随突起上的导流槽流动，在抑制低流速区产生的同时提高气流的流动速度，使气流中的固体颗粒能够随低速气流流动，不堆积在挡板上，从而避免了污垢积存。

四、结论

本文应用TRIZ理论对定位器喷嘴挡板机构进行了改进设计，通过改进挡板结构，延长了喷嘴挡板组件的使用寿命，提高了阀门定位器的控制精度。应用维数变化原理，通过在挡板的二维平面上开设三维密封槽，有效改善了喷嘴挡板机构的漏气问题。利用IFR和预先作用原理，解决了定位器喷嘴挡板机构的污垢积存问题。本研究面向远距精确打击的军事需求，以武器装备提升性能、降低成本、快速研发的发展趋势为导向，基于TRIZ创新理论，探索空射巡航导弹低成本增程化改进设计的技术途径，为未来武器装备的高质量低成本持续发展提供参考。

参考文献

[1] 吴晓. 基于 TRIZ 的阀门定位器创新设计[D].济南:山东建筑大学,2022.

[2] 周欢喜. 气动智能阀门定位器设计与实现[D].南京:南京理工大学,2014. 

[3] 思皓天. 智能阀门定位器控制设计[D].西安:西安石油大学,2019.

[4] 张明勤，范存礼，王日君，等.TRIZ入门100问——TRIZ创新工具导引[M].北京：机械工业出版社,2012.

[5] KIM J, KIM J, LEE Y, et al. Application of TRIZ creativity intensification approach to chemical process safety[J]. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2009,22(6): 1039-1043. 

[6] SHEU D D, CHIU M, CAYARD D. The 7 pillars of TRIZ philosophies[J]. Computers & Industrial Engineering. 2020, 146: 106572.

[7] BORGIANNI Y, att D T. Applications of TRIZ and Axiomatic Design: A Comparison to Deduce Best Practices in Industry[J]. Procedia CIRP. 2016, 39: 91-96.

责编 / 马铭阳