摘  要：针对目前阀门定位器先导阀因杂质等原因而出现的堵塞问题，应用TRIZ理论分析阀门定位器先导阀中存在的技术矛盾和物理矛盾，运用发明原理和最终理想解对其进行分析，设计得到带检修孔和过滤装置的定位器先导阀，有效地提高了先导阀的工作稳定性和工作效率。

关键词：TRIZ；定位器；先导阀；改进优化

一、引言

阀门定位器是一种精密的控制装置，可确保阀门的实际位置与控制系统发出的指令一致。先导阀可看作是阀门定位器的“大脑”，其很大程度上决定了阀门定位器的精度和稳定性，但目前先导阀存在堵塞问题，严重影响其功能[1-3]。

发明问题解决理论（TRIZ）是一种系统性的创新方法，旨在通过科学原理和法则来解决发明和创新过程中的问题。TRIZ理论体系包括技术系统八大进化法则、最终理想解（IFR）、40个发明原理、39个通用技术参数、矛盾矩阵等九大体系，本文应用40个发明原理和最终理想解对阀门定位器先导阀进行改进设计[4]。

二、基于发明原理的先导阀的创新设计

TRIZ理论中，矛盾可分为技术矛盾和物理矛盾。技术矛盾指的是两个参数之间的矛盾，即当改善技术系统中某一个参数时，另一个参数就被恶化，而发明创造过程的本质就在于消除技术矛盾。技术矛盾是发明过程中的主要矛盾，通常运用40个发明原理解决[5]。

欲改善先导阀堵塞问题，需要先导阀内部各处受力相当，转换成 TRIZ 标准矛盾，改善的参数：通用技术参数 10（力）；恶化的参数：通用技术参数 34（可维修性）。通过查找矛盾矩阵表得到可行性发明原理为：No.1 分割原理、No.11 预补偿原理、No.15 动态特性原理。

No.1 分割原理：指一个有形或无形的物体、系统功能或过程分解为相对简单的若干部分[4]。考虑将先导阀的拐弯处与其他部分分开，以便在拐弯处出现堵塞时，可单独对此部分进行清理和维修，但这样会使先导阀的结构变复杂，且在实际应用中会出现密封问题。

No.11 预补偿原理：指以事先准备好的应急手段补偿物体的低可靠性[5]。如图1所示，在先导阀内增加检修孔，设置在易发生堵塞的区域，先导阀内部一旦出现堵塞现象，可通过检修孔快速准确地进行疏通。这一方案不仅简单易行，且不会增加整个系统的复杂性。

No.15 动态特性原理：指使系统状态或属性成为短暂的、临时的、可动的、自适用的、柔性的或可变的[5]。采用可调节的阀门或挡板，根据流体的流量和压力自动调整其位置，从而保持流体的顺畅流动，减少杂质在拐弯处的沉积。此外，还可增加动态的清洁装置，如旋转刷子或喷射器，定期对先导阀内部进行清洁，防止堵塞的形成。虽然该方案具有一定的创新性，但实施起来成本高，维护难度大。

综合分析，最终采用 No.11 预补偿原理（见图1），在先导阀内易堵塞的区域增加检修孔，可以通过检修孔快速准确地进行疏通，改善了易堵塞问题。

三、基于最终理想解的先导阀的创新设计

TRIZ理论在解决问题之初，首先抛开各种客观限制条件，通过理想化来定义问题的最终理想解(Ideal Final Result，IFR)，以明确理想解所在的方向和位置，保证在问题解决过程中沿着此目标前进并获得最终理想解[5]。

基于IFR对阀门定位器先导阀分析如下：

（1）设计的最终目的是什么：为解决阀门定位器先导阀的堵塞问题。

（2）最终理想解是什么：自我实现，气源通过阀门定位器先导阀时，不再含有杂质。

（3）达到理想解的障碍是什么：气源通过先导阀时不可避免会携带灰尘、水分和油污。

（4）出现这种障碍的结果是什么：灰尘、水分和油污引起先导阀的堵塞。

（5）不出现这种障碍的条件是什么：气源中的杂质能预先去除。

基于理想解分析，考虑在阀门定位器的气体通道中增加一个过滤装置（见图2、图3），对气体进行过滤处理，去除其中的灰尘、水分和油污等杂质，从而保证进入先导阀的气体纯净、洁净。

四、结论

基于 TRIZ 理论，本文对阀门定位器先导阀进行了创新设计，提高了先导阀的工作稳定性和工作效率。应用预补偿原理，在先导阀内易堵塞的区域增加检修孔，解决了先导阀的高效疏通问题。利用最终理想解（IFR)，通过在主要管路中增加一个过滤装置，阻碍了气源中的杂质进入定位器先导阀，有效地解决了先导阀的堵塞问题。

参考文献

[1]倪敏,谈卓雅.改善阀门定位器可靠性的技术研究[J].仪表技术,2020(7):22-25+46.

[2]D HARROLD. Making Valve Controllers/Positioners Smarter is Smart Business[J]. Control Engineering, 2003, 50(1): 24-30.

[3]洪华,孔利明.一种阀门定位器用先导阀的检测装置及其检测方法:CN103134667B[P]. 2015-07-22.

[4]Y MEI, X YIMIN, J LIANHUI. A modular design method based on TRIZ and AD and its application to cutter changing robot[D].New York: Advances in Mechanical Engineering, 2021.

[5]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.

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