CN100507324C - 大流量比例控制水阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种的大流量比例控制水阀，该水阀包括主阀芯、气缸、位移传感器、方向流量阀、电路控制器、气源处理单元及减压阀，气源处理单元出气端分别与方向流量阀、减压阀的输入端相接，方向流量阀、减压阀的出气端分别与气缸相接；主阀芯置于所要控制的水管管路中，主阀芯与气缸活塞杆连动；气缸活塞杆上连接位移传感器，位移传感器的输出与电路控制器的输入相接，电路控制器的输出接到方向流量阀，形成闭环控制。该水阀具有控制精度高、响应速度快、结构简单，以及稳定性和可靠性好的优点。

Description

大流量比例控制水阀

技术领域

本发明涉及冶金行业中在轧制带钢工艺中进行冷却用的阀门，更具体地指一种大流量比例控制水阀。

背景技术

目前在轧钢领域，一块钢的轧制节奏控制在2min左右，对冷却水系统而言，其有效投入处于卷取张力建立后进行增速轧制时的瞬间，因此对冷却水系统流量的实际控制投入要求时间短、精度高、响应快。

宝山钢铁股份有限公司使用的精轧机F2—F6机架间的带钢冷却系统也称功率加速度冷却水系统，其功能主要是直接按照轧制速度的变化来对带钢实施冷却，把带钢升速轧制过程中所产生的热量消除掉，从而准确地对带钢的精轧温度进行控制。该系统对冷却水量的调节是由电气比例控制的薄膜阀来实现的。目前冷却水系统使用的比例流量控制水阀有两种形式，一种是气动比例先导控制型，一种是电动比例先导驱动型。国内外目前使用的大流量比例阀也主要是这两种形式。

气动先导比例控制水阀的工作原理请参见图1所示，由过程机根据轧制工艺规程设定控制冷却水流量的数据，经精轧机BA后转换为相应的电流信号(4-20毫安)，再经电流/气压(I/P)阀即电气转换器7输出气体压力信号(对应0.2-1bar)，该气体压力信号通过气管1(约30m长)的传输到位于轧机旁的气动先导薄膜水阀位置调节器，即先导控制单元6上，通过气缸位置的跟踪经凸轮机构和复位弹簧作用，将压差变成位移量信息，该位移量信息反馈到先导控制单元6实现闭环控制，直接控制气阀的输出气压量，通过联接阀杆3实现主阀体4上主阀芯5开口度大小，最终实现介质流量大小的控制，即对功率加速度冷却水水量的控制。气动先导比例控制水阀存在问题主要有：

1)从电流/气压(I/P)阀转换器输出的控制气通过长约30m气管输送到气动先导薄膜水阀的气压输入端，控制该水阀主阀的开度。由于气体压力的传递通道过长(约30m)产生了一个很大的滞后，使对水流量的控制精度大大降低。

2)水阀气动先导部分结构复杂，连接气管接头多，在接头处极易产生泄漏。再加上现场工况环境恶劣，气管结构不良等原因常常造成接头脱开，使传输到薄膜水阀的控制气压信号不准，严重影响对冷却水流量的调节。

3)水阀气动先导部分结构复杂，控制系统可靠性差，调整困难，发生问题时处理时间长。

控制系统采用局部闭环、整个系统是开环的控制原理。温度对管道气体压力影响较大，因此整个控制信号滞后大、精度差、频率响应低。

电动比例先导驱动型水阀的控制原理为：比例电动力矩马达根据计算机的设定值对应的驱动电流，通过丝杆和曲柄控制水阀内部主阀芯的位置。电动比例先导驱动型水阀的主要问题则是先导机构机械杠杆复杂，机械间隙大、故障频繁、流量控制不准。且电气驱动的力矩马达属于精密电气设备，故障率高。

发明内容

本发明的目的是针对传统的气动先导比例控制水阀以及电动比例先导驱动型水阀存在的上述缺点，提出一种控制精度高、响应快、故障率低的大流量比例控制水阀。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

该大流量比例控制水阀包括主阀芯、气缸、位移传感器、方向流量阀、电路控制器、气源处理单元及减压阀；

所述的气源处理单元出气端与方向流量阀的输入端相接，方向流量阀的出气端与气缸相接；

所述的主阀芯置于所要控制的水管管路中，主阀芯与气缸活塞杆连动；

所述的气缸活塞杆上连接位移传感器，使气缸活塞杆的行程转换为电信号，位移传感器输出的电信号与电路控制器的输入相接，电路控制器的输出接到方向流量阀，控制方向流量阀的出气端至气缸的流量输出，形成闭环控制；

所述气源处理单元出气端还与减压阀的进气端相接，减压阀的出气端与所述气缸相接。

所述的控制水阀在结构上设计为一体双层结构，主阀芯位于控制水阀的下层，气缸、位移传感器、方向流量阀、电路控制器、气源处理单元置于控制水阀的上层。

所述方向流量阀的出气端与气缸相接于气缸下腔。

所述减压阀的出气端与所述气缸相接于气缸上腔。与传统的控制水阀相比，本发明的大流量比例控制水阀有以下优点：

1)采用电信号直接控制，代替了传统控制水阀采用气管的气体压力传输控制，电信号无滞后，提高了水阀的控制速度控制精度，另外，克服了原气动先导水阀因管道泄漏等引起系统工作不正常，从而提高了水阀的可靠性，且结构简单。

2)采用了包括位移传感器、减压阀构成的闭环控制方式，既有利于水阀的控制精度的提高和响应速度的提高，也有利于主阀芯工作的稳定性和可靠性。

3)采用一体化结构设计，现场容易安装和拆卸，易于维护。

附图说明

图1为传统的大流量比例控制水阀的原理结构示意图。

图2为本发明的大流量比例控制水阀的原理结构示意图。

图3为本发明的大流量比例控制水阀一体化结构示意图。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。

请参阅图2所示，

本发明的大流量比例控制水阀20包括主阀芯21、气缸22、位移传感器23、方向流量阀24、电路控制器25、气源处理单元26，

所述的主阀芯21置于所要控制的水管管路30中，主阀芯21与气缸活塞杆221连动；

所述的气缸的活塞杆221上连接位移传感器23，位移传感器23的输出与电路控制器25的输入相接，电路控制器25的输出接到方向流量阀24；

所述的气源处理单元26出气端与方向流量阀24的输入端相接，方向流量阀24的出气端与气缸22相接。

该控制水阀20还进一步包括减压阀27，减压阀27的进气端与气源处理单元26的出气端相接，减压阀27的出气端与气缸22相接。

本发明的控制水阀基本工作原理描述如下：

外接的恒定压力气源在通过气源处理单元26后分两路，一路输入方向流量阀24后作用于气缸22的下腔(气缸22有上腔和下腔)，另一路输入减压阀27经减压后作用于气缸22的上腔，以控制气缸22的背压。气缸22的活塞杆221上连接着位移传感器23，该位移传感器23主要用于将气缸活塞杆221的实际行程转换为相应的电信号。位移传感器23输出的电信号与控制水阀的设定电流信号叠加后输入到电路控制器25，再作用于方向流量阀24，驱动方向流量阀24动作，完成了小闭环控制。

当需要控制水阀的主阀芯21在水管管路30中的开度时，打开气源处理单元6，设定一特定的电流值直接输至方向流量阀24，控制流量阀24的流量输出，该流量阀24输出的压缩空气直接输至主阀芯21驱动气缸的下腔，气体流量随着控制电信号的变化而变化。由于气缸的活塞杆221与控制水流量的主阀芯21相连，气缸22有流量输入时，驱动水阀的主阀芯21，提起主阀芯21控制通过水管管路30的流量。而活塞杆221上连接着位移传感器23以及电路控制器24、方向流量阀27所形成的小闭环控制主要是控制主阀芯21有一个恒定的开度，使通过水管管路30的水流量控制在一个较为恒定的输出流量。也就实现了对主阀芯21的开度控制和水阀输出流量的调节控制。

需要说明的是：

在本发明的控制水阀中，电路控制器25主要是电流放大器，其作用是将位移传感器23输出的电流信号经过处理放大，放大后的信号然后控制方向流量阀24的电磁线圈，以控制流量阀24是向气缸22送气与否，实现电路控制器25的方式很多，可以采用简单的放大器，也可以采用CPU构成的控制器。由于在本发明中，该电路控制器不寻求保护，因此也不进行详细的描述。

减压阀27主要是保证气缸22有一个恒定的力作用在主阀芯21上，使主阀芯21处于一个较为恒定状态。

最后请参阅图3所示，所述的控制水阀20在结构上设计为一体双层结构，主阀芯21位于控制水阀20的下层，在主阀芯21的上方设有传动轴204，此传动轴204即可驱动位于下层的主阀芯作提起、下降动作，传动轴204上套置弹簧205。气缸22(图3中的202)、位移传感器23、方向流量阀24、电路控制器25、气源处理单元26置于控制水阀的上层，在上层设有一外罩203，外罩203将上层内的各部分罩合。

本发明的大流量比例控制水阀在上海宝钢2050热轧生产线试验表明，水阀的控制精度和响应快速性都有所提高，达到如下技术指标：从0％上升至50％的上升时间为0.925秒，流量最大偏差为4.5％，且该水阀故障率低、维修方便。该控制水阀能适合在类似的大流量设备上推广应用。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (4)

1、一种大流量比例控制水阀，其特征在于：

该水阀包括主阀芯、气缸、位移传感器、方向流量阀、电路控制器、气源处理单元及减压阀；

所述的气源处理单元出气端与方向流量阀的输入端相接，方向流量阀的出气端与气缸相接；

所述的主阀芯置于所要控制的水管管路中，主阀芯与气缸活塞杆连动；

所述的气缸活塞杆上连接位移传感器，使气缸活塞杆的行程转换为电信号，位移传感器输出的电信号与电路控制器的输入相接，电路控制器的输出接到方向流量阀，控制方向流量阀的出气端至气缸的流量输出，形成闭环控制；

所述气源处理单元出气端还与减压阀的进气端相接，减压阀的出气端与所述气缸相接。

2、如权利要求1所述的的大流量比例控制水阀，

其特征在于：

所述的控制水阀在结构上设计为一体双层结构，主阀芯位于控制水阀的下层，气缸、位移传感器、方向流量阀、电路控制器、气源处理单元置于控制水阀的上层。

3、如权利要求1所述的的大流量比例控制水阀，其特征在于：

上述方向流量阀的出气端与气缸相接于气缸下腔。

4、如权利要求1所述的的大流量比例控制水阀，其特征在于：

所述减压阀的出气端与所述气缸相接于气缸上腔。

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