CN101532570A - 一种流量的控制方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流量的控制方法及控制装置，该方法以设定流速为恒定状态，通过调整气体流道的截面积，来实现流体流量的调节，流量调整呈线性状态。调整气体流道面积的方法是按规定的数学模型通过控制器使锥形环阀芯在导流筒上下移动，调节锥形环阀芯与导流筒之间的流道面积变化来实现；根据下游设备工艺参数的要求，实时控制流体的输出流量。该方法计量准确并具有微调功能，无噪音。控制装置具有密封性能好、结构简便、占用空间小、易维护、耐高温、耐磨损等优点。

Description

一种流量的控制方法及控制装置

技术领域

本发明涉及一种流量的控制方法及控制装置，特别是一种以流体恒流速状态，通过调节流体的流通面积来调节气体流量的方法。

背景技术

现有技术中，流体的流量控制均采用经过流道的介质以压力能转化为声能或其他势能来消耗流体的动能为前提。

通常使用的调节方法是采用活塞式流体控制阀，这种控制阀由毕托管传递压差信号给限流导阀，限流导阀和针阀执行两路控制，通过限流导阀调节螺栓的调节，使调节后流量大致为设定值，通过减压导阀调节螺栓的调节，来控制主阀下游压力，活塞下腔有节流孔与下游相通，可缓冲阀门的关闭，主阀两端压力差是阀门启、闭的驱动能源。但活塞式流量控制阀不能进行准确的控制流量，更不能进行微调控制，只能恒定在一定的流量，同时由于活塞式流量控制阀的控制繁琐，存在结构复杂、体积大、噪声大的缺陷。

还有采用动态流量平衡的电动控制阀，其本质上是一种具有机械自动力压差自动控制功能的压力无关型电动阀，其动态平衡的原理比较简单，即一体型或组合型动态平衡电动阀的两端压差ΔP＝P1-P3随机变化时，利用机械自力式压差控制装置(阀)通过改变ΔP2＝P2-P3的值自动控制ΔP1＝P1-P2恒定，或者利用机械自力式平衡控制器通过改变ΔP1＝P1-P2的值确保ΔP2＝P2-P3自动恒定。动态平衡电动阀最新产品普遍采用弹簧机械自力式的实现原理，因而存在通流能力小，动态工作压差控制范围有限，应用不灵活，工作压差起始点高，阀两端总体压损偏高等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种流体流量的控制方法及控制装置，通过设定流体流速为恒定状态，通过流体流通截面的大小来调节，该方法计量准确并具有微调功能，无噪音。控制装置具有密封性能好、结构简便、占用空间小、易维护、耐高温、耐磨损等优点。

本发明采用以下技术方案实现：

一种流量的控制方法，该方法以设定流速为恒定状态，通过调整气体流道的截面积，来实现流体流量的调节，流量调整呈线性状态。

调整气体流道面积的方法是按规定的数学模型通过控制器使锥形环阀芯在导流筒上下移动，调节锥形环阀芯与导流筒之间的流道面积变化来实现；根据下游设备工艺参数的要求，实时控制流体的输出流量。

所述的数学模型公式为：

设流体的流量为Q(m³/h)，气体流速为v(m/s)

则： $v=\frac{Q}{F_I}=\frac{4Q}{\{\mathrm{\π}{[d_2-\frac{2(h-\mathrm{hi})}{\mathrm{tg}{a}_1}]}^2-{{\mathrm{\πd}}_1}^2\}\×3600}$

上述公式中：

α₁：导流筒锥形角

α₂：锥形环阀芯导流角

h：导流筒高度

h_i：锥形环阀芯下移后阀芯底部与导流筒上端的距离

d₂：导流筒底直径

d₁：锥形环阀芯底面直径

F₁：锥形环阀芯底面积 $F_1=\frac{\mathrm{\π}}{4}{d_1}^2$

F₂：导流筒的底面积 $F_2=\frac{\mathrm{\π}}{4}{d_2}^2$

F_i：锥形环阀芯在导流筒内移动h_i高度时导流筒的截面积

$F_i=\frac{\mathrm{\π}}{4}{[d_2-\frac{2(h-h_i)}{\mathrm{tg\α}1}]}^2$

F₁：锥形环阀芯在导流筒内移动h_i高度时流体流道的环缝面积

$F_I=F_i-F_1=\frac{\mathrm{\π}}{4}{[d_2-\frac{2(h-h_i)}{\mathrm{tg}{\mathrm{\α}}_1}]}^2-\frac{\mathrm{\π}}{4}{d_1}^2$

一种流体压力流量的控制装置，该装置包括上锥体、下锥体、导流筒、锥形环阀芯、导向轴、传动轴、流体进口、流体出口、顶盖、底盖，导流筒是上下敞口的筒体结构，位于上锥体内，与上锥体内壁有一定间隙；锥形环阀芯上部设有导向轴，下部设有传动轴，锥形环阀芯位于导流筒内，且与导流筒内壁有一定间隙；在上锥体上部设有顶盖，下锥体下部设有底盖；流体入口、导流筒与上锥体内壁的间隙、导流筒上部敞口、锥形环阀芯与导流筒内壁的间隙、流体出口构成一流体通道。

与现有技术相比，本发明的优点是：

该方法计量准确并具有微调功能，无噪音。控制装置具有密封性能好、结构简便、占用空间小、易维护、耐高温、耐磨损等优点。

附图说明

图1是流体压力流量的控制装置的结构示意图；

图2是导流筒与锥形环阀芯的结构及尺寸符号标定示意图。

具体实施方式

见图1、图2，一种流体压力流量的控制装置，该装置包括上锥体3、下锥8体、导流筒4、锥形环阀芯5、导向轴2、传动轴7、流体进口10、流体出口6、顶盖1、底盖9，导流筒4是上下敞口的筒体结构，位于上锥体3内，与上锥体3内壁有一定间隙；锥形环阀芯5上部设有导向轴2，下部设有传动轴7，锥形环阀芯5位于导流筒4内，且与导流筒4内壁有一定间隙；在上锥体3上部设有顶盖1，下锥体8下部设有底盖9；流体入口10、导流筒4与上锥体3内壁的间隙、导流筒4上部敞口、锥形环阀芯5与导流筒4内壁的间隙、流体出口6构成一流体通道。

一种流量的控制方法，该方法以设定流速为恒定状态，通过调整气体流道的截面积，来实现流体流量的调节，流量调整呈线性状态。

调整气体流道面积的方法是按规定的数学模型通过控制器使锥形环阀芯在导流筒上下移动，调节锥形环阀芯与导流筒之间的流道面积变化来实现；根据下游设备工艺参数的要求，实时控制流体的输出流量。

所述的数学模型公式为：

设流体的流量为Q(m³/h)，气体流速为v(m/s)

则： $v=\frac{Q}{F_I}=\frac{4Q}{\{\mathrm{\π}{[d_2-\frac{2(h-\mathrm{hi})}{\mathrm{tg}{a}_1}]}^2-{{\mathrm{\πd}}_1}^2\}\×3600}$

上述公式中：

α₁：导流筒锥形角

α₂：锥形环阀芯导流角

h：导流筒高度

h_i：锥形环阀芯下移后阀芯底部与导流筒上端的距离

d₂：导流筒底直径

d₁：锥形环阀芯底面直径

F₁：锥形环阀芯底面积 $F_1=\frac{\mathrm{\π}}{4}{d_1}^2$

F₂：导流筒的底面积 $F_2=\frac{\mathrm{\π}}{4}{d_2}^2$

F_i：锥形环阀芯在导流筒内移动h_i高度时导流筒的截面积

$F_i=\frac{\mathrm{\π}}{4}{[d_2-\frac{2(h-h_i)}{\mathrm{tg\α}1}]}^2$

F₁：锥形环阀芯在导流筒内移动h_i高度时流体流道的环缝面积

$F_I=F_i-F_1=\frac{\mathrm{\π}}{4}{[d_2-\frac{2(h-h_i)}{\mathrm{tg}{\mathrm{\α}}_1}]}^2-\frac{\mathrm{\π}}{4}{d_1}^2$

根据上述计算，得出流体流速：

$v=\frac{Q}{F_I}=\frac{4Q}{\{\mathrm{\π}{[d_2-\frac{2(h-\mathrm{hi})}{\mathrm{tg}{a}_1}]}^2-{{\mathrm{\πd}}_1}^2\}\×3600}$

其中：数值3600是根据每小时的流量Q(m³/h)换算成每秒钟的流量Q(m³/s)得出的。

根据该公式，根据恒定的流速值流体流道的环缝面积，即可根据公式Q＝νF_I得出流体流量，在流速恒定的条件下，流体流量与环缝面积呈线性关系。该线性关系作为控制气体流量的数学模型，通过控制器对执行机构的控制，使锥形环阀芯上下运动，通过流体流通环缝的面积变化来实现对流量的控制。

Claims (4)

1、一种流体压力流量的控制方法，其特征在于，该控制方法以恒流速的状态，通过调整气体流道的面积，来实现流体压力、流量的调节，流量调整呈线性状态。

2、根据权利要求1所述的一种流体压力流量的控制方法，其特征在于，调整气体流道面积的方法是按规定的数学模型通过控制器使锥形环阀芯在导流筒上下移动，调节锥形环阀芯与导流筒之间的流道面积变化来实现；根据下游设备工艺参数的要求，实时控制流体的压力和输出流量。

3、根据权利要求2所述的一种流体压力流量的控制方法，其特征在于，所述的数学模型公式为：

设流体的流量为Q(m³/h)，气体流速为v(m/s)

则： $v=\frac{Q}{F_I}=\frac{4Q}{\{\mathrm{\π}{[d_2-\frac{2(h-\mathrm{hi})}{\mathrm{tg}{a}_1}]}^2-\mathrm{\π}{d_1}^2\}\×3600}$

上述公式中：

α₁：导流筒锥形角

α₂：锥形环阀芯导流角

h：导流筒高度

h_i：锥形环阀芯下移后阀芯底部与导流筒上端的距离

d₂：导流筒底直径

d₁：锥形环阀芯底面直径

F₁：锥形环阀芯底面积 $F_1=\frac{\mathrm{\π}}{4}{d_1}^2$

F₂：导流筒的底面积 $F_2=\frac{\mathrm{\π}}{4}{d_2}^2$

F_i：锥形环阀芯在导流筒内移动h_i高度时导流筒的截面积

$F_i=\frac{\mathrm{\π}}{4}{[d_2-\frac{2(h-h_i)}{\mathrm{tg\α}1}]}^2$

F_I：锥形环阀芯在导流筒内移动h_i高度时流体流道的环缝面积

$F_I=F_i-F_1=\frac{\mathrm{\π}}{4}{[d_2-\frac{2(h-h_i)}{\mathrm{tg\α}1}]}^2-\frac{\mathrm{\π}}{4}{d_1}^2$

4、一种流体压力流量的控制装置，其特征在于，该装置包括上锥体、下锥体、导流筒、锥形环阀芯、导向轴、传动轴、流体进口、流体出口、顶盖、底盖，导流筒是上下敞口的筒体结构，位于上锥体内，与上锥体内壁有一定间隙；锥形环阀芯上部设有导向轴，下部设有传动轴，锥形环阀芯位于导流筒内，且与导流筒内壁有一定间隙；在上锥体上不设有顶盖，下锥体下部设有底盖；流体入口、导流筒与上锥体内壁的间隙、导流筒上部敞口、锥形环阀芯与导流筒内壁的间隙、流体出口构成一流体通道。

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