CN101681176B - 用于减压阀的先导阀 - Google Patents

Abstract

一种用于控制液压启动减压阀的运行的先导阀(2)，所述先导阀包含外壳(4)和第一阀元件(15)，所述第一阀元件安装在外壳内，用于响应减压阀输出压力相对于外壳和第二阀元件(22)沿轴纵向运动。第一阀元件设有孔隙(20)，并且第二阀元件包括闭合部分，所述闭合部分根据所述第一阀元件和第二阀元件之间相对的纵向运动改变孔隙有效的流通截面。调节器(26)控制所述第一阀元件和第二阀元件之间的相对转动位置，所述闭合部分具有轮廓，以致所述第一阀元件和第二阀元件之间的相对转动促使闭合部分改变孔隙(20)有效的流通截面。

Description

用于减压阀的先导阀

技术领域

本发明涉及一种用于减压阀的先导阀，并且特别地但不是排它地涉及液体配送系统中液体压力的控制。在优选的实施例中，本发明涉及从高压主供应处供应至用水区的水的压力的控制，并特别涉及分区计量区域(DMA)的水供应。然而，本发明也可用于其它循环系统中水或其它液体的供应，例如大工业中心。

背景技术

主要的水配送系统中的压力产生于水泵和/或贮水池、水塔或相似建筑中水的重力压差。主动脉供应管道中的水压远大于消费者需求用水的水压，无论是生活、农业或工业需求。在典型的配送系统中，大量用户分布在这样一个区域，在此区域水供应是通过减压阀(PRV)从主动脉供应网提供的。通常，这一区域称为DMA。

过去，PRV的输出压力一直是固定的。尽管在PRV的设计上有多种变化，截止式致动隔膜阀就是英国的工业标准。一些阀设置为形成压力的固定减小量而不考虑流速。其它阀能够配合先导阀，该先导阀改变阀的位置，以致其自动提供固定的出口压力而不考虑入口压力或流速。所述固定的输出压力必须足够大以保证在最大预期流速下充足的压力遍布DMA，并且尤其是在DMA中距离PRV的最高点和/或最远点。所述最高点和/或最远点公知为临界点。然而，应当理解在一个特定的DMA中可能存在不止一个的临界点，并且供应压力最低的临界点可随每日时间、每年时段等等而变化。

这种设计方案的一个问题是，在某天内或某年内的特定时间、在DMA中的特定条件下等等，所述固定压力可高于保证在所述或每个临界点处的充足压力所必需的压力值。

众所周知，在系统压力与DMA中泄漏流速和爆裂速度之间有关系。为了减少泄漏和爆裂的发生，有人提出PRV的输出应该是可变的，以致所述压力能够应需求而变，因此减小DMA内部的平均压力并减小泄漏和爆裂问题。主动控制压力的其它优点包括管道网疲劳的减少、用水区更恒定的供应压力的供应、以及压力相关消耗的减少。

WO 9923544公开了一种用于控制液压启动减压阀的运行的先导阀。所述先导阀包括：外壳；第一阀元件，所述第一阀元件安装在外壳内以用于响应PRV输出压力进行相关运动；第二阀元件，所述第二阀元件安装在外壳内以用于相关运动；以及调节器，所述调节器用于调节第二阀元件相对于外壳的位置。所述先导阀设计为根据所述第一和第二阀元件的相对位置控制PRV的运行。PRV的出口压力作为流速的函数进行调节，在低需求时允许较低的出口压力同时在高峰需求时确保用水区充足的压力。该文中提到由于调节器作用于第二阀元件而允许其位置相对于外壳进行调节，所以仅需要相对小的调节力。该文中还提到了因此能够轻易地调节PRV的出口压力。在构造方面，所述第一阀元件包括喷嘴并且所述第二阀元件包括底座。所述喷嘴和底座之间的相对纵向运动控制着先导阀中的流动。所述调节器将底座朝向和远离所述喷嘴移动。

WO 9923544中先导阀的一个室连接至PRV的输出侧并且因此承受输出压力。先导阀的另一个室连接至PRV的控制室，并且通过限制机构连接至PRV的输入侧。

当先导阀处于平衡态时，作用于隔膜的水压平衡弹簧所施加的力。水以稳定的速度从喷嘴流到底座上，并且PRV的控制室内的水量是恒定的。当由于需求的增加或任意其它原因(例如泄漏现象加重)造成输出压力降低时，作用于先导阀隔膜之下的压力开始减小并且先导阀打开。因此促使水从PRV的控制室中流出，结果导致PRV的主阀打开并且出口压力增加。

随着出口压力的增加，作用于隔膜之下的力也增加并且先导阀开始重新关闭。最后，底座返回其原始位置，在该点处水中止从控制室流出，因此恢复平衡。然后先导阀中弹簧施加的力将回到其设置的值并且出口压力将回到期望的水平。

相反地，如果流速减小则输出压力开始增大。这就促使先导阀关闭并且然后水流入控制室，导致主阀开始关闭并且输出压力减小。随着输出压力的减小，作用在隔膜之下的力减小并且先导阀开始再开启。当底座返回其原始位置，水将中止流入控制室并且将恢复平衡。在先导阀中弹簧施加的力将然后回到其设置的值并且输出压力将已经回到正常水平。

输出压力通过旋转旋钮调节，以改变底座相对于喷嘴的位置。在平衡点，在喷嘴的端部和底座之间的距离总是相同的。所以，如果向一个方向旋转旋钮以朝向底座移动喷嘴，水将流入控制室，从而关闭PRV并且减小输出压力。然后先导阀将开始打开，并且直到隔膜充分地移动以恢复喷嘴端部和底座之间的原始的分离间距才恢复平衡，在该点处，水将中止流入控制室。然后弹簧将比之前被压缩得少一些，并且出口压力将更小。

相反地，如果向一个方向旋转旋钮以增加在喷嘴和底座之间的分离间距，水将从控制室中流出，从而打开PRV并且增加输出压力。然后先导阀将开始关闭，并且当隔膜充分地移动以恢复喷嘴和底座之间原始的分离间距时将达到平衡。在该位置，弹簧将被压缩得多一些，并且出口压力将更大。

发明内容

本发明涉及一种先导阀，其是在例如WO 9923544中所公开的先导阀的基础上进行的改进。

从一方面来看，本发明提供了一种用于控制液压启动减压阀的运行的先导阀，所述先导阀包括外壳、第一阀元件和调节器，所述第一阀元件安装在外壳内，用于响应于减压阀的出口压力而相对于外壳和第二阀元件运动，所述调节器用于调节第二阀元件相对于外壳的位置，先导阀适于根据第一阀元件和第二阀元件的相对位置来控制减压阀的运行，其特征在于，第一阀元件和第二阀元件的其中之一包括孔隙，第一阀元件和第二阀元件中的另一个包括阻断部，所述阻断部被安排用于穿过孔隙的相对滑动，以致在第一元件和第二元件之间的相对滑动改变穿过孔隙的流通截面，调节器确定孔隙的流通截面，该流通截面将被提供用于第一阀元件和第二阀元件的给定的相对位置。

因此，在使用中，对于在平衡状态中PRV的给定的输出压力，将存在孔隙的对应有效流通截面，其将由被阻断部阻塞的孔隙的量决定。如果调节器随后用于使阻断部相对于孔隙滑动，以致孔隙的有效截面改变，则穿过先导阀的流动将发生变化，并且减压阀的输出压力将改变。对于PRV的选定输出压力，该压力是由阀元件通过相对彼此移动来维持的，以致由阻断部阻塞的孔隙的量将变化。已经发现，这种方案相比于WO9923544中使用喷嘴和底座的设计方案能提供更加精确并且可靠的控制。

调节器可响应于减压阀的出口压力，提供在阻断部和孔隙之间的在阀元件的相对运动的方向上的相对滑动运动。这将通过使用螺纹件来实现，所述螺纹件的转动引起阻断部或孔隙的纵向运动。然而，在优选的实施例中，调节器提供阻断部和孔隙的相对转动。在一个可行的设计方案中，孔隙和阻断部之间的相对转动，通过阻断部的边缘在相对转动方向上穿过孔隙的运动，将促使孔隙被逐渐阻塞或打开。然而，在优选的实施例中，设计方案是，在孔隙和阻断部之间的相对转动，通过阻断部的边缘在转动轴方向上穿过孔隙的运动，将促使孔隙被逐渐地阻塞或打开。因此，阻断部可具有在圆周方向上变化的轴向延伸度。在这样的设计方案中，阻断部的轴向朝向的端部部分将设有适当的轮廓。轮廓可以是直线、曲线或任意其它期望的轮廓，以响应相对转动来提供孔隙流通截面的所需变化方式。在优选的设计方案中，阻断部的边缘或端面设有倾斜轮廓。当存在相对转动时，轮廓的不同部分穿过孔隙延伸，并且引起边缘穿过孔隙的明显运动。

存在具有多个相关的阻断部的多个孔隙。阻断部可设于单个部件上。在一个优选的实施例中，可转动的阻断部件设有多个阻断部，每个阻断部具有纵向朝向的端部区域，所述端部区域具有在圆周方向上变化的轴向延伸度。在实施例中，发现两个直径设置的孔隙和两个对称转动的阻断部的设计能给出满意的结果。

在一个优选的设计方案中，第一阀元件安排用于响应减压阀的出口压力进行纵向运动，并设有所述孔隙。第二阀元件是固定的，但如果存在由调节器作用的阻断部的运动则例外。优选地，在该设计方案中，第二阀元件安排用于相对于外壳转动，以通过使阻断部滑过孔隙来控制孔隙的流通截面。

第一阀元件可形成为纵向延伸的管状部件形式，它与来自减压阀的流体的出口压力流体相通，并且其具有由阻断部控制的孔隙，孔隙的出口与减压阀的控制室相连。

替代地并且优选地，第一阀元件可形成为纵向延伸管状部件形式，与减压阀的控制室流体相通，并且具有由阻断部控制的孔隙，孔隙的出口与减压阀中流体的出口压力相连。

在一些优选的实施例中，调节器连接至发动机。调节器可连接至位置指示装置，所述位置指示装置用于指示第二阀元件相对于外壳的位置。在第二阀元件安排用于转动的情况下，调节器可连接至位置指示装置，所述位置指示装置用于指示第二阀元件的相对转动位置。这些指示装置可包括携带可视标记的标记盘。优选地，先导阀的外壳包括窗口，所述窗口邻近所述标记盘的至少一部分。

本发明可从多个方面来看。例如，从另一方面来看，本发明提供了一种用于控制液压启动减压阀的运行的先导阀，所述先导阀包括外壳、第一阀元件，所述第一阀元件安装在外壳中，用于响应减压阀的输出压力相对外壳和第二阀元件沿轴纵向运动；第一阀元件和第二阀元件中的一个设有孔隙，并且第一阀元件和第二阀元件中的另一个包括闭合部分，所述闭合部分根据第一阀元件和第二阀元件之间的相对纵向运动，改变孔隙的有效流通截面；以及用于调节第一阀元件和第二阀元件的相对转动位置的调节器，闭合部分具有轮廓，因此第一阀元件和第二阀元件之间的相对转动促使闭合部分改变孔隙的有效流通截面。

根据本发明的这一方面，先导阀的常规运行由第一阀元件和第二阀元件的相对纵向运动提供，以改变穿过孔隙的流动。阀的特征的调节是由第一阀元件和第二阀元件之间的相对转动提供的，因此对于阀元件的具体的纵向定位，孔隙的有效流通截面是能够改变的。

可以理解，所涉及的相对转动是没有纵向移位的转动。调节先导阀的是阀元件的转动位置，而不是在WO 9923544所公开的技术方案中通过转动控制旋钮所实现的纵向位置。

在优选的设计方案中，所述先导阀包括限定在外壳内轴向安置的两个室，命名为流体室和弹簧室。所述两个室通过密封装置彼此分离，该密封装置连接至在弹簧室中的弹簧并且在轴向上是可移动的。优选地，所述密封装置包括连接至弹簧接合部件的弹性隔膜。所述弹簧接合部件优选地具有：接合弹簧的首部，优选地为螺旋弹簧；以及穿过弹簧中心而轴向延伸的圆柱形法兰。第一阀元件安排用于与弹簧接合部件的运动，并且优选地形成为管状形式，穿过圆柱形法兰的内部轴向延伸并突出到流体室中。优选地，所述管具有径向朝向的孔隙，所述孔隙通向流体室。该孔隙可在流体室的由圆柱形法兰限制的一部分中，该部分与流体室的主要部分相通。优选地，所述管设有朝向用于连接至减压阀的室的端口的轴向延伸件。当先导阀连接至减压阀时，优选地，用于连接至端口的管道包括弹性部分，所述弹性部分允许第一阀元件相对于先导阀外壳的运动。

在此类设计方案中，流体室将通过连接至流体室的管道来承受处于减压阀下游的流体压力。

在上述设计方案中，所述第二阀元件优选地形成为套筒形式，所述套筒在孔隙区域内围绕管状第一阀元件同轴安装，其中所述管将通常为圆形截面，第二阀元件具有横向开口或轴向朝向的端部，所述端部包括成型边缘部分。然后第二阀元件将关于纵轴可转动，以致改变成型边缘阻塞孔隙的程度。设计方案可以是，随着第二阀元件的转动，孔隙完全打开或逐渐阻塞。可以存在孔隙完全闭合的位置。

一般来说，在优选的实施例中，第一阀元件和第二阀元件形成为轴向对准、纵向延伸的管状部件，其中一个阀元件具有位于另一个阀元件内部的至少一部分。包括孔隙的阀元件可位于包括闭合部分的阀元件的外部周围，或反之亦然。优选地，携带孔隙的阀元件的直径小于携带闭合部分的阀元件的直径，并且在孔隙附近，携带孔隙的阀元件位于携带闭合部分的阀元件之中。

在替代实施例中，先导阀包括沿轴安置的三个室，命名为第一室、第二室或者说中间室、和第三室。第一室与减压阀的出口压力流体相通，并设有弹簧偏置的柔软隔膜，当压力波动时该柔性隔膜沿轴向偏斜。第一阀元件安装用于与柔性隔膜一起运动。第一阀是以管状的形式沿轴向延伸，穿过中间室并且通向第三室。该管具有径向朝向的通向中间室的孔，中间室与减压阀的室流体相通。中间室通过第一柔性密封片与第一室分离，通过第二弹性密封片与第三室分离。第一室与第三室通过管道相连，因此，第三室受到来自减压阀的流体的出口压力。该流体经过第一阀的管的开放端，也经过孔。

在这样的设计方案中，第二阀元件是以大体圆柱状栓塞形式安装在孔隙区域内的管上，其中管具有圆形的横截面，栓塞具有面向从第三室进入管的入口的成型端。栓塞与管壁封闭接合并且沿管的纵轴为可旋转的，以便改变栓塞阻塞孔隙的延伸度。在这种设计方案中，随着栓塞的旋转，孔隙能够完全打开或逐渐被阻塞。存在孔隙完全闭合的位置。

管在所述栓塞下方的部分优选地设有通向第一室的开口，因此，栓塞的任一侧的压力基本相等。这就避免了可能会阻碍栓塞旋转的压力差。

先导阀的这种大体的设计方案是新颖且有创造性的，并且因此从另一个方面来看，这里提供了一种用于控制液压启动减压阀的运行的先导阀，所述先导阀包括外壳；外壳内沿轴安置的第一室、第二室和第三室；第一室安排用于与减压阀的出口压力流体相通，并且设有弹簧偏置弹性隔膜，随着压力的波动所述弹簧偏置弹性隔膜沿轴偏斜；阀元件，所述阀元件安装用于与弹性隔膜运动，且该阀元件沿轴延伸穿过中间室并进入第三室，所述阀元件具有管状端部，所述管状端部与第三室流体相通并且具有与第二室相通的径向朝向的孔隙；第二室安排用于与减压阀的室流体相通，并且通过第一弹性密封片与第一室分离，通过第二弹性密封片与第三室分离；并且第一室与第三室流体相通；其中提供了用于根据减压阀的出口压力，依靠阀元件的轴向运动，改变孔隙的有效流通截面的装置；以及调节器，所述调节器用于调节孔隙的有效流通截面，以用于阀元件的给定的相对的轴向位置。

根据本发明，用于改变先导阀中孔隙的有效流通截面的装置，可以是阻断部，所述阻断部优选地如前所述通过转动而穿过孔隙滑动。然而，其它设计方案也是能够实现的。例如，以一定程度上类似于WO 9923544所描述的方式，孔隙和另一个部件之间的间距可以改变。这种设计方案通过具有如下部件来实现，该部件关于轴倾斜，以致存在轴向移位，部件和孔隙之间的间距被改变。例如可以设置轴向可移动的圆锥形部件，如果存在多个孔隙沿圆周隔开，则所述圆锥形部件可具有特殊用途。

本发明用在一个系统中特别适当，在该系统中，调节器由模块控制，所述模块具有微处理装置，所述微处理装置操作调节器以根据流速改变减压阀的出口压力。该设计方案已经由2008年1月24日提交的国际专利申请PCT/GB2008/00265中描述，其内容通过参考的方式与本发明相结合。

已经提出PRV的输出应该是可变的，因此压力能够根据需要变化，因此减小DMA中的平均压力并且减少泄漏和爆裂的问题。主动地控制压力的其它优点包括减小管道网络疲劳、提供更恒定的供应压力至用水区，以及压力相关消耗的减少。还提出应该通过控制器的使用来电力控制先导阀。

国际专利申请PCT/GB2008/00265公开了一种用于调节减压阀的输出压力以将水供应至用水区的控制器，其中，所述控制器包括：流速输入，所述流速输入用来接收来自流速感应器针对流经减压阀流向用水区的水的流速信号；以及适于根据流速信号提供代表流经减压阀流向用水区的水流流速的数据的装置；控制输出，用于提供信号以调节减压阀的输出压力；数据存储装置，用于存储代表水的流速与来自减压阀的所需输出压力之间的关系的参数，以在用水区临界点建立期望的最小水压；以及处理装置，所述处理装置配置成用于处理(i)代表流速的数据和(ii)存储的参数，因此从控制器输出提供信号以引起减压阀被调节为，提供对应流速的所需输出压力；其特征在于，所述参数呈现水流速度与来自减压阀的所需输出压力之间的依赖时间的关系；所述控制器包括提供代表时间的数据的时钟；以及所述处理装置配置成访问代表时间的数据以及所述存储的参数和代表流速的数据，因此控制器输出所提供的信号引起减压阀被调节以提供对应所述流速和时间的所需输出压力。

从其它方面来看，国际专利申请PCT/GB2008/00265公开了一种用于供水系统减压阀的先导阀的控制装置，该装置根据在所需输出流动压力与流速之间的预定关系控制减压阀的输出水压，该预定关系是由将所需流体输出压力关联于包含至少一个常量的流速函数的等式所限定，其中，控制装置存储(a)所述或每个常量的值和(b)对函数求值的程序，因此对于给定的来自减压阀的测得的输出流速的值，所述控制装置利用存储的所述或每个常量和测得的输出流速的值，通过对函数求值计算所需输出流体压力。在优选的设计方案中，所述或每个常量的存储值是时间依赖的，因此，当在特殊时间对函数求值时，所确定的输出水流压力将取决于时间。

依据本发明的之前的方面的先导阀可用在之前公开的设计方案中，控制装置操作先导阀的调节器以控制用于减压阀的输出压力。

附图说明

下面将参照附图，以举例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1为示出根据本发明的先导阀的外部的立体图；

图2为同一先导阀的侧面和背面正视图；

图3为先导阀的侧面截面图；

图4为先导阀的截面立体图；

图5为先导阀的示出转移管道的部分的截面立体图；

图6为部分封闭的孔隙其中之一的细节截面图；

图7为依据本发明的水配送系统的示意图，依据本发明一方面结合了不同的先导阀；

图8为截面示意图，示出图7中的水配送系统的一部分，其中PRV处于开放状态；

图9为截面示意图，示出图7中实施例，其中PRV处于闭合状态；以及

图10为示出用于图7中实施例的控制器的示意图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的具有主外壳4的先导阀2的立体图。主外壳的背面栓接发动机外壳6，并且正面附着螺帽8。入口端口10穿过螺帽8凸出。视窗7位于发动机外壳中。

图2通过前视图和后视图示出同一先导阀2。主外壳4、发动机外壳6、螺帽8和入口端口10从前视图可以看到，而后视图详细示出发动机外壳6。

图3示出先导阀2沿中心垂直平面的截面图。深色阴影部分和箭头指示水的存在并从入口端口10流入先导阀并穿过先导阀至出口端口12的流动。更详细的流体流动路径参照图5。先导阀具有弹簧接合部件14，其附于环形隔膜16并且相对于主外壳4轴向可移动。弹簧接合部件14具有接合螺旋弹簧18一端的首部以及穿过弹簧中心延伸的圆柱形法兰。管状阀元件15也与弹簧接合部件相连。隔膜16提供在先导阀中的水和套着弹簧18的室之间的屏障。管状阀元件15设有两个直径相对的圆形孔隙20，穿过该孔隙流体可从入口阀的入口端口一侧流通到出口端口。阀元件15具有轴向延伸部17，其截止在入口端口10。

可转动的阀阻断件22在孔隙附近，紧紧地围绕管状阀元件15。阀阻断件22通过细长杆24连接至指示轮26，指示轮26的位置读数从先导阀的外面通过视窗7可见。

图4示出先导阀2的立体截面图，其包含孔隙机构和发动机外壳6内部的更多细节。两个孔隙20的其中之一被示出。阀阻断件22包含两个直径相对的沿圆周伸长的孔(图4可见一孔)，其限定边缘轮廓28。该边缘轮廓28相对于先导阀的圆周和轴向方向均倾斜，在图6中能看得更清楚。所以指示轮26和由此的阀阻断件通过发动机和位于发动机外壳6内部的变速箱组件30可转动。

图5示出先导阀2的部分并且用箭头指示当阀处于打开状态时水穿过先导阀流动的方向。水穿过入口端口10进入，入口端口10可通过弹性软管连接至PRV的室体，以允许入口端口相对于先导阀外壳4运动。接着水流经管状阀元件15的中空中部。当阀处于打开状态时，水经过两个孔隙20从阀元件中流出，孔隙没有完全被阀阻断件22阻塞。水流动越过阀阻断件22并且进入位于主外壳4和发动机外壳6之间的转移室32。转移室32引导水流入出口端口12，从该处出口端口12可再连接至PRV下游的主供应导管。

图6更详细地示出处于部分闭合状态的孔隙20中的一个。环形隔膜16的范围也可见。阀阻断件22的倾斜的边缘轮廓28可以清楚地看见；它正在将孔隙20的流通截面限制为其最大值的约一半。由于边缘轮廓28的倾斜角，可以看到阀阻断件22向一个方向(从图的右边来看为顺时针)的转动将增大孔隙20的流通截面，而向相反方向(逆时针方向)的转动将减小流通截面。容易理解，独立于所述转动且另外地，弹簧接合部件朝向阀主体的轴向运动将增大孔隙20的流通截面，而相反方向的运动将减小流通截面。

图7示出根据本发明一方面的水配送系统。它包含实施本发明一方面的先导阀2′，但该先导阀2′与图1-6中的先导阀2的设计稍微不同。

主动脉水供应管道100通过导管104向减压阀(PRV)102供应水压为P1的水，减压阀(PRV)102再经过输出导管108向分区计量区域(DMA)106供应减小的输出水压为P2的水，DMA包括了向多个用户112供水的多个管道110。其中一个用户112被指示为临界点CP，在该临界点处，由于从临界点CP与PRV 102的距离和/或临界点相对于PRV的高度，压力P3明显低于DMA 106区域中其它位置的压力。尽管在本实施例中只指出了一个临界点，其它实施例中可以具有多个临界点。

毗邻PRV 102设有用于测量PRV的输出压力P2的第一压力测量传感器114，和用于测量穿过PRV的流速M的流速传感器116。所述流速传感器116安装在PRV的上游以减少由于湍流引起的误差。

来自传感器114和116的信号被馈送到用于根据本发明一方面的先导阀2′的控制单元118，所述控制单元根据测得的流速和时间，通过下面将描述的方式调节PRV的输出压力，以提供足以维持临界点CP处所需的最小压力的输出压力。

测得的流速M和输出压力P2通过无线通信网络从控制单元118传输至远程中央控制站120，在该处设有数据处理设备。

在临界点CP处设有第二压力测量传感器122，其用于测量临界点处的压力P3，该压力将用在后面将提到的校准过程中。第二压力测量传感器122被连接于数据记录器124。所述远程传感器远程压力传感器122和记录器124可以是专门的健壮的集成压力变换器，并嵌入有能够进行统计分析的软件。传感器可以是临时或永久装置。存储在数据记录器上的信息可以由工程师手动查询，所述工程师将通过任意适当的有线或近距离无线或远距离无线设备联系于所述记录器。然而，优选地，记录器连接到通信单元126上，所述通信单元间断地通过SMS或其它适当的无线通信装置向中央控制站120传输数据，所述中央控制站处理压力数据P3和压力数据P2，以及接收来自控制单元118的流速数据，以便将合适的控制参数传送至控制单元，从而控制PRV 102的输出压力以提供临界点处所需压力。

图8示出图7的管道系统的包含PRV 102的部分，所述PRV 102在打开状态下连接于先导阀2′。PRV处于连接于主动脉水供应管道100的上游导管104和连接于分区测量区域的下游导管108之间。阀元件130设于隔膜132上，所述隔膜形成PRV控制室134的一侧面。所述阀元件用于控制通过连接着上游导管104和下游导管108的孔136的水流。通道138将上游导管104连接到先导阀2′的入口开口136，并通过管道140连接到PRV控制室134上。通道142将先导阀2′的出口开口144连接到下游导管108。来自上游导管的通道138设有位于管道140和先导阀上游的限流器146，通过螺杆148的方式设置所述限流器。

发动机150，例如步进电机或其它合适的发动机，由传动皮带152连接至大齿轮154。所述大齿轮连接到调节器156上，以便一旦发动机150启动就引起阀阻断件22′的转动，并调节经过孔隙20′的流通截面。阀阻断件22′包括斜的边缘轮廓，以致阀元件相对于孔隙的转动和纵向运动能独立引起孔隙流通截面的逐渐增大或减小。发动机150连接到控制单元118的输出端。

PRV控制室134内部的压力可根据先导阀孔隙20′的流通截面和限流器146处的流通截面，在上游入口压力P1和下游输出压力P2之间变化。在图8中，孔隙20′完全开放并且因此PRV完全打开。

流量计116位于上游导管104中毗邻PRV 102处。流量计可以是任意合适的设计样式，例如压差流量计、文氏管、孔板等。在本实施例中，使用了轴向涡轮转子158。轴向涡轮转子在每个叶片的顶端都具有磁铁160，其磁通(passage)将被装有簧片开关或其它传感装置(例如霍尔效应传感器)的流量计传感器单元162探测。所述流量计传感器单元162能够通过任何标准方法计算由簧片开关激励的流量。例如可以计算一段时间内的脉冲数，或者可以利用脉冲间隔定时的方法，其中脉冲的连续的上升沿或下降沿之间的时间间隔是确定的。优选地，流量计传感器单元被设置成，当流速被确定为低于预定等级时，从计算平均脉冲数切换成定时脉冲间隔。

在一些实施例中，提供了用于直接地或间接地确定关于阀闭合元件130的位置的信息的装置，这类信息可以用于通过估计PRV中的流通截面或孔的大小来推断通过减压阀的流速。所以这种方法提供了一种使用流量计116的替换方式，该替换方式也可被省略。然而，更优选地，这样一个间接流速感应机构可以作为备用，其能够探测主导的流速传感器116的故障和/或在发生此类故障的情况下进行接管。

图9示出图8中的系统，其中孔隙20′完全闭合并且因此PRV 102也完全闭合。当先导阀2′关闭时，PRV控制室134内流体的压力和先导阀的入口136处的流体的压力与上游导管104中压力相等。

流经先导阀的流量部分地受限于下游导管104的通道138的直径，所述直径能够利用螺杆148调节限流器146来设置。当先导阀的孔隙20′部分地或完全地开放并且系统已经达到平衡态时，孔隙的流通截面与限流器146处的流通截面之比决定了PRV控制室134内部的压力。

使用中，通过将发动机150作用于调节器154以转动阀元件22′，从而改变先导阀孔隙20′被阻塞的程度，并因此控制孔隙的有效流通截面，来调节下游导管108中的输出压力P2。因此，对于阀元件22′相对于孔隙20′的给定纵向位置，有效的流通截面是可以变化的。不管设置怎样的相对转动的位置，都将达到平衡，并建立适当的输出压力P2。向一个方向旋转将增大输出压力P2，并且向另一个方向旋转将减小输出压力。在所示设计方案中，阀元件22′在俯视情况下的顺时针旋转将阻塞更多的孔隙20′，并且将增大输出压力P2。逆时针旋转将打开更多的孔隙20′，并且因此将减小输出压力P2。图8(孔隙完全开放，PRV完全开放)和图9(孔隙完全闭合，PRV完全闭合)所示的是两种极限状态。

图10示出控制单元118的示意图。外形上，控制单元具有用于无线通信的天线220、包括按钮239的工程师所用的手动用户界面、以及用于连接各种传感器的端口。内部构造上，控制单元118具有中央处理单元221和存储器223，所述存储器可以包含一些非易失性存储器。还有用于给CPU 221提供时间和日期的时钟222。时间和日期可以从时间服务器更新，例如在中央数据处理设备213或通过其它远程通信链路。电力供应单元224用于连接外部电源。因为不太可能在安装点处安置永久电源，所以设想的是，在最初的配置和随后的诊断工作期间在所述单元处在他处时进行使用。主要能量源自主电池225，主电池可以是任意适当的类型，但优选为锂电。还有备用电池226。尽管在本实施例中未示出，但是也可以提供太阳能电池。超电容227提供电力的进一步储备，目的是为了提供快速放电以启动用于将流量从主导可控先导阀2′转流至较为简单的固定压力的备用先导阀(未示出)的阀，例如使用螺线管。此过程能够由看门狗机构(watchdog mechanism)触发，所述看门狗机构可操作地探测主先导阀或控制单元118中的故障，或主电池225和/或备用电池226是否电量不足。

控制单元118具有多个I/O连接端口和通信装置。输入端包括用于连接压力传感器的端口228、229、230和用于连接流速传感器的端口231。压力输入端1(228)连接于P2压力传感器114；流速输入端231连接于PRV流量计116。如果提供了压力输入端2，压力输入端2(229)连接于用于进入PRV的P1压力的传感器。压力输入端3(230)可以连接到用于监控横跨过滤器的压降的压差传感器；或者所述压差传感器可以用于监控PRV控制区的压力；或者被储备以用于以后的应用中。

先导阀输出端口232连接于发动机150以用于调节先导阀2′。

提供两个无线通信模块：用于与中央服务器120远距离通信的GPRS234和用于本地联系的蓝牙235。还可采用各种有线连接，利用USB模块233、I2C串行模块237和RS232串行模块236。还具有四个20毫安有线连接238。这些有线连接可以用于诊断的目的，或连接附加的传感器，例如降水、温度或光传感器，或其它附加的模块。也可以提供其它输入/输出装置，例如IrDA、LCD显示器、键盘等，但在此没有示出。

由控制单元118操作的一个可选模式是“远程受控”压力调制。实质上，它包括控制单元118，其根据相对于设置点P3压力的偏差来监控并调节P2压力输出。为了避免由于P2和由此的P3压力之间的变化之间不可预测的迟延所引起的问题，使用一个“活(live)”远程P3压力输入并结合内置算法，持续地完善流速和P2-P3之间的关系。在此类系统中，控制单元118直接地或通过中央控制设备120从远程压力传感器122接收P3值。

然而，本实施例中标准的实施模式是，控制单元118基于传感器输入，特别是测得的流速M和时钟222输出的时间T，以及其它相关的环境传感器输入，依照已经被中央服务器120检索到的存储在存储器223中的参数，来调节PRV的输出压力P2。在优选的设计方案中，控制单元118通过查询表来使用这些存储的参数，查询表中包括流速记录带和时间记录带的坐标轴，并包括给出适当的PRV输出压力P2的大量条目。查询表可以是三维或多维的，包括针对光强度、降水传感器、温度或其它本地环境因素输入值的坐标轴。一种替换方案是，让CPU使用一个或更多的查询表来对函数求值，该函数包括作为所存储参数的测量值和常量。

所述参数被处理器221上运行的控制程序所调用，所述处理器确定期望的P2压力(很可能考虑进一步约束，例如PRV阀元件的实体范围、P1压力或压变阻尼因数，更多细节见下文)，并通过先导阀输出端口232向先导阀发动机150发送适当的信号。P2压力输入端口228能够提供这个调节过程的反馈。端口229处的P1压力输入测量能够用于避免控制单元118试图实现通常物理上不可能的P2压力大于P1。

对于流速的变化和P2的关联变化的响应速度，优选地由阻尼变量控制以限制DMA中压力变化速度。

如下所述，存储的参数产生于并存入控制单元118的存储器223中。

特别是在初始设置状态，工程师能够基于DMA型号、历史流速、与临界点的距离和高度差，手动地确定参数，并且工程师使用例如PC或SMS界面把这些参数加载到控制单元118。可以使用简单的规则来估计关系变量。工程师能够使用适当的软件来帮助确定参数。

参数的手动设置是可以调节的，通过例如：直接的用户界面通过在控制器上的LCD显示菜单；由中央控制单元发出的接收到的移动文本(SMS)消息；通过移动数据服务(例如GPRS)发送的命令；或者PC界面通过有线串行通信(RS232)、红外串行(IrDA)接口或具有用户友好图形用户界面(GUI)的可选近距离无线接口。

在正常使用中，并且可选地甚至在初始安装时，参数或其增加的更新从中央服务器120间断传送。优选地，这种通信由控制单元118启动。

优选地，如前所述，参数采用一个或更多离散的查询表的形式。然而，它们可以描述或参数化成连续曲线或多维表面，或参数化成一些其它的关系模型，例如神经网络。

尽管在一些实施例中，控制单元118自身可从原始数据产生适当的参数，然而在本实施例中，主要的数据分析在中央服务器120上执行。通常，初始训练数据将在一周或两周的时段内采集，但是要获得周期性效果，这个时段可能更长，或者可收集数个分立的训练数据组。P2和流速M的测量值被记录在控制单元118内的集成数据记录器上，然后间断地传输给中央设备120。临界点的压力P3记录在与位于临界点的远程传感器122关联的远程数据记录器124上。在数据采集周期之前，远程记录器直接或间接地同步于控制单元118-通过二者均同步于中央设备120的时钟-以保证二者具有同步的时钟。数据采集周期之后，远程数据记录器124通过例如直接串行连接(RS232或IrDA)或SMS或其它方法将P3数据下载到中央服务器120。中央服务器120分析P2-P3与不同的流速M和时间T之间的关系，还可选地考虑其它可能相关的因素，例如天气条件、比赛预定时间、工厂用水信息等，并且利用递归或其它适当的分析算法推导出参数值，以建立离散的或是连续的最佳拟合曲线、最佳拟合多维表面图或其它适当的关系模型。可以利用受控的认知方法；例如，神经网络、贝叶斯分类等。这样，如比赛预定时间、天气、季节等的输入因素的相对重要性就不需预先假设，而能由中央服务器120上的软件合适地认知并加权。

如果软件不能确定适当的关系，它将警告操作员，该操作员可以查询数据并手动绘制曲线或用其它关系曲线代替。

中央服务器120中建模的关系对于输入变量(流速、时间等)可以是连续的或离散的。尽管用于充分描述连续的，可能是多维的关系曲线的参数能够被直接地加载于控制单元118，然而在本实施例中，由中央服务器120产生简化的查询表，在所述查询表中流速、时间等被划分为尺寸适当的离散区间。这个查询表被加载到控制单元118上并如前文所述使用。该表会随着时间递增，也会随着中央服务器校正简化的查询表以采纳例如未来24小时或未来一周的天气预报，或如高尔夫联赛的未来的比赛时间，而进行周期性更新。

从中央设备120提供给控制单元118的参数使得，如果通信在更新的参数能够被加载之前在任意时刻有中断，则将有足够的参数用于在一段时间如平日、周末之类等特定的时间内适当地调节输出压力。

中央服务器120能够控制数个分别具有各自的PRV的独立的DMA。在DMA之间具有一定的相似性的情况下，中央服务器120优选地使用从一个DMA获得的数据以改进针对不同DMA而确定的参数的精确度。仅以举例的方式，由记录的关于第一个DMA的数据可以确定，在确定流速M、时间T和P2-P3之间的最佳关系时，日照的时间相比于一年中的月份具有更显著的效果；这一认知能够用于优化第二DMA的参数，所述第二DMA甚至可以不具有测光计。这样，优化使用由可行的训练数据构成。

任意特定的DMA中的控制单元118可具有如下设备，该设备能够手动地临时代替现有关系式，即将任意现有的自动推出或手动设置的参数替换为新的临时设置的参数，同时还应能够返回原始状态。

可选的流速监控系统能够用来触发紧急P2替代。紧急P2压力编程为已设定流速触发。如果流速M超过触发流速，控制单元118将控制先导阀2′，以引起PRV将P2增大至紧急值。这个功能将向DMA提供高压供应，例如在预定的低压期期间出现消防用水需求的情况。

所有的控制方法以以下报告功能为特征，例如：SMS、RS232、IrDA和(可选)无线输出；报告详细的所有变量；报告详细的P1、P2、(P3如果测量的话)、流速的最大、最小和平均值(最小和最大值与日期/时间码一同记录)；警报SMS功能，当任意参数偏离警戒设定范围或较差的全自动曲线匹配时发出警告；通过RS232转储的数据记录器。

记录间隔是可调的，例如，10秒、30秒、1分钟、5分钟、15分钟、或一小时。本实施例中，间隔优选地设置为每隔15分钟。

控制单元118可以包括电力节约功能。这样，控制单元可以仅当测得的P2压力已经超过与P2压力目标值的设定偏差范围时调节PRV。所述偏差范围可调。增大偏差范围将使P2响应更不精确，但是将需要更少的调节因此延长了电池寿命。当依靠可选的外部电源运转时，可以减小最大偏差范围来实现更精确的P2输出特性。

与在PRV控制空间内的压力相关的信息可以用于推断PRV的开放或闭合程度，或用在一些实施例中，基于入口压力P1、控制空间压力和流速M来估计PRV出口压力。控制单元118由此能够探测P2出口压力传感器的故障和/或在没有正在发挥功能的P2压力传感器的情况下运行。类似地，涉及控制空间压力的信息能够用在一些实施例中，以从涉及入口压力P1、出口压力P2和控制空间压力的信息中估计通过PRV的流速M。控制单元118因此能够探测流速传感器中的故障和/或在没有正在发挥功能的流速传感器的情况下运行。

通过使用电池动力，控制单元将被设定为，每小时将粗略地进行一次调节，而在高峰变化时段期间则进行更频繁的调节(大约每隔15分钟)。因此，每天调节的具体次数估计大约在32到36次。可选地，通过限制每24小时时段内所做调节的最高次数，进一步实现电力节约。一旦已经进行了设定次数的调节，则PRV将设置成默认(参数设置)输出压力。这个功能将用于需要电池寿命超过设定时间周期的情况。

可以给操作者提供图表，以使他们能够设定控制单元并估计相关联的电池寿命。永久存储功能可以可行地用于记录自从新的电池组安装以来的调节的总次数。

大体上，控制单元优选地密切注意地设计为将电源消耗降至最低，只要可能就采用最佳的设计规划和最新低能耗技术。

控制单元能够监控电池寿命(包括任意外部SMS/PSTN或其它通信单元的电池寿命)并且在电池寿命低于设定限制值时发出警报(如通过SMS消息)以警告中央控制系统。

控制单元118包括本地和远程压力调制容量的全部范围，结合多种改进性能、简化设置和减少维护的功能。控制器被设计和构造为可靠的、耐用的、通用的和易于使用的。控制单元是一个多功能的控制器和数据记录器。

携带笔记本电脑或PDA的工程师能够访问带有以下功能的软件：

查询表测试功能以对多种情景进行建模；

设置控制器上的数据记录器；

设置远程P3压力记录器上的数据记录器；

下载或读取记录器数据；

以绘图和制表形式呈现；

建立点值、最大/最小值等等；

校准记录器/控制器；

设置记录速度；

分配记录器ID；

调节时钟；

配置所有模式、输入和输出；

调节参数；以及

设置通信。

如上文所指出，控制单元能够使用平衡点先导阀来控制PRV 102；这种控制由控制轴的旋转位置的电动机控制实现。然而，在替代实施例中，可以进行PRV的直动型电磁阀控制。在这样的设计方案中，控制单元将连接到两个电磁阀，其中一个使PRV的顶室能够以P1压力进给，另一个使PRV的顶室压力能够减小到P2。可选的第三个电磁阀能够使顶室能够通向大气或可选的文氏管。

大体上，本发明各实施例中所使用的各部件之间的通信能够通过有线连接进行，例如串行接口(RS232)、通用串行总线(USB)、Firewire(TM)、LAN或WAN、可选的光纤连接等；短距离无线通信，例如红外(IrDA)、电感耦合、蓝牙、Wi-Fi等；或是利用合适射频和协议的远距离通信、例如利用SMS消息传递的蜂窝式移动通信网络等。通信可以直接进行、沿着诸如因特网的网络进行、通过中央控制中心进行等。部件可以被配置为网络服务器，与其连接并访问数据得到简化。

涉及水和其它液体领域的技术人员可以理解，本发明的应用并非限制性的，而且本发明可应用于其它流体包括气体的配送。

Claims (18)

1.一种用于控制流体启动减压阀的运行的先导阀，所述先导阀包含外壳、第一阀元件与第二阀元件，所述第一阀元件安装在外壳内，用于响应于减压阀的出口压力而相对于外壳并相对于第二阀元件而运动，所述先导阀适于根据所述第一阀元件和第二阀元件的相对位置来控制减压阀的运行，其中，所述第一阀元件和第二阀元件的其中之一包含孔隙，并且所述第一阀元件和第二阀元件中的另一个包含阻断部，所述阻断部被安排用于相对所述孔隙进行运动，以致所述孔隙和阻断部之间的相对运动改变穿过所述阀的流动，并且所述阀包含调节器，所述调节器用于调节所述孔隙和所述阻断部的相对位置，其特征在于，所述阻断部被安排用于穿过孔隙的相对滑动运动，以致在第一元件和第二元件之间的相对运动改变穿过孔隙的流通截面，调节器确定孔隙的流通截面，该流通截面将被提供用于第一阀元件和第二阀元件的给定的相对位置。

2.根据权利要求1所述的先导阀，其特征在于，所述第一阀元件安排为纵向移动，所述孔隙与所述纵向横切地定向，并且在所述阻断部与所述孔隙之间存在纵向的相对滑动运动，以依据所述第一阀元件的纵向位置控制所述孔隙的流通截面。

3.根据权利要求2所述的先导阀，其特征在于，所述调节器促使所述孔隙和阻断部的纵向相对运动。

4.根据权利要求2所述的先导阀，其特征在于，所述调节器促使所述孔隙和阻断部之间的关于纵向的相对转动。

5.根据权利要求4所述的先导阀，其特征在于，所述阻断部限定出一边缘，该边缘在纵向上的轴向延伸度在相对转动的圆周方向上变化。

6.根据权利要求4或5所述的先导阀，其特征在于，所述调节器促使所述第二阀元件的转动。

7.根据权利要求6所述的先导阀，其特征在于，所述第二阀元件在纵向上固定。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的先导阀，其特征在于，所述孔隙设于所述第一阀元件中，并且所述阻断部由所述第二阀元件提供。

9.根据权利要求8所述的先导阀，其特征在于，所述第一阀元件包括轴向延伸的管状部件，其被安排用来与减压阀的控制室流体相通，并且该管状部件具有贯穿其中的孔隙，所述孔隙的出口与减压阀的流体的出口压力连通。

10.根据权利要求9所述的先导阀，其特征在于，所述第二阀元件形成为与所述第一阀元件同轴安置的套筒。

11.根据权利要求10所述的先导阀，其特征在于，所述套筒安装在所述第一阀元件的外侧上。

12.根据权利要求10或11所述的先导阀，其特征在于，所述套筒具有在其中圆周延伸的孔，所述孔限定出所述阻断部的边缘。

13.根据上述任一项权利要求所述的先导阀，其特征在于，存在多个孔隙以及与其对应的多个阻断部。

14.根据权利要求13所述的先导阀，其特征在于，所述先导阀具有两个直接相对的孔隙。

15.根据上述任一项权利要求所述的先导阀，其特征在于，所述调节器连接于用于指示所述第二阀元件相对于外壳的位置的位置指示装置。

16.一种用于控制流体压力的装置，其包括上述任一项权利要求所述的先导阀，并且进一步包括连接至先导阀的减压阀。

17.根据权利要求16所述的装置，进一步包含用于依据减压阀的输出流速控制先导阀的控制装置。

18.一种包含如权利要求17所述的装置的供水系统。

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