CN101818828B

CN101818828B - 具有遥控功能的热动调节阀

Info

Publication number: CN101818828B
Application number: CN2010101479157A
Authority: CN
Inventors: 王建华
Original assignee: Shanghai Institute of Technology
Current assignee: Shanghai Institute of Technology
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2030-04-15
Also published as: CN101818828A

Abstract

本发明涉及一种具有遥控功能的热动调节阀，遥控器发出信号到红外接收模块，温度控制芯片输入红外接收模块信号和温度传感器信号后经计算处理后，输出信号通过固态继电器控制PTC加热器，使加热腔体内的气体受热膨胀，压缩与PTC加热器处于同一加热腔体内的波纹管使之产生推力，带动波纹管内的推杆运动，从而带动阀芯运动。推杆运动压缩与之相连位于加热腔体外的平衡弹簧，使平衡弹簧的反作用力与波纹管的推力相平衡。此调节阀简化现有的电动、气动、液动执行机构调节阀芯的移动的原理、结构，使其结构简单、功率小，运行可靠、安装使用方便，价格低廉、可降低阀门的制造成本。

Description

具有遥控功能的热动调节阀

技术领域

本发明涉及一种调节阀，特别涉及一种具有遥控功能的热动调节阀。

背景技术

工业自动控制中常用的调节阀按使用的能源种类，可分为气动、电动、液动三种。

如图1所示气动薄膜调节阀由气动执行机构和阀体5组成。气动执行机构接受气动调节器或阀门定位器输出的气压信号P，并将其转换成相应的输出力F和直线位移1，以推动阀座6内的阀芯7动作。当信号压力通入由上膜盖1和膜片2组成的气室时，在膜片2上产生一个向下的推力，使推杆4向下移动平衡弹簧3，当弹簧3的反作用力与信号压力在膜片2上产生的推力相平衡时，推杆4稳定在一个对应的位置，推杆4的位移1即为执行机构的输出，也称行程。

如图2所示电动调节阀由电动执行机构和阀体组成。执行机构由伺服电机11、减速器和位置发送器10三部分组成。它接受伺服放大器或操作器的输出信号，控制伺服电机11的正、反转，再经减速器减速后变成输出力矩去推动调节机构动作，以推动阀芯20动作。与此同时，位置发送器将调节机构的角位移转换成相应的直流电流信号，用以指示阀位，并反馈到伺服放大器的输入端，去平衡输入电流信号。其中减速器包括齿轮12和手轮13，其中调节机构包括偏心轴14、内齿轮15、摆轮16、联轴器17、输出轴18和推杆19组成。

从气动薄膜调节阀、电动调节阀的工作原理可见气动调节阀具有结构简单、工作可靠、价格便宜、维护方便、防火防爆等优点，缺点是其工作能源需要专用压缩空气气源提供。电动调节阀的优点是能源取用方便、信号传输速度快和便于远传，缺点是结构复杂、价格贵。液动调节阀的推力最大，缺点是其工作能源需要专用液压泵站提供，所以使用不多。上述三种气动、电动、液动调节阀由于价格和工作能源等原因主要在工业自动控制中应用。

发明内容

本发明是针对常用调节阀不适用与家庭的问题，提出了一种具有遥控功能的热动调节阀，可在北方家庭供热系统中安装在散热器前端，当室内温度升高时，阀门减小开度，使散热器的热水供应减少，当室内温度下降时则过程相反，这样就能达到控制室内温度的目的。用户可根据需要用遥控器设定室内温度，热动调节阀将按设定的温度要求自动控制散热器的热水流量，从而使室内温度恒定在用户设置的设定值上，由此将减少能耗。

本发明的技术方案为：一种具有遥控功能的热动调节阀，包括执行机构和阀体，执行机构固定在阀体上，还包括温度控制器和遥控器，执行机构包括PTC加热器、波纹管、加热腔体、平衡弹簧、推杆，温度控制器包括温度控制芯片、红外接收模块、温度传感器和固态继电器，遥控器发出信号到红外接收模块，温度控制芯片输入红外接收模块信号和温度传感器信号后经计算处理后，输出信号通过固态继电器控制PTC加热器，处于加热腔体内的PTC加热器使加热腔体内的气体受热膨胀，压缩与PTC加热器处于同一加热腔体内的波纹管，使之产生推力，带动波纹管内的推杆运动，从而带动与之相连的阀芯运动，推杆运动压缩与之相连位于加热腔体外的平衡弹簧，使平衡弹簧的反作用力与波纹管的推力相平衡。

所述PTC加热器采用了PTC陶瓷片，PTC陶瓷片的两个电极通过高温导线与固态继电器、交流电源连接。

所述用高温环氧树脂固定PTC加热器外的高温保护管，使PTC加热器悬空于密封加热腔体内。

本发明的有益效果在于：本发明具有遥控功能的热动调节阀，简化现有的电动、气动、液动执行机构调节阀芯的移动的原理、结构，使其结构简单、功率小，运行可靠、安装使用方便，价格低廉、可降低阀门的制造成本。

附图说明

图1为现有技术中气动薄膜调节阀结构示意图；

图2为现有技术中电动调节阀结构示意图；

图3为本发明具有遥控功能的热动调节阀中热动调节阀结构示意图；

图4为本发明具有遥控功能的热动调节阀中温度控制器电路框图；

图5为本发明具有遥控功能的热动调节阀中遥控器电路框图。

具体实施方式

具有遥控功能的热动调节阀主要由热动调节阀、温度控制器和遥控器三部分组成，如图3所示热动调节阀结构示意图，热动调节阀主要包括PTC加热器31、隔热垫32、加热腔体33、波纹管34、推杆35、阀罩36、定位螺母37、基座38、支承件39、调整螺母40、支架41、平衡弹簧42、阀体43、阀芯44。如图4所示温度控制器电路框图，温度控制器包括温度控制芯片45、红外接收模块46、温度传感器47和固态继电器48。如图5所示遥控器电路框图，遥控器49包括红外发射芯片、控制芯片、按键和显示模块。

具有遥控功能的热动调节阀是利用PTC加热器31的温度变化使单端密封波纹管34的体积形成热胀、冷缩而发生变形带动阀门的开启、关闭。当温度控制器45的PWM(脉冲宽度调制)输出增加时，通过SSR48(固态继电器)控制PTC加热器41升温，处于加热腔体内的PTC加热器31使加热腔体内的气体受热膨胀，压缩与PTC加热器处于同一加热腔体内的波纹管34，使之产生推力，带动波纹管34内的推杆35运动，从而带动与之相连的阀芯44运动，推杆35运动压缩与之相连位于加热腔体外的平衡弹簧42，使平衡弹簧42的反作用力与波纹管34的推力相平衡。当平衡弹簧42的反作用力与波纹管34的推力相平衡时，推杆35稳定在一个对应的位置，阀门开启度减小，推杆35的位移l即为执行机构的输出，也称行程。反之当温度控制芯片45PWM输出减小时，通过SSR48(固态继电器)控制PTC加热器31降温，波纹管34回复产生的推力减少，平衡弹簧42回复，使推杆35向上移动，当平衡弹簧42的反作用力与波纹管34的推力相平衡时，推杆35稳定在一个对应的位置，阀门开启度增大。

具有遥控功能的热动调节阀特点在于：

1)由红外遥控器49进行温度设定，红外接收模块46接收温度设定值，温度控制器45将温度传感器47的温度值与温度设定值进行比较后，由温度控制器45产生相应的PWM输出信号，通过SSR48控制热动调节阀改变散热器的热水流量进行室内温度调节。

2)温度控制器45的PWM输出信号通过SSR48控制PTC加热器31升温、降温使加热腔体33内的空气体积膨胀、收缩，加热腔体33内的波纹管34产生推力增大、减小，带动推杆35向下、向上移动，从而使阀门的开启度减小、增大，达到控制室内温度的目的。

3)PTC加热器31采用了PTC陶瓷片，当加热腔体33内温度过高时，PTC的正温度效应使其内电阻增加，降低发热量，使用安全。PTC加热器31外形结构为长度：25mm，宽度：15mm，厚度：3.5mm，表温80～280℃，电压：10～240V。

4)用高温环氧树脂固定PTC加热器31的高温保护管，使其悬空于密封加热腔体33内，PTC陶瓷片的两个电极通过高温导线K与SSR48、220VAC连接。

5)SSR48采用PSSR-P201其主要特征是超小型、光电隔离。外观尺寸长×宽×高(mm)：22×7×17.5。输入电压范围：4～6VDC；输入最大输入电流：10～15mA；输出电压范围：24～240VAC；最大负载电流：1A；介质耐压：2500VAC；绝缘电阻：1000MΩ；工作温度范围：-40～80℃。

6)遥控器49由红外发射模块(SE303)、液晶显示(EDS812A)、按键、CPU(MSP430F415)组成，它可提供三种控制功能：人工温度控制：根据当前人工设定的设定温度值，实行房间温度自控控制。时段编程控制：每天24小时为24个时段，每个时段可预先设定为节能温度或舒适温度。根据个人生活作息习惯，个性设置时段与温度。时段编程控制以7天为一个循环周期。防冻保护控制：设定温度为8℃，确保房间温度不低于8℃，以防止因温度过低引起系统水冻结。此功能也可在设置中关闭。

7)温度传感器47(LM135)接入温度温度控制器45CPU(STC12C5A60S2)的P1.1接口，通过P1.1接口接收温度传感器47电压信号。

8)温度控制器45CPU的PWM控制信号通过P2.6接口输出控制SSR48。

9)红外接收模块46(TSOP1838SS)接入温度温度控制器45CPU的P1.0接口，用于接收红外遥控器49的设定信号。

10)波纹管34规格为：U型波纹管(H80)，波纹管波数为25，单头封口(DW型)，内径32mm外径46mm，板厚0.03mm。

11)加热腔体33通过支架用定位螺母37固定在基座38上，基座38通过支架连接在阀体43上。

12)推杆35在支撑件39内活动配合，它的顶部装有隔热垫。

13)平衡弹簧42与调整螺母40相配合可进行调节阀初始开度调整，并平衡推杆35与阀芯44重力。

14)波纹管34受热膨胀时带动推杆35移动而推动阀芯44工作，可工作伸长量l。

举例波纹管规格为：U型波纹管(H80)，弹性模量E＝1.16×10⁵N/mm²，泊松比μ＝0.3，波纹管波数为25，单头封口(DW型)，内径32mm外径46mm，波纹管壁厚0.03mm，波纹倾角α＝4°46′，波纹管刚度

又假设加热腔体内的温度由20℃加热上升至45℃。根据气体压强公式：PV＝nRT，P表示压强；V表示气体体积；n表示物质的量，

(其中：空气密度m＝1.293kg/m³，空气的摩尔质量 )；T表示绝对温度；R表示气体常数，所有气体R值均相同，如果压强、温度和体积都采用国际单位(SI)，

则：计算波纹管内压力变化ΔP为：

ΔP = P_{2} - P_{1} = \frac{nR}{V} T_{2} - \frac{nR}{V} T_{1} = \frac{nR}{V} (T_{2} - T_{1}) = \frac{1.293 \times 8.314 \times 25}{29 \times 10^{- 3}} = 9.268 \times 10^{3} (Pa)

P——压力，单位：帕

k——刚度，单位：

S——位移，单位：mm；Ae——波纹管有效面积，单位mm²；

S = \frac{P A_{e}}{k} = \frac{9.268 \times 10^{3} \frac{N}{m^{2}} \times 4775.94 {mm}^{2}}{3.815 \frac{N}{mm}} = 11.602 mm

上述说明用PTC加热31使加热腔体内的温度上升25℃，波纹管34将产生11.602mm位移和44.28N推力，可以满足热动调节阀开启与关闭全行程和推力的要求。

Claims

1.一种具有遥控功能的热动调节阀，包括执行机构和阀体，执行机构固定在阀体上，其特征在于，还包括温度控制器和遥控器，执行机构包括PTC加热器、波纹管、加热腔体、平衡弹簧、推杆，温度控制器包括温度控制芯片、红外接收模块、温度传感器和固态继电器，遥控器发出信号到红外接收模块，温度控制芯片输入红外接收模块信号和温度传感器信号后经计算处理后，输出PWM信号通过固态继电器控制PTC加热器，处于加热腔体内的PTC加热器使加热腔体内的气体受热膨胀，压缩与PTC加热器处于同一加热腔体内的波纹管，使之产生推力，带动波纹管内的推杆运动，从而带动与之相连的阀芯运动，推杆运动压缩与之相连位于加热腔体外的平衡弹簧，使平衡弹簧的反作用力与波纹管的推力相平衡。

2.根据权利要求1所述具有遥控功能的热动调节阀，其特征在于，所述PTC加热器采用了PTC陶瓷片，PTC陶瓷片的两个电极通过高温导线与固态继电器、交流电源连接。

3.根据权利要求1所述具有遥控功能的热动调节阀，其特征在于，用高温环氧树脂固定PTC加热器外的高温保护管，使PTC加热器悬空于密封加热腔体内。