CN106704667B - 一种管路阻力动态自动式调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管路阻力动态自动式调节装置，包括阀瓣和执行机构，所述阀瓣和执行机构一体化成型，执行机构连接阀瓣使之能够控制阀瓣，执行机构包括驱动单元和控制单元，所述阀瓣上设有α角度的导流槽。所述导流槽至少为一个，也可以增设为两个以上。所述管路阻力动态自动式调节装置还包括变送器，变送器与执行机构的控制单元连接。采用本发明的技术方案，方便安装，一体化的结构能够在施工现场实时即可完成安装，同时，解决现有的阀瓣由于为全封闭设计，操作人员在实行关断操作时易产生误操作而导致完全关断的问题，并且能够通过变送器动态跟踪介质的温度和压力，使得调节装置能够对介质的流量进行动态调节。
Description
技术领域
本发明涉及一种管路流体阻力调节装置，特别是一种管路阻力动态自动式调节装置。
背景技术
在工业管路控制领域中，为了保持管路中的介质始终流通，现有的管路调节装置系统中通常使用的调节阀有普通电动阀门和机械恒流阀两种。
现有管路电动阀门的调节装置系统由电动调节阀、控制箱和变送器组成。变送器采集信号，将信号反馈到控制箱，控制箱中的PLC驱动电动阀门进行开度调节。
现有管路采用电动阀门的调节装置系统有如下缺点：
1、系统由多个独立的设备组成，由不同的厂家负责生产。每一个构件均承担不同的功能，组装工序繁琐，通过机械连接等方式完成连接。调节阀、控制箱、变送器和管路之间易出现不匹配的问题。如果哪个部件产生问题，就需要对零件进行拆卸和修理，检修效率慢，检修成本高；
2、此系统不具备判断运算和自动跟随能量调节的能力，需要专门的工程师花费大量的时间和精力根据现场要求定制软件，无形之中增加了人工成本。
3、在一些对流量调节要求很高却又不能关断的工业管路控制领域中，此系统中的阀瓣由于为全封闭设计，操作人员在实行关断操作时易产生误操作而导致完全关断，从而发生事故。
而现有管路采用机械恒流阀的调节装置系统除上述电动阀门存在的缺点外，还存在如下问题：
1、系统机械化结构强，被动接受调节，调节精度和范围差以及故障率极高；
2、机械恒流阀的操作复杂，对操作人员的技术要求高，并且由于现有的机械恒流阀的阀瓣一般采用全封闭的设计，操作人员易产生误操作导致阀门关死；
3、机械恒流阀在调节流量的过程中需损耗管道阻力，带来循环能耗的增加。
发明内容
发明目的：本发明的目的在解决现有的管路调节装置，系统设备各自独立，易出现不匹配，调节阀关断易导致事故发生，不具备判断运算和自动跟随能量调节的能力的问题。
技术方案：本发明提供以下技术方案：一种管路阻力动态自动式调节装置，包括阀瓣和能够控制阀瓣的执行机构，执行机构连接阀瓣使之能够控制阀瓣，所述阀瓣上设有至少一个α角度的导流槽。
α角度的开度不少于1°，不超过36°。由于阀瓣本身的作用即在于能够对流量进行控制，故肯定要对其中流体等进行阻挡作用，故α角度必须为一上限值，此处36°也仅为一优选方式，而本申请的作用即为防止管路完全关断导致事故，故此处采用1°也仅为优选，需根据具体情况改进。
管路上还设有用于固定阀瓣的卡口。
作为优化，所述导流槽有两个，且对称设置于阀瓣上。
此处的对称设计更优选的可采用对称所采用的平面与水平面平行，由于流体等介质永远是平行于水平面，采用此种对称方式能够保证压差平衡。
作为优化，还包括变送器，变送器与执行机构的控制单元连接。
作为优化，所述阀瓣上还设有用于控制导流槽开合度的扇形挡板，扇形挡板与执行机构的驱动单元连接。
扇形挡板的存在即在于可以在出厂前根据施工环境可以确定是否需要安装上去，同时，α角度的上限值或者下限值固定，然后通过扇形挡板的存在能够针对不同的工作环境做出应对。
作为优化，所述阀瓣和执行机构一体化成型。
采用一体化成型保证了施工的方便性。
所述执行机构包括驱动单元和控制单元。
作为优化，所述执行机构的控制单元为单片机。
此处的单片机可采用8位、16位或32位单片机芯片，能够对简单的物理运动做出控制，成本低，但是效果达到预期值。
作为优化，所述导流槽为扇形并且与扇形挡板位于同一圆心。
作为优化，所述变送器包括温度探头和压力探头。
此处采用温度探头和压力探头即为能够对流体的温差和压差进行实时跟踪。
作为优化，所述扇形挡板的圆心角小于导流槽的圆心角，使得扇形挡板无法完全挡住导流槽。
工作原理：当执行单元控制阀瓣关闭，根据阀瓣α角度，可以算出通量与阻力，例如管路阻力动态自动式调节装置达到最小开度，当α角度为36°，阀瓣与介质流向成90°时，即阀瓣关闭，电动调节一体化阀的最小开度为20％，阻力为80％；当执行单元控制阀瓣完全开启，即阀瓣与介质的流向平行，管路阻力动态自动式调节装置达到最大开度100％，阻力为0％。
有益效果：本发明与现有技术相比：
1、管路阻力动态自动式调节装置中执行机构和阀瓣的一体化设计的设计极大地优化了线路结构，安装实施易于实现，解决了设备间不匹配的问题；需要说明的是，本申请中也可将变送器整合进执行机构和阀瓣，达到一体化的目的；
2、本发明结构简单，方便系统维护和故障检测，并且由于阀瓣的导流槽的存在，使得阀瓣的使用材料相对于一般阀门的生产材料更少，生产成本降低；
3、系统有控制单元，利用装在管路上的温度探头和压力探头采集管路内部介质的压力、温度信号，通过单片机或者其他具有运算能力的计算机结构的运算并输出控制信号，控制阻力调节装置、调节管路阻力实现动态恒流量、恒压力控制，也可根据管路内介质的温度变化实现自动能量跟踪控制等功能，更加智能化；
4、安全级别高，在阀瓣上开有α角度的导流槽，不仅能弥补损耗，更好地满足管路阻力动态自动式调节装置的开度与管道阻力值成反比的线性特性，也能避免由于误操作使得电动阀门完全关断而发生事故的现象，事故发生的减少能够帮助我们达到节约售后成本的效果。
附图说明
图1为现有技术的系统示意图；
图2为本发明的机构示意图；
图3为本发明增加变送器后的结构示意图；
图4为本发明在阀瓣上安装了挡板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式作详细阐述：
实施例1
一种管路阻力动态自动式调节装置，包括阀瓣1和能够控制阀瓣1的执行机构，执行机构连接阀瓣1使之能够控制阀瓣1，执行机构包括驱动单元2和控制单元3，所述阀瓣1上设有至少一个α角度的导流槽4。
α角度的开度不少于1°，不超过36°。由于阀瓣1本身的作用即在于能够对流量进行控制，故肯定要对其中流体等进行阻挡作用，故α角度必须为一上限值，此处36°也仅为一优选方式，而本申请的作用即为防止管路完全关断导致事故，故此处采用1°也仅为优选，需根据具体情况改进。
管路上还设有用于固定阀瓣1的卡口(未图示)。
所述导流槽4有两个，且对称设置于阀瓣1上。此处的对称设计更优选的可采用对称所采用的平面与水平面平行，由于流体等介质永远是平行于水平面，采用此种对称方式能够保证压差平衡。
还包括变送器，变送器与执行机构的控制单元3连接。
所述阀瓣1和执行机构一体化成型。采用一体化成型保证了施工的方便性。
所述执行机构的控制单元3为单片机。此处的单片机可采用8位、16位或32位单片机，例如89C51单片机芯片，能够对简单的物理运动做出控制，成本低，但是效果达到预期值。
所述导流槽4为扇形并且与扇形挡板5位于同一圆心。
所述变送器包括温度探头6和压力探头7。此处采用温度探头和压力探头即为能够对流体的温差和压差进行实时跟踪。
压差＝出水口的压力探头采集到的压力信号-进水口的压力探头采集到的压力信号。
温差＝出水口的温度探头采集到的温度信号-进水口的温度探头采集到的温度信号。
故由上述的两个公式可以看出至少需要两个温度探头和两个压力探头，分别对进水口和出水口的温度和压力进行侦测。
当执行单元控制阀瓣1关闭，根据阀瓣α角度，可以算出通量与阻力。
例如管路阻力动态自动式调节装置达到最小开度，当α角度为36°，阀瓣1与介质流向成90°时，即阀瓣1关闭，管路阻力动态自动式调节装置的最小开度为20％，阻力为80％；当执行单元控制阀瓣完1全开启，即阀瓣1与介质的流向平行，管路阻力动态自动式调节装置达到最大开度100％，阻力为0％。
实施例2
一种管路阻力动态自动式调节装置，包括阀瓣1和能够控制阀瓣1的执行机构，执行机构连接阀瓣1使之能够控制阀瓣1，执行机构包括驱动单元2和控制单元3，所述阀瓣1上设有至少一个α角度的导流槽4。
α角度的开度不少于1°，不超过36°。由于阀瓣1本身的作用即在于能够对流量进行控制，故肯定要对其中流体等进行阻挡作用，故α角度必须为一上限值，此处36°也仅为一优选方式，而本申请的作用即为防止管路完全关断导致事故，故此处采用1°也仅为优选，需根据具体情况改进。
所述导流槽4有两个，且对称设置于阀瓣1上。此处的对称设计更优选的可采用对称所采用的平面与水平面平行，由于流体等介质永远是平行于水平面，采用此种对称方式能够保证压差平衡。
还包括变送器，变送器与执行机构的控制单元连接。
所述阀瓣1上还设有用于控制导流槽4开合度的扇形挡板5，扇形挡板5与执行机构的驱动单元2连接。扇形挡板5的存在即在于可以在出厂前根据施工环境可以确定是否需要安装上去，同时，即α角度的上限值或者下限值固定，然后通过扇形挡板5的存在能够针对不同的工作环境做出应对。
所述阀瓣1和执行机构一体化成型。采用一体化成型保证了施工的方便性。
所述执行机构的控制单元3为单片机。此处的单片机可采用8位、16位、32位单片机，例如89C51单片机芯片，能够对简单的物理运动做出控制，成本低，但是效果达到预期值。
所述导流槽4为扇形并且与扇形挡板5位于同一圆心。
所述变送器包括温度探头6和压力探头7。此处采用温度探头6和压力探头7即为能够对流体的温差和压差进行实时跟踪。
压差＝出水口的压力探头采集到的压力信号-进水口的压力探头采集到的压力信号。
温差＝出水口的温度探头采集到的温度信号-进水口的温度探头采集到的温度信号。
故由上述的两个公式可以看出至少需要两个温度探头6和两个压力探头7，分别对进水口和出水口的温度和压力进行侦测。
所述扇形挡板5的圆心角小于导流槽的圆心角，使得扇形挡板5无法完全挡住导流槽4。
实施例2与实施例1工作原理的区别在于：在出厂阶段即可根据所需使用的工作环境对阀瓣是否添加挡板进行操作，其次在具体工作过程中，如果关断的流量仍然超过或者低于目标值，可以调节挡板使得其达到目标值的目的。
对比例
现有管路电动阀门的调节装置系统由电动调节阀、控制箱和变送器组成。变送器采集信号，将信号反馈到控制箱，控制箱中的PLC驱动电动阀门进行开度调节。
实施例与对比例的区别在于：
1、实施例为一体化成型，模块化设计，安装方便，不需要再对进行机械连接的各个部件进行单独安装；
2、实施例增加了导流槽的设计，解决了在一些对流量调节要求很高却又不能关断的工业管路控制领域中，防止系统中的阀瓣由于为全封闭设计，导致工作人员因误操作使得阀瓣关死，从而导致管路堵死引起事故的问题；
3、实施例在导流槽上增加了扇形挡板的设计，扇形挡板5的存在即在于可以在出厂前根据施工环境可以确定是否需要安装上去，同时，即α角度的上限值或者下限值固定，然后通过扇形挡板5的存在能够针对不同的工作环境做出应对。
实施例3
即工作原理的具体实施：
1、动态恒压力控制功能的具体操作方法：在控制单元3输入出水压力设定值。出水口的压力探头7采集压力信号并反馈给控制单元3，由控制单元3进行判断。如果出水口的压力探头7采集到的压力信号大于出水压力设定值，则控制单元3发出操作指令，增大阀瓣1与介质的垂直平面面积，减小开度，从而增大阻力，以致出水口的压力探头7采集到的压力信号等于输入出水压力的设定值。如果出水口的压力探头7采集到的压力信号小于出水压力设定值，则操作相反。
2、动态恒流量控制功能的具体操作方法：在控制单元3输入压差设定值。
出水口的压力探头7和进水口的压力探头7采集压力信号并反馈给控制单元3，由控制单元3进行减法运算和判断。如果控制单元3计算的实际压差大于压差设定值，则控制单元3发出操作指令，增大阀瓣1与介质的垂直平面面积，减小开度，从而增大负荷，以致控制单元3计算的实际压差等于压差设定值。如果控制单元3计算的实际压差小于压差设定值，则操作相反。
3、自动能量跟踪控制功能的具体操作方法：在控制单元3输入温差设定值。
出水口的温度探头6和进水口的温度探头6采集温度信号并反馈给管路阻力动态自动式调节装置的控制单元3，由控制单元3进行减法运算和判断。当压差不变时，如果控制单元3计算的实际温差大于温差设定值，则负荷变高，控制单元3发出操作指令，减小阀瓣1与介质的垂直平面面积，增大开度，从而降低负荷，以致控制单元3计算的实际温差差等于温差设定值。如果控制单元3计算的实际温差小于温差设定值，则操作相反。
Claims (8)
1.一种管路阻力动态自动式调节装置，其特征在于：包括阀瓣和能够控制阀瓣的执行机构，执行机构连接阀瓣使之能够控制阀瓣，所述阀瓣上设有至少一个α角度的导流槽；所述阀瓣上还设有用于控制导流槽开合度的扇形挡板，扇形挡板与执行机构的驱动单元连接；所述扇形挡板的圆心角小于导流槽的圆心角，使得扇形挡板无法完全挡住导流槽。
2.根据权利要求1所述的管路阻力动态自动式调节装置，其特征在于：所述导流槽有两个，且对称设置于阀瓣上。
3.根据权利要求1所述的管路阻力动态自动式调节装置，其特征在于：还包括变送器，变送器与执行机构的控制单元连接。
4.根据权利要求1所述的管路阻力动态自动式调节装置，其特征在于：所述阀瓣和执行机构一体化成型。
5.根据权利要求1所述的管路阻力动态自动式调节装置，其特征在于：所述执行机构包括驱动单元和控制单元。
6.根据权利要求1或2所述的管路阻力动态自动式调节装置，其特征在于：所述导流槽为扇形并且与扇形挡板位于同一圆心。
7.根据权利要求3所述的管路阻力动态自动式调节装置，其特征在于：所述变送器包括温度探头和压力探头。
8.根据权利要求5所述的管路阻力动态自动式调节装置，其特征在于：所述执行机构的控制单元为单片机。
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