CN106979367A - 一种集成式流量平衡测量单元 - Google Patents

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李斌
蔡标华
俞健
谢江辉
张德满
尚进
李伟
白亚鹤
秦子明
陈国锋
严智远
唐昉
石兆存
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    • F16K17/00—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves
    • F16K17/20—Excess-flow valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0025—Electrical or magnetic means

Abstract

本发明公开了一种集成式流量平衡测量单元，包括阀体、阀芯、填料密封、阀芯组件、压力传感器、流量计、阀盖、驱动装置、控制箱，阀盖限位套、弹簧挡圈和弹簧，所述阀芯通过阀芯组件和填料密封与阀体连接，阀芯端面和侧面设有用于水流通的开孔，所述阀体两端分别设有一个压力传感器，两个所述压力传感器通过传感器信号线与控制箱连接，阀体上设有流量计，所述流量计通过流量计信号线与控制箱连接，所述阀盖限位套与阀盖连接，阀盖与阀体连接，阀盖限位套与阀芯形成的空腔内设有弹簧。该单元设计巧妙，配置简单，结构紧凑，兼具调节和多种测试功能，测试精度高，控制方便，可靠性高。

Description

一种集成式流量平衡测量单元
技术领域
本发明属于阀门技术领域，尤其涉及一种集成式流量平衡测量单元。
背景技术
近年来，流量平衡产品以其优异的节能性，解决了大部分系统中存在的水力失调的问题，因而受到了广泛的应用。现有流量平衡产品体积结构大，同时由于起始工作压差过高、阀芯振颤造成高噪声等问题，严重限制了其应用范围。流量平衡产品、压力、流量传感器都是供水系统管网中常设的组件，配合使用来实现供水管网的调节与状态监控。现有工业流量计测量精度低，同时安装条件苛刻，对前后直管段要求高，一般要求上游直管段长度≥5D(D为管路通径)，下游直管段长度≥3D(D为管路通径)，给现场安装造成了很大的困难。根据供水系统的发展要求，需解决流量平衡产品调节性能差、流量计测量精度低、安装困难的问题，急需发展体积小、调节测试性能优、可靠性高的集成式流量平衡测量单元。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种集成式流量平衡测量单元，该单元设计巧妙，配置简单，结构紧凑，兼具调节和多种测试功能，测试精度高，控制方便，可靠性高。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种集成式流量平衡测量单元，包括阀体、阀芯、填料密封、阀芯组件、压力传感器、流量计、阀盖、驱动装置、控制箱，阀盖限位套、弹簧挡圈和弹簧，所述阀芯通过阀芯组件和填料密封与阀体连接，阀芯端面和侧面设有用于水流通的开孔，所述阀体两端分别设有一个压力传感器，两个所述压力传感器通过传感器信号线与控制箱连接，阀体上设有流量计，所述流量计通过流量计信号线与控制箱连接，所述阀盖限位套与阀盖连接，阀盖与阀体连接，阀盖限位套与阀芯形成的空腔内设有弹簧，所述弹簧顶部通过弹簧挡圈与阀盖限位套连接，所述阀盖限位套与驱动装置连接，驱动装置与控制箱连接，控制箱与上位机电连接。
在上述技术方案中，阀体内设有多孔整流器，所述多孔整流器上设有多个孔径不同的整流孔，所述整流孔的直径为0.5—0.8mm。
在上述技术方案中，所述阀芯与阀体连接方式采用Y型阀体结构。
在上述技术方案中，所述阀体的进水口处设有滤除2mm以上颗粒的滤网，该滤网为可拆卸式。
在上述技术方案中，所述阀芯采用上置式结构。
在上述技术方案中，所述控制箱外设有CAN总线接口与上位机连接。
在上述技术方案中，所述弹簧的材质为06Cr17Ni12Mo2，所述阀体和阀芯的材质为钛合金，前述阀体和阀芯进行表面硬化处理，增强了防腐能力，也增强了抗冲刷能力，能适应高流速的液体。
在上述技术方案中，所述压力传感器和流量计上设有就地显示仪表。
在上述技术方案中，所述驱动装置为电动执行器。
在上述技术方案中，所述压力传感器与阀体之间设有压力传感器密封圈，所述流量计与阀体之间设有0型密封圈。
本发明的有益效果是：
1、该集成式流量平衡测量单元对流量平衡组件、压力传感器、流量传感器、多孔整流器进行集成设计，阀芯开孔线型和面积根据单元通径和常用流量通过流体连续性方程和伯努利方程迭代设计确定，具有体积小、适应能力强的优点；
2、阀芯采用上置式Y型阀体结构，减小阀体结构长度，减小阀内部流阻，增大阀门流通能力；同时阀体入口设有滤除2～3mm及以上颗粒的可拆卸式滤网，也能有效防止阀芯卡滞；
3、阀体上设有多孔整流器，整流器上设置有0.5～0.8mm通径不同的整流孔，涡流被最小化，配合阀体上的流量计，能减小安装空间，有效提高测量精度；
4、电动驱动装置通过驱动阀盖限位套的位置，与弹簧配合使用，完成集成式流量平衡测量单元不同工况下的流量调节；电动驱动装置与阀盖限位套采用直连式结构，有效缩小集成式流量平衡测量单元的体积，减小集成式流量平衡测量单元故障概率；
5、弹簧采用06Cr17Ni12Mo2，所述阀芯采用钛合金，同时进行表面硬化处理，有很强的防腐能力，耐海水和多种腐蚀介质；通过对阀芯前后压力(P1、P2)和系统流量(Q)的数据采集，完成对未知成份流体的密度ρ测量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中：1.阀体，2.阀芯，21.阀芯开孔，3.填料密封，4.阀芯组件，5.多孔整流器，6.压力传感器密封圈，7.压力传感器，8.压力传递信号线，9.流量计，10.流量传递信号线，11.O型密封圈，12.阀盖，13.电动驱动装置，14.控制箱，15.CAN总线接口，16.阀盖限位套，17.弹簧挡圈，18.弹簧，19.滤网。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示的一种集成式流量平衡测量单元，包括阀体1、阀芯2、填料密封3、阀芯组件4、压力传感器7、流量计9、阀盖12、驱动装置13、控制箱14，阀盖限位套16、弹簧挡圈17和弹簧18，所述阀芯2通过阀芯组件4和填料密封3与阀体1连接，阀芯2端面和侧面设有用于水流通的开孔21，所述阀体1两端分别设有一个压力传感器7，两个所述压力传感器7通过传感器信号线8与控制箱13连接，阀体1上设有流量计9，所述流量计9通过流量计信号线10与控制箱14连接，所述阀盖限位套16与阀盖12连接，阀盖12与阀体1连接，阀盖限位套16与阀芯2形成的空腔内设有弹簧18，所述弹簧18顶部通过弹簧挡圈17与阀盖限位套16连接，所述阀盖限位套16与驱动装置13连接，驱动装置13与控制箱14连接，控制箱14与上位机电连接。阀芯开孔21分为阀芯端面固定开孔和阀芯侧面开孔，开孔线型和面积由集成式流量平衡测量单元通径和常用流量通过流体连续性方程和伯努利方程迭代设计确定。所述驱动装置13与阀盖限位套16取消传动装置，采用直连式，有效缩小集成式流量平衡测量单元的体积，减小集成式流量平衡测量单元故障概率。驱动装置通过驱动阀盖限位套16的位置，与弹簧17配合使用，完成集成式流量平衡测量单元不同工况下的流量调节。
在上述技术方案中，阀体1内设有多孔整流器5，所述多孔整流器5上设有多个孔径不同的整流孔，所述整流孔的直径为0.5—0.8mm。多孔整流器5能极大限度地将流场平衡调整成理想状态，流体将被平衡调整，涡流被最小化，满足流量测试条件。
在上述技术方案中，所述阀芯2与阀体1连接方式采用Y型阀体结构。该结构能减小阀体结构长度，减小阀内部流阻，增大阀门流通能力。
在上述技术方案中，所述阀体1的进水口处设有滤除2mm以上颗粒的滤网19，该滤网19为可拆卸式，滤网19更换方便，同时能有效滤除大颗粒杂质。
在上述技术方案中，所述阀芯2采用上置式结构。阀芯2采用上置式结构，即使阀体1内留有小颗粒杂质或沉淀物，也能有效防止阀芯2卡滞。
在上述技术方案中，所述控制箱14外设有CAN总线接口15与上位机(未画出))连接。通过CAN总线接口15与上位机连接，能有效实现自动化，同时提高数据传输精度。
在上述技术方案中，所述弹簧18的材质为06Cr17Ni12Mo2，所述阀芯2的材质为钛合金，所述阀体1的材质为钛合金，前述阀体和阀芯2进行表面硬化处理，增强了防腐能力和抗冲刷能力，满足不同介质和高流速时的使用需求。
在上述技术方案中，所述压力传感器7和流量计9上分别设有就地显示仪表。就地显示仪表能实现数据的就地监测，不需要通过上位机既能得知压力和流量大小。
在上述技术方案中，所述驱动装置13为电动执行器。电动执行器通过控制阀盖限位套16的位置，通过改变弹簧18的压缩量，完成该集成式流量平衡测量单元不同工况下的流量调节。
在上述技术方案中，所述压力传感器7与阀体1之间设有压力传感器密封圈6，所述流量计9与阀体1之间设有0型密封圈11。
通过对阀芯2前后压力(P1、P2)和系统流量(Q)的数据采集，根据公式(1)，集成式流量平衡测量单元对完成对未知成份流体的密度ρ测量。根据公式ρ＝Q2/(P1-P2)，即可得出未知成分流体的密度。
本实施例中，该阀的行程为20mm，额定流量为15t/h，工作压差为20～200KPa，在工作压差范围内，分别对阀芯相对行程0％、25％、50％、75％、100％等5个开度进行试验，试验数据如下：
阀芯位置0mm时，阀前后压差为20KPa，流量为14.97t/h；
阀芯位置5mm时，阀前后压差为65KPa，流量为14.99t/h；
阀芯位置10mm时，阀前后压差为111KPa，流量为15.01t/h；
阀芯位置15mm时，阀前后压差为156KPa，流量为15.02t/h；
阀芯位置20mm时，阀前后压差为200KPa，流量为15.03t/h。
集成式流量平衡测量单元流量控制精度在0.5％以内。
通过设计多孔整流器5，能对流场进行平衡，降低了涡流、振动和信号噪声，流场稳定性大大提高，精确度比传统节流装置提升了5～10倍，重复性能达到0.2％。大多数情况下，其前后直管段为0.5D(D为管路通径)，节省了大量安装空间，扩大了应用范围。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集成式流量平衡测量单元，其特征是：包括阀体、阀芯、填料密封、阀芯组件、压力传感器、流量计、阀盖、驱动装置、控制箱，阀盖限位套、弹簧挡圈和弹簧，所述阀芯通过阀芯组件和填料密封与阀体连接，阀芯端面和侧面设有用于水流通的开孔，所述阀体两端分别设有一个压力传感器，两个所述压力传感器通过传感器信号线与控制箱连接，阀体上设有流量计，所述流量计通过流量计信号线与控制箱连接，所述阀盖限位套与阀盖连接，阀盖与阀体连接，阀盖限位套与阀芯形成的空腔内设有弹簧，所述弹簧顶部通过弹簧挡圈与阀盖限位套连接，所述阀盖限位套与驱动装置连接，驱动装置与控制箱连接，控制箱与上位机电连接。
2.根据权利要求1所述的集成式流量平衡测量单元，其特征是：阀体内设有多孔整流器，所述多孔整流器上设有多个孔径不同的整流孔，所述整流孔的直径为0.5—0.8mm。
3.根据权利要求1所述的集成式流量平衡测量单元，其特征是：所述阀芯与阀体连接方式采用Y型阀体结构。
4.根据权利要求1或3所述的集成式流量平衡测量单元，其特征是：所述阀芯采用上置式结构。
5.根据权利要求1所述的集成式流量平衡测量单元，其特征是：所述阀体的进水口处设有滤除2mm以上颗粒的滤网，该滤网为可拆卸式。
6.根据权利要求1所述的集成式流量平衡测量单元，其特征是：所述控制箱外设有CAN总线接口与上位机连接。
7.根据权利要求1所述的集成式流量平衡测量单元，其特征是：所述弹簧的材质为06Cr17Ni12Mo2，所述阀体、阀芯的材质为钛合金，前述阀体和阀芯进行表面硬化处理，增强了防腐能力，同时增加了抗冲刷能力，能适应高流速的液体。
8.根据权利要求1所述的集成式流量平衡测量单元，其特征是：所述压力传感器和流量计上设有就地显示仪表。
9.根据权利要求1所述的集成式流量平衡测量单元，其特征是：所述驱动装置为电动执行器。
10.根据权利要求1所述的集成式流量平衡测量单元，其特征是：所述压力传感器与阀体之间设有压力传感器密封圈，所述流量计与阀体之间设有0型密封圈。
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