CN108869820B - 一种智能省电恒流阀、恒流阀控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种智能省电恒流阀，该恒流阀包括外盖、阻尼外壳、阻尼构件、连接管道、阻尼叶轮、驱动电机(内置转速传感器)、连接柱。其中阻尼外壳通过连接柱与连接管道固定连接，阻尼外壳为圆柱状的壳体，阻尼外壳具有一圆形侧板，沿着圆形侧板圆周突出一圆形侧壁，圆形侧壁具有一固定厚度，阻尼外壳的以上结构形成一容纳腔体，用于容纳阻尼构件。并且外盖与阻尼外壳配合形成密封的腔体结构。

Description

一种智能省电恒流阀、恒流阀控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种智能省电恒流阀，适用于不同用水场合，如家庭、酒店、医院、公寓。

背景技术

传统的恒流阀通常采用改变通道大小的方式用来控制液体的流量，从而保证水流的恒流，例如中国专利申请201621369909.5公开了一种限压恒流阀，包括阀体，阀体上设有限压腔、进水口和出水口，限压腔分别连通进水口和出水口；限压腔内设置有限压装置和导向筒；限压腔通过导向筒连通进水口；限压装置活动在导向筒内，且同时密封封闭限压腔和导向筒的同一侧，限压腔和导向筒的另一侧通过可变通道相互连通；工作时，高压水作用限压装置使可变通道变小，实现对高压水降压。

此外，中国专利申请201510829458.2公开了一种变刚度弹簧式恒流阀，阀体包括圆筒形的外壳；在外壳内依次固定有挡环和固定支撑；阀芯包括固定在固定支撑上的导向杆；导向杆穿过挡环中心并与外壳的轴线重合；在导向杆上安装有一个可沿导向杆滑动的挡板；在所述挡板和挡环之间固定有变刚度弹簧；变刚度弹簧一端与挡板固定，另一端与挡环固定。当一定压力的流体通过弹簧的缝隙时，产生压差，该压差作用在变刚度弹簧一端的挡板，压缩变刚度弹簧，改变变刚度弹簧的缝隙高度，保证一定的通流量。

还有中国专利申请201420197369.1一种恒流阀，包括前板、后板和若干侧板，前板、后板和侧板形成一个腔体，在前板上设置有进口，若干所述侧板中，其中一块侧板上设置有出口，其余侧板表面平滑，在后板上固定有弹性隔板，所述弹性隔板中心处开设有通孔，所述弹性隔板将腔体分为流速调节腔和液体流道。

综上，现有技术当中，为了稳定水流流量，通常是通过弹性回复构件来控制水流通道的横截面，由于弹簧的弹性系数是固定不变的，当需要将水流量稳定在一个自由设定的值下时，上述技术方案则不能实现，并且上述弹性构件设置在水流通道当中，造成管道的结构复杂，流场复杂，造成水流不稳定，并且不利于维修人员维修。

尤其是在水流量达不到所需的最低水流量要求时，上述技术方案不具备水流量的提升功能。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明提出一种智能省电恒流阀。

该发明的第一方面，该恒流阀包括外盖、阻尼外壳、阻尼构件、连接管道、阻尼叶轮、驱动电机(内置转速传感器)、连接柱。

其中阻尼外壳通过连接柱与连接管道固定连接，阻尼外壳为圆柱状的壳体，阻尼外壳具有一圆形侧板，沿着圆形侧板圆周突出一圆形侧壁，圆形侧壁具有一固定厚度，阻尼外壳的以上结构形成一容纳腔体，用于容纳阻尼构件。并且外盖与阻尼外壳配合形成密封的腔体结构。

该发明的第二方面，其中，连接管道由左侧一段矩形管道，中间段位一圆柱形拥有密封腔体的通道，右侧段具有一段矩形管道，三段通道可以一体成型，也可以分段连接而成。其中矩形管道也可以设置成其他结构的管道。其中圆柱形通道的中心轴位于矩形管道竖直方向的偏上侧，以便水流与容纳在圆柱形通道里的阻尼叶轮合理接触，使得阻尼叶轮朝单一方向旋转。

其中阻尼叶轮具有一叶轮轴，阻尼叶轮与叶轮轴固定连接或者一体成型，叶轮轴与圆柱形通道的中心轴同轴，并且叶轮轴可转动的支撑在圆柱形通道的两端侧壁上，侧壁的平面平行于水流的流向。

叶轮轴一端连接驱动电机，驱动电机固定在圆柱形通道一端的侧壁上。叶轮轴另一一端连接离合器，并且叶轮轴通过离合器与阻尼构件连接轴连接，可实现二者的同步转动。

该发明的第三方面，阻尼构件包括转轴连接座、前挡板、后挡板、带轨槽支撑架、圆弧段、流体通道、弹簧、左轨道槽、右轨道槽、上移动块、下固定座、带丝杠电机，前密封板、后密封板。

阻尼构件的转轴连接座与阻尼构件连接轴固定连接，阻尼构件随阻尼构件连接轴的转动而转动。

该发明的第三方面，带轨槽支撑架由两部分组成，下端部分为U 形块状物体，通过U形块状物体中间的开槽形成了左右支撑臂，左支撑臂靠近开槽一侧的平面上开设有左轨道槽、右支撑臂上靠近开槽一侧的平面上开设有右轨道槽，在左右支撑臂上端设置有一圆弧形挡块，圆弧形挡块与阻尼外壳圆弧形内壁接触连接，二者之间可以相对运动，上移动块为长方体结构，其左右两端的中间位置设置凸出块，左右两端的凸出块分别嵌入左轨道槽、右轨道槽，从而上移动块可以在带轨槽支撑架的开槽内上下移动。

上移动块的前后端面分别设置有前密封板、后密封板，前密封板、后密封板的一侧平面分别与上移动块的前后端面贴合，前密封板、后密封板下端超出上移动块的下端面。

其中下固定座与上移动块具有相同的外形以及凸出块，下固定座同样通过凸出块嵌入左轨道槽、右轨道槽，并且能够实现在带轨槽支撑架的开槽内上下移动。

与上移动块不同的是：下固定座的下端面中间位置开设有螺纹孔，螺纹孔与带丝杠电机的丝杠配合连接，带丝杠电机固定连接在带轨槽支撑架的下端面。从而带丝杠电机通过丝杠结构驱动下固定座上下移动。

带轨槽支撑架前后端面还设置有前挡板、后挡板，前挡板、后挡板位于带轨槽支撑架下侧部分，该设置使得下固定座被遮挡，起到密封的作用。

该发明的第四方面，在上移动块与圆弧段之间形成有一流体通道，流体通道便于阻尼外壳中的流体通过。

下固定座与上移动块之间设置有一弹簧，弹簧的弹性系数根据需要设置，在上移动块下端面还设置有支撑板，支撑板设置于左右两侧。在初始状态下，支撑板下端与下固定座接触。工作状态下，支撑板下端远离下固定座。

该发明的第五方面，恒流阀的智能控制系统包括设置面板、离合器、驱动电机、转速传感器、带丝杠电机，控制器，其中设置面板、转速传感器作为输入端与控制器连接，驱动电机、离合器、带丝杠电机作为输出端与控制器连接。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明另外一侧的结构示意图。

图3-1为本发明的阻尼构件的剖视图。

图3-2是图3-1的A-A向剖视图。

图4-1为本发明的阻尼构件与叶轮连接关系图。

图4-2是图4-1的局部放大图。

图5-1为本发明的阻尼构件的另一方向的剖视图。

图5-2是图5-1的C-C向剖视图。

图6为本发明的阻尼构件的爆炸图。

图7为本发明的阻尼构件的主视图。

图8为本发明的控制系统框架图。

图9为本发明的控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

1、恒流阀的总体结构：

参见图1、2，该恒流阀包括外盖1、阻尼外壳2、阻尼构件3、连接管道4、阻尼叶轮5、驱动电机6(内置转速传感器601)、连接柱7。

其中阻尼外壳2通过连接柱7与连接管道4固定连接，阻尼外壳 2为圆柱状的壳体，阻尼外壳2具有一圆形侧板，沿着圆形侧板圆周突出一圆形侧壁，圆形侧壁具有一固定厚度，阻尼外壳2的以上结构形成一容纳腔体，用于容纳阻尼构件3。并且外盖1与阻尼外壳2配合形成密封的腔体结构。

其中，连接管道由左侧一段矩形管道，中间段位一圆柱形拥有密封腔体的通道，右侧段具有一段矩形管道，三段通道可以一体成型，也可以分段连接而成。其中矩形管道也可以设置成其他结构的管道。其中圆柱形通道的中心轴位于矩形管道竖直方向的偏上侧，以便水流与容纳在圆柱形通道里的阻尼叶轮5合理接触，使得阻尼叶轮5朝单一方向旋转。

参见附图4-1，其中阻尼叶轮5具有一叶轮轴8，阻尼叶轮5与叶轮轴8固定连接或者一体成型，叶轮轴8与圆柱形通道的中心轴同轴，并且叶轮轴8可转动的支撑在圆柱形通道的两端侧壁上，侧壁的平面平行于水流的流向。

叶轮轴8一端连接驱动电机6，驱动电机6固定在圆柱形通道一端的侧壁上。叶轮轴8另一一端连接离合器801，并且叶轮轴8通过离合器801与阻尼构件连接轴802连接，可实现二者的同步转动。

参见附图3-1、4-1、6，进一步描述阻尼构件3的结构以及连接关系。

阻尼构件3包括转轴连接座9、前挡板11、后挡板12、带轨槽支撑架10、圆弧段13、流体通道14、弹簧18、左轨道槽19、右轨道槽20、上移动块16、下固定座15、带丝杠电机17，前密封板21、后密封板22。

阻尼构件3的转轴连接座9与阻尼构件连接轴802固定连接，阻尼构件3随阻尼构件连接轴802的转动而转动。

进一步的通过图5-1～图7详细描述阻尼构件3的内部结构，带轨槽支撑架10由两部分组成，下端部分为U形块状物体，通过U形块状物体中间的开槽形成了左右支撑臂，左支撑臂靠近开槽一侧的平面上开设有左轨道槽19、右支撑臂上靠近开槽一侧的平面上开设有右轨道槽20，在左右支撑臂上端设置有一圆弧形挡块，圆弧形挡块与阻尼外壳圆弧形内壁接触连接，二者之间可以相对运动，上移动块 16为长方体结构，其左右两端的中间位置设置凸出块1601，左右两端的凸出块1601分别嵌入左轨道槽19、右轨道槽20，从而上移动块16可以在带轨槽支撑架10的开槽内上下移动。

上移动块16的前后端面分别设置有前密封板21、后密封板22，前密封板21、后密封板22的一侧平面分别与上移动块16的前后端面贴合，前密封板21、后密封板22下端超出上移动块16的下端面。

其中下固定座15与上移动块16具有相同的外形以及凸出块1502，下固定座15同样通过凸出块1502嵌入左轨道槽19、右轨道槽20，并且能够实现在带轨槽支撑架10的开槽内上下移动。

与上移动块16不同的是：参见图5下固定座15的下端面中间位置开设有螺纹孔1501，螺纹孔1501与带丝杠电机17的丝杠1701配合连接，带丝杠电机17固定连接在带轨槽支撑架10的下端面。从而带丝杠电机17通过丝杠结构驱动下固定座15上下移动。

进步一的，参见图4-1，带轨槽支撑架10前后端面还设置有前挡板11、后挡板12，前挡板11、后挡板12位于带轨槽支撑架10下侧部分，该设置使得下固定座15被遮挡，起到密封的作用。

此外，在上移动块16与圆弧段13之间形成有一流体通道14，流体通道14便于阻尼外壳2中的流体通过。

进一步的通过图7详细描述阻尼构件3的具体结构，下固定座 15与上移动块16之间设置有一弹簧，弹簧的弹性系数根据需要设置，在上移动块16下端面还设置有支撑板17，支撑板设置于左右两侧。在初始状态下，支撑板17下端与下固定座15接触。工作状态下，支撑板17下端远离下固定座15。

2、恒流阀的智能控制系统。

恒流阀的智能控制系统包括设置面板100、离合器801、驱动电机6、转速传感器601、带丝杠电机17，控制器200，其中设置面板 100、转速传感器601作为输入端与控制器200连接，驱动电机6、离合器801、带丝杠电机17作为输出端与控制器200连接。

3、恒流阀的工作原理。

第一步设定需要的水流速度n0，根据水流速度n0计算出转速kn0，通过转速传感器601对阻尼叶轮的转速进行监控，并且控制器根据水流速度n0通过带丝杠电机17将下固定座15设置在一确定位置，该位置通过实验获得，该位置与水流速度n0相对应；

当实际的水流速度在t0时间内(t0取20s)大于n0时并且在驱动电机6停止驱动的情况下，阻尼叶轮5的转速大于kn0，此时控制器200控制离合器801接合，此时叶轮轴8与阻尼构件连接轴802同步转动。此时阻尼机构3旋转，上移动块16也开始旋转，由于离心力的作用，上移动块16远离下固定座15，上移动块16靠近圆弧段 13，因而导致流体通道14开口截面减小，由于通过流体的截面减小，阻尼构件3受到的阻尼增大，从而阻尼叶轮5转速减小，最终将过快的水流速度稳定在n0。

当水流速度在持续的t1(t1可取10s)范围内小于n0时并且在驱动电机6停止驱动的情况下，此时转速传感器601检测的转速在持续的10s范围内小于kn0，此时通过控制器200断开离合器801，阻尼构件3与阻尼叶轮5脱离，驱动电机6以n0转速带动阻尼叶轮5 转动，并且持续时间t2(t2可取3分钟)，然后停止驱动驱动电机6，此时判断实际的水流速度与转速n0的大小。

上述控制系统可以通过阻尼机构对水流进行降速，也可通过电机对水流进行提速，并且由于是联合阻尼机构与电机对水流进行控制，该控制系统具有智能稳流以及节约电能的作用。

Claims (4)

1.一种智能省电恒流阀，其特征在于，该恒流阀包括阻尼容纳腔、阻尼构件、连接管道、阻尼叶轮，阻尼叶轮可转动的连接在所述连接管道中，所述阻尼叶轮转轴与阻尼构件固定连接，所述阻尼构件可转动的容纳在所述阻尼容纳腔中，所述阻尼容纳腔内充满阻尼液体，阻尼构件包括一流体通道，该流体通道的过流截面可调整；还包括：驱动电机，驱动电机内置转速传感器，驱动电机驱动阻尼叶轮转动；所述阻尼叶轮与阻尼构件通过离合器连接；阻尼构件包括转轴连接座、前挡板、后挡板、带轨槽支撑架、圆弧段、流体通道、弹簧、左轨道槽、右轨道槽、上移动块、下固定座、带丝杠电机，前密封板、后密封板，带轨槽支撑架由两部分组成，下端部分为U形块状物体，通过U形块状物体中间的开槽形成了左右支撑臂，左支撑臂靠近开槽一侧的平面上开设有左轨道槽、右支撑臂上靠近开槽一侧的平面上开设有右轨道槽，在左右支撑臂上端设置有一圆弧形挡块，圆弧形挡块与阻尼外壳圆弧形内壁接触连接，二者之间可以相对运动，上移动块为长方体结构，其左右两端的中间位置设置凸出块，左右两端的凸出块分别嵌入左轨道槽、右轨道槽，从而上移动块可以在带轨槽支撑架的开槽内上下移动。

2.根据权利要求1所述的一种智能省电恒流阀，其特征在于，上移动块的前后端面分别设置有前密封板、后密封板，前密封板、后密封板的一侧平面分别与上移动块的前后端面贴合，前密封板、后密封板下端超出上移动块的下端面，其中下固定座与上移动块具有相同的外形以及凸出块，下固定座同样通过凸出块嵌入左轨道槽、右轨道槽，并且能够实现在带轨槽支撑架的开槽内上下移动。

3.一种恒流阀控制系统，其特征在于，其包括权利要求1所述的智能省电恒流阀，该恒流阀控制系统包括设置面板、离合器、驱动电机、转速传感器、带丝杠电机，控制器，其中设置面板、转速传感器作为输入端与控制器连接，驱动电机、离合器、带丝杠电机作为输出端与控制器连接。

4.一种恒流阀控制系统的控制方法，其特征在于，包括权利要求3所述的恒流阀控制系统，

步骤1，第一步设定需要的水流速度n0，根据水流速度n0计算出转速kn0，通过转速传感器对阻尼叶轮的转速进行监控，并且控制器根据水流速度n0通过带丝杠电机将下固定座设置在一确定位置，该位置通过实验获得，该位置与水流速度n0相对应；

步骤2，当实际的水流速度在t0时间内大于n0时，此时控制器控制离合器接合，此时叶轮轴与阻尼构件连接轴同步转动，此时阻尼机构旋转，上移动块也开始旋转，由于离心力的作用，上移动块远离下固定座，上移动块靠近圆弧段，因而导致流体通道开口截面减小，由于通过流体的截面减小，阻尼构件受到的阻尼增大，从而阻尼叶轮转速减小，最终将过快的水流速度稳定在n0，当实际的水流速度在t0时间内小于等于n0时，执行步骤3；

步骤3，当水流速度在持续的t1范围内小于n0时，此时通过控制器断开离合器，阻尼构件与阻尼叶轮脱离，驱动电机以n0转速带动阻尼叶轮转动，并且持续时间t2，然后停止驱动驱动电机，然后执行步骤2；当水流速度在持续的t1范围内大于等于n0时，执行步骤2。