CN109027284A - 一种利用进口来流参数通过plc控制的流量线性调节阀 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种利用进口来流参数通过PLC控制的流量线性调节阀，包括阀主体、电机、蜗杆、闸板，阀主体的管流形状为方形，阀主体通过法兰安装在管路中，管路上安装PLC，PLC连接电机，电机连接电机蜗杆，阀主体上开设闸板滑动槽，闸板的一侧位于闸板滑动槽里，闸板的另外一侧设置闸板齿纹，蜗杆包括蜗杆齿轮、光段、螺纹段，光段位于涡轮齿轮和螺纹段之间，蜗杆齿轮与电机蜗杆啮合，螺纹段与闸板齿纹啮合。本发明方形闸板置于闸板滑动槽中，受力面积较大，闸板侧螺纹的设计使得闸板可以在任意高度下稳定安置，使闸板在受到气流激振力时更稳定。低转速电机以及蜗杆蜗轮的设计使得蜗杆旋转速度更慢，方便PLC通过供电时间控制闸板开合。

Description

一种利用进口来流参数通过PLC控制的流量线性调节阀
技术领域
本发明涉及的是一种阀，具体地说是流量调节阀。
背景技术
在压力或流量测量实验过程中，需要使用大量阀门控制流量，常见阀门有球阀、蝶阀、截止阀等。其控制流量的原理均在与控制阀门的开合角度从而使得连续方程中面积项进而影响流量。在实际操作过程中，往往需要精确调节流量，这需要明确流量随阀门开合角度的变化规律。但现有阀门的结构调节方式均不是线性的：球阀中阀芯中通孔随开合角度变化而变化，其密封效果较好但由于阀芯开合为周向旋转使得通孔与管路对应面积的变化非线性；蝶阀中蝶板通过阀杆和传动机构随手轮转动实现开合，其密封性较差对于全封闭管路并不适用；截止阀通过塞型阀瓣上下运动封闭阀中上下布置的管路，其截止形成较小可快速封闭管路，但也造成了其流量调节特性较差，不方便精确控流的场合；闸阀采用圆形闸板，通过闸杆上下运动控制开合，圆形管道中闸板上下运动得开其面积与上下运动距离得关系非线性。
闸阀中仅靠闸杆限制流向运动，且圆形管路中闸板部分开启会使得闸板后形成漩涡产生较大的激振力，长时间的激振使得闸杆紧固处松动，影响密封效果，减少阀门使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供能实现阀门开度线性控制流量功能的一种利用进口来流参数通过PLC控制的流量线性调节阀。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种利用进口来流参数通过PLC控制的流量线性调节阀，其特征是：包括阀主体、电机、蜗杆、闸板，阀主体的管流形状为方形，阀主体通过法兰安装在管路中，管路上安装PLC，PLC连接电机，电机连接电机蜗杆，阀主体上开设闸板滑动槽，闸板的一侧位于闸板滑动槽里，闸板的另外一侧设置闸板齿纹，蜗杆包括蜗杆齿轮、光段、螺纹段，光段位于涡轮齿轮和螺纹段之间，蜗杆齿轮与电机蜗杆啮合，螺纹段与闸板齿纹啮合。
本发明还可以包括：
1、所述的蜗杆位于蜗杆槽里，蜗杆槽下端密封，上端为U型盖板，蜗杆的光段穿过U型盖板。
2、闸板在电机的带动下进行上下移动，闸板位于最下方位置时，将阀主体的内部流通完全关闭。
3、蜗杆外径为闸板宽度的2倍，光段的直径不低于闸板宽度；所述电机为低转速电机。
本发明的优势在于：1.阀主体采用圆柱外壁方形内壁，方便加工保证阀门整体结构稳定性和强度；2.方形闸板置于闸板滑动槽中，受力面积较大，闸板侧螺纹的设计使得闸板可以在任意高度下稳定安置，使闸板在受到气流激振力时更稳定；3.PLC整合管流温度压力参数计算气动参数，控制电机旋转带动蜗杆使得闸板开合，工作稳定，性能可靠；可显示管道中热力学数据方便监控；4.应用临界条件下的气体流动规律及闸板的线性变化规律使得管流流量更可控；5.低转速电机以及蜗杆蜗轮的设计使得蜗杆3旋转速度更慢，方便PLC通过供电时间控制闸板开合，蜗杆3和闸板侧螺纹的小螺旋角度设计进一步减少了闸板升降距离对于电机运行时间即通电时间的敏感度，电机和PLC控制程序的编辑有更大的自由度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2a为本发明的主视图，图2b为A-A视图；
图3a为螺杆示意图，图3b为电机示意图，图3c为闸板示意图；
图4为本发明的装配透视图；
图5为管路连接示意图；
图6为恒定进口总压降低出口静压的管道流量变化曲线及恒定出口静压增大进口总压的管道流量变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-6，本发明包括阀主体1、闸板2、螺杆3、低转速电机4，PLC可编程逻辑控制器5，管路热力学测量设备6。其中阀主体1中包括管路1-1，法兰1-2，静置面1-3，闸板滑动槽1-4，蜗杆槽1-5，U型盖板1-6、外壳1-7；闸板2包括闸板齿纹2-1、闸板主体2-2；蜗杆3包括蜗纹段3-1、光段3-2、蜗杆齿轮3-3；电机4包括电机主体4-1、电机蜗杆4-2、电机接口4-3；PLC逻辑控制器5包括主板5-1、接口5-2、按键5-3、显示器5-4。
本发明主要应用于含有高压气罐和恒定出口背压(大气压)情况下的实验室环境。结合图对本发明工作方式进行说明。本结构中在外壳1-7中开口安装组件，先将蜗杆3放置于蜗杆槽1-5中，通过U型盖板1-6的缺口将蜗杆卡住，随后将闸板2旋进安装于闸板滑动槽1-4中，将蜗杆3的蜗杆齿轮3-3与电机4的电机蜗杆4-2啮合安装在阀外壳1-7中后部，并通过接线使电机与PLC5连接。阀门前管路的测量气流总压的皮托管，测量气流温度的温度传感器利用接线连接到PLC逻辑控制器5的相应孔位上，其中皮托管可以换成风速管同时测量总压静压。PLC逻辑控制器5的电源线外接，同时集成实验管路后半段出口压力测量数据，或预先输入。PLC逻辑控制器面板含有7个4-20mA电流信号输入孔以及一个电源孔，以及液晶面板显示采集到的管道热力学数据和利用公式求得得管道流量以及闸板开度，和必要的调节按键。
阀主体的通流部分呈正方形，安装正方形闸板。在阀中全周向开闸板滑动槽使得闸板在该槽中运动时，保证同时有三条边受约束。闸板的上下开合运动由蜗轮蜗杆结构实现。
本发明中以DN80标准法兰为例，其中中间管道长度与法兰公称直径之比为2：1或3：1。管道中通流方形边长与法兰公称直径之比为3：4。在阀体中间位置设置闸板滑动槽，其宽度与闸板相同。考虑闸板重量，闸板宽度与法兰公称直径之比应小于1：10。蜗杆槽的长度不低于闸板的长度。蜗杆3外径为闸板宽度的2倍，光段的直径不应低于闸板宽度，螺纹与闸板侧螺纹应啮合。选择低转速电机，电机蜗杆1和蜗杆2齿轮的模数压力角应该一致。通过线缆连接PLC和电机及传感器。
结合图5对工作原理进行说明。管路中如图布置的风速管，温度传感器，压力传感器可较精确测得温度管路中热力学参数汇总至PLC。流动超临界时，根据公式，管流总压与静压之比为
对于空气而言，简化认为压比p*/p为进口闸门前总压及出口背压之比，管道中静压应稍大于出口大气压，即认为管道中压比满足关系式pin */p0≈1.8时流动临界。
根据理论验证和实验测定结果，恒定出口静压，增大进口总压的管道折合流量变化曲线如图6所示。可得到，在压比达到1.8以上时，管路中的流动达到临界状态，流量变化趋势基本呈线性变化，流速对喉部面积不敏感，流量仅喉部面积有关。即为本发明工作原理。
流动临界时，通过流道横截面积为F的气体流量G可以表示为
其中系数K只与气体得性质有关
如果在缩放型流道中为等熵绝热流动，后部截面为临界流动，所以此界面上折合流量q为1。利用公式可求得q，并于管道后部流量计相比较。

Claims (5)

1.一种利用进口来流参数通过PLC控制的流量线性调节阀，其特征是：包括阀主体、电机、蜗杆、闸板，阀主体的管流形状为方形，阀主体通过法兰安装在管路中，管路上安装PLC，PLC连接电机，电机连接电机蜗杆，阀主体上开设闸板滑动槽，闸板的一侧位于闸板滑动槽里，闸板的另外一侧设置闸板齿纹，蜗杆包括蜗杆齿轮、光段、螺纹段，光段位于涡轮齿轮和螺纹段之间，蜗杆齿轮与电机蜗杆啮合，螺纹段与闸板齿纹啮合。
2.根据权利要求1所述的一种利用进口来流参数通过PLC控制的流量线性调节阀，其特征是：所述的蜗杆位于蜗杆槽里，蜗杆槽下端密封，上端为U型盖板，蜗杆的光段穿过U型盖板。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用进口来流参数通过PLC控制的流量线性调节阀，其特征是：闸板在电机的带动下进行上下移动，闸板位于最下方位置时，将阀主体的内部流通完全关闭。
4.根据权利要求1或2所述的一种利用进口来流参数通过PLC控制的流量线性调节阀，其特征是：蜗杆外径为闸板宽度的2倍，光段的直径不低于闸板宽度；所述电机为低转速电机。
5.根据权利要求3所述的一种利用进口来流参数通过PLC控制的流量线性调节阀，其特征是：蜗杆外径为闸板宽度的2倍，光段的直径不低于闸板宽度；所述电机为低转速电机。
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