CN109654278B - 一种楼宇自控系统专用的排气阀 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种楼宇自控系统专用的排气阀，其特征在于，包括过滤网(1)、阀壳(2)、阀体通道(3)、球阀芯(4)、电动执行器(5)、信号传输线(6)、气压传感器(7)和气水分隔板(8)；本发明采用电动排气，排气及时可靠，减少自动排气阀存在排气失灵的风险，过滤网减少了排气阀被水体中污染物封堵的风险，气水分隔板隔水透气防止系统中的水通过排气阀溢出；排气阀接入楼宇自控系统，能够进行实时状况监控和故障诊断；本发明安全、可控，具有广阔市场前景和实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及阀门设计领域，具体涉及一种排气阀。
背景技术
自动排气阀是是暖通系统或给水系统在运行过程中用来排气的装置，用来释放供热系统和供水管道中产生的气穴，广泛用于分水器、暖气片、地板采暖、供暖系统和供水系统。
暖通系统运行过程中，水在加热时释放的气体如氢气、氧气等带来的众多不良影响会损坏系统及降低热效应，这些气体如不能及时排掉会产生很多不良后果。诸如：由氧化导致的腐蚀；散热器里气袋的形成；热水循环不畅通不平衡，使某些散热器局部不热；管道带气运行时的噪声；循环泵的涡空现象。所以系统中的废气必须及时排出，由此可见运用自动排气阀的重要作用。
给水系统中出现气体的原因有：在管道安装完毕后通水之前，管道内充满了空气、水在水泵工作前后因压力发生较大的变化而出现气体、水在通过管道的一些附件，如阀门.三通.弯头等，由于水压力发生较大变化，会产生气体、管道系统的渗漏、管道维修维护时，管道泄水或水锤等工作情况产生的负压进气。由此带来以下危害：加大输水阻力、影响输水量、引起管道振动并引发水锤、加速金属管道的腐蚀，造成供水污染等问题。
我国常见的自动排气阀类型有：浮球(筒)式、浮球(筒)杠杆式、复合(组合)式。以浮球(筒)式为例，其工作原理为：当系统中有空气时，气体聚集在排气阀的上部，体内气泡堆积使浮球随水位下降，因此打开排气活塞；气体排尽后，水位上升，浮球也随之上升，关闭排气活塞。
目前，自动排气阀存在排气失灵、漏水或者堵死等问题，造成供暖系统的热力失调，需要专业技术人员进行维护。本发明旨在提供一种安全、可控、能够进行实时监控和故障诊断的排气阀系统。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种排气阀，其特征在于:包括过滤网(1)、阀壳(2)、阀体通道(3)、球阀芯(4)、电动执行器(5)、信号传输线(6)、气压传感器(7)和气水分隔板(8)；排气阀通过DDC接入楼宇自控系统；
过滤网(1)采用金属过滤网，用于过滤供暖系统中水中杂质，防止其进入阀体通道(3)，堵塞排气阀；
阀壳(2)为空心壳体，其中为阀体通道(3)；
气压传感器(7)用于检测进气压力；进气压力为进气的绝对压力与当地大气压之差；
气压传感器(7)与电动执行器(5)通过信号传输线(6)连接；
电动执行器(5)内具有用于根据进气压力，控制球阀芯的开度的控制装置和动力装置；
动力装置为可正转和反转的电机；
控制装置为单片机，用于控制电机的正反转，包括中央处理器、存储器、输入和输出I/O接口、数模转换器和继电器；
中央处理器用于根据不同的进气压力，向电机发出相应的控制信号；
存储器用于存储初始设定参数和接受信号参数；
输入和输出I/O接口用于收发数字或模拟信号；
数模转换器用于对数字或模拟信号进行转换；
继电器用于对控制信号的引脚输出功率进行放大后驱动电机工作；
气水分隔板(8)采用防水透气材料，能够透过空气而不能透过水；
气水分隔板(8)分为3层，包括上板(81)、聚四氟乙烯夹层(82)和下板(83)，聚四氟乙烯夹层(82)位于上板(81)和下板(83)之间；
上板(81)和下板(83)上均开有贯通孔洞，可通过气体；
上板(81)和下板(83)外壁采用内螺纹或外螺纹，通道(3)入口渐缩段后的直管口内壁采用外螺纹或内螺纹，上板(81)和下板(83)通过螺纹连接固定于通道(3)中；
下板(83)朝向通道(3)入口的一面上设置有一字螺纹或十字螺纹，可利用一字螺丝刀或十字螺丝刀将其旋转入或旋转出通道(3)中；
排气阀的工作步骤为：
S1、工作人员通过楼宇自控系统设定排气阀启动压力范围和阀门开度调节输出控制信号的基准值，并将其写入并存储在存储器中；
S2、气压传感器(7)用于检测进气压力，将其转化为电压信号，通过信号传输线(6)连接将电压信号传输给电动执行器(5)；
S3、电动执行器(5)的输出I/O接口接受电压信号；
S4、数模转换器将电压信号还原为进气压力数据；
S5、中央处理器将进气压力数据与控制装置的存储器的排气阀启动压力范围数据进行对比；
S51、当进气压力值超过排气阀启动压力范围上限值时，电机电机正转，通过连杆驱动球阀芯(4)正转，使得阀体通道(3)连通，进气排出；
在进行排气阀开度调节时，中央处理器将本次输入电压信号与上次输入电压信号的增减量换算成电机通电时间的长短，通电时间一到即切断电机的供电电源；
中央处理器在排气阀开度调节完成后，再采集排气阀的位置反馈电压信号，并将该电压信号回传给楼宇自控系统，楼宇自控系统将该电压信号作为下一次排气阀开度调节输出电压信号的基准值；
电机的通电时间如公式一所示：
公式一：
其中，ΔU为电压信号的增量，U1为排气阀启动压力范围下限值对应的电压信号，U2为排气阀启动压力范围上限值对应的电压信号，T1为全行程时间，t为排气阀的最小动作时间；
具体控制算法如下；
当ΔU＞0且T＞t时，中央处理器控制电机正转，通电时间:
当ΔU＞0且T≤t时，中央处理器控制电机正转，通电时间:T＝t；
当ΔU＜0且T＞t时，中央处理器控制电机反转，通电时间:
当ΔU＜0且T≤t时，中央处理器控制电机反转，通电时间:T＝t；
通电时间T一到，即切断电机的供电电源，中央处理器采集阀门的实际位置反馈信号，并将电压信号回传给楼宇自控系统；
楼宇自控系统将阀门位置反馈信号作为阀门下一次开度调节输出控制信号的基准值；
S52、当进气压力值低于排气阀启动压力范围下限值时，电机电机反转，通过连杆驱动球阀芯(4)反转，使得阀体通道(3)关闭，进气停止排出；
电动执行器(5)的控制装置采用Modbus通讯协议，利用其01，05，07编号功能码；
01编号功能码用于读取排气阀状态；排气阀处于打开位置为1，排气阀处于关闭位置为0；
05编号功能码用于控制排气阀状态；控制排气阀打开为1，控制排气阀关闭为0；
07编号功能码用于读取排气阀的异常状态；排气阀异常为1，排气阀正常为0；
电动执行器(5)上设置自动、手动状态切换按钮；
自动运行工况时，自动、手动状态切换按钮处于锁定状态；排气阀通过气压传感器(7)的压差信号来执行排气阀的启闭；
自动运行发生故障时，维修人员就地解锁自动、手动状态切换按钮，人工控制排气阀的启闭；
排气阀通过DDC接入楼宇自控系统，楼宇自控系统能够对排气阀工作状态进行监控并进行诊断；
诊断过程为：
中央处理器将测得的进气压力与排气阀启动压力范围上限值进行比较；
如果比较结果在5％的误差之内，那么向楼宇自控系统返回信号0；
如果在传感器信号的压力差和压力差的设定值之间的偏差大于5％的误差，则向楼宇自控系统返回信号1；
楼宇自控系统采集到其信号值后作出判断，收到信号0代表排气阀工作正常，收到信号1代表排气阀发生故障；
监控中心控制界面实时显示排气阀当前工作状态。
本发明的有益成果为：本发明提供了一种排气阀，采用电动排气，排气及时可靠，减少自动排气阀存在排气失灵的风险，过滤网减少了排气阀被水体中污染物封堵的风险，气水分隔板隔水透气防止系统中的水通过排气阀溢出；排气阀接入楼宇自控系统，能够进行实时状况监控和故障诊断；本发明安全、可控，具有广阔市场前景和实用价值。
附图说明
图1是本发明的一种排气阀的结构示意图；
图2是本发明的气水分隔板的结构示意图；
附图中标记及对应的零部件名称：
1-过滤网，2-阀壳，3-阀体通道，4-球阀芯，5-电动执行器，6-信号传输线，7-气压传感器，8-气水分隔板，81-上板，82-聚四氟乙烯夹层，83-下板。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术发明及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，能实现同样功能的产品属于等同替换和改进，均包含在本发明的保护范围之内。具体方法如下：
实施例1：
一种排气阀，其特征在于:包括过滤网(1)、阀壳(2)、阀体通道(3)、球阀芯(4)、电动执行器(5)、信号传输线(6)、气压传感器(7)和气水分隔板(8)；排气阀通过DDC接入楼宇自控系统；
过滤网(1)采用金属过滤网，用于过滤供暖系统中水中杂质，防止其进入阀体通道(3)，堵塞排气阀；
阀壳(2)为空心壳体，其中为阀体通道(3)；
气压传感器(7)用于检测进气压力；进气压力为进气的绝对压力与当地大气压之差；
气压传感器(7)与电动执行器(5)通过信号传输线(6)连接；
电动执行器(5)内具有用于根据进气压力，控制球阀芯的开度的控制装置和动力装置；
动力装置为可正转和反转的电机；
控制装置为单片机，用于控制电机的正反转，包括中央处理器、存储器、输入和输出I/O接口、数模转换器和继电器；
中央处理器用于根据不同的进气压力，向电机发出相应的控制信号；
存储器用于存储初始设定参数和接受信号参数；
输入和输出I/O接口用于收发数字或模拟信号；
数模转换器用于对数字或模拟信号进行转换；
继电器用于对控制信号的引脚输出功率进行放大后驱动电机工作；
气水分隔板(8)采用防水透气材料，能够透过空气而不能透过水；
气水分隔板(8)分为3层，包括上板(81)、聚四氟乙烯夹层(82)和下板(83)，聚四氟乙烯夹层(82)位于上板(81)和下板(83)之间；
上板(81)和下板(83)上均开有贯通孔洞，可通过气体；
上板(81)和下板(83)外壁采用内螺纹或外螺纹，通道(3)入口渐缩段后的直管口内壁采用外螺纹或内螺纹，上板(81)和下板(83)通过螺纹连接固定于通道(3)中；
下板(83)朝向通道(3)入口的一面上设置有一字螺纹或十字螺纹，可利用一字螺丝刀或十字螺丝刀将其旋转入或旋转出通道(3)中；
排气阀的工作步骤为：
S1、工作人员通过楼宇自控系统设定排气阀启动压力范围和阀门开度调节输出控制信号的基准值，并将其写入并存储在存储器中；
S2、气压传感器(7)用于检测进气压力，将其转化为电压信号，通过信号传输线(6)连接将电压信号传输给电动执行器(5)；
S3、电动执行器(5)的输出I/O接口接受电压信号；
S4、数模转换器将电压信号还原为进气压力数据；
S5、中央处理器将进气压力数据与控制装置的存储器的排气阀启动压力范围数据进行对比；
S51、当进气压力值超过排气阀启动压力范围上限值时，电机电机正转，通过连杆驱动球阀芯(4)正转，使得阀体通道(3)连通，进气排出；
在进行排气阀开度调节时，中央处理器将本次输入电压信号与上次输入电压信号的增减量换算成电机通电时间的长短，通电时间一到即切断电机的供电电源；
中央处理器在排气阀开度调节完成后，再采集排气阀的位置反馈电压信号，并将该电压信号回传给楼宇自控系统，楼宇自控系统将该电压信号作为下一次排气阀开度调节输出电压信号的基准值；
电机的通电时间如公式一所示：
公式一：
其中，ΔU为电压信号的增量，U1为排气阀启动压力范围下限值对应的电压信号，U2为排气阀启动压力范围上限值对应的电压信号，T1为全行程时间，t为排气阀的最小动作时间；
具体控制算法如下；
当ΔU＞0且T＞t时，中央处理器控制电机正转，通电时间:T1；
当ΔU＞0且T≤t时，中央处理器控制电机正转，通电时间:T＝t；
当ΔU＜0且T＞t时，中央处理器控制电机反转，通电时间:
当ΔU＜0且T≤t时，中央处理器控制电机反转，通电时间:T＝t；
通电时间T一到，即切断电机的供电电源，中央处理器采集阀门的实际位置反馈信号，并将电压信号回传给楼宇自控系统；
楼宇自控系统将阀门位置反馈信号作为阀门下一次开度调节输出控制信号的基准值；
S52、当进气压力值低于排气阀启动压力范围下限值时，电机电机反转，通过连杆驱动球阀芯(4)反转，使得阀体通道(3)关闭，进气停止排出；
电动执行器(5)的控制装置采用Modbus通讯协议，利用其01，05，07编号功能码；
01编号功能码用于读取排气阀状态；排气阀处于打开位置为1，排气阀处于关闭位置为0；
05编号功能码用于控制排气阀状态；控制排气阀打开为1，控制排气阀关闭为0；
07编号功能码用于读取排气阀的异常状态；排气阀异常为1，排气阀正常为0；
电动执行器(5)上设置自动、手动状态切换按钮；
自动运行工况时，自动、手动状态切换按钮处于锁定状态；排气阀通过气压传感器(7)的压差信号来执行排气阀的启闭；
自动运行发生故障时，维修人员就地解锁自动、手动状态切换按钮，人工控制排气阀的启闭；
排气阀通过DDC接入楼宇自控系统，楼宇自控系统能够对排气阀工作状态进行监控并进行诊断；
诊断过程为：
中央处理器将测得的进气压力与排气阀启动压力范围上限值进行比较；
如果比较结果在5％的误差之内，那么向楼宇自控系统返回信号0；
如果在传感器信号的压力差和压力差的设定值之间的偏差大于5％的误差，则向楼宇自控系统返回信号1；
楼宇自控系统采集到其信号值后作出判断，收到信号0代表排气阀工作正常，收到信号1代表排气阀发生故障；
监控中心控制界面实时显示排气阀当前工作状态。
本发明的有益成果为：本发明提供了一种排气阀，采用电动排气，排气及时可靠，减少自动排气阀存在排气失灵的风险，过滤网减少了排气阀被水体中污染物封堵的风险，气水分隔板隔水透气防止系统中的水通过排气阀溢出；排气阀接入楼宇自控系统，能够进行实时状况监控和故障诊断；本发明安全、可控，具有广阔市场前景和实用价值。
Claims (1)
1.一种楼宇自控系统专用的排气阀，其特征在于:包括过滤网(1)、阀壳(2)、阀体通道(3)、球阀芯(4)、电动执行器(5)、信号传输线(6)、气压传感器(7)和气水分隔板(8)；所述排气阀通过DDC控制器接入楼宇自控系统；
所述过滤网(1)采用金属过滤网，用于过滤供暖系统中水中杂质，防止其进入所述阀体通道(3)，堵塞所述排气阀；
所述阀壳(2)为空心壳体，其中为所述阀体通道(3)；
所述气压传感器(7)用于检测进气压力；所述进气压力为所述进气的绝对压力与当地大气压之差；
所述气压传感器(7)与所述电动执行器(5)通过所述信号传输线(6)连接；
所述电动执行器(5)内具有用于根据所述进气压力，控制所述球阀芯的开度的控制装置和动力装置；
所述动力装置为可正转和反转的电机；
所述控制装置为单片机，用于控制电机的正反转，包括中央处理器、存储器、输入和输出I/O接口、数模转换器和继电器；
所述中央处理器用于根据不同的所述进气压力，向所述电机发出相应的控制信号；
所述存储器用于存储初始设定参数和接受信号参数；
所述输入和输出I/O接口用于收发数字或模拟信号；
所述数模转换器用于对所述数字或所述模拟信号进行转换；
所述继电器用于对所述控制信号的引脚输出功率进行放大后驱动电机工作；
所述气水分隔板(8)采用防水透气材料，能够透过空气而不能透过水；
所述气水分隔板(8)分为3层，包括上板(81)、聚四氟乙烯夹层(82)和下板(83)，所述聚四氟乙烯夹层(82)位于所述上板(81)和所述下板(83)之间；
所述上板(81)和所述下板(83)上均开有贯通孔洞，可通过气体；
所述上板(81)和所述下板(83)外壁采用内螺纹或外螺纹，所述通道(3)入口渐缩段后的直管口内壁采用外螺纹或内螺纹，所述上板(81)和所述下板(83)通过螺纹连接固定于所述通道(3)中；
所述下板(83)朝向所述通道(3)入口的一面上设置有一字螺纹或十字螺纹，可利用一字螺丝刀或十字螺丝刀将其旋转入或旋转出所述通道(3)中；
所述排气阀的工作步骤为：
S1、工作人员通过楼宇自控系统设定所述排气阀启动压力范围和阀门开度调节输出控制信号的基准值，并将其写入并存储在所述存储器中；
S2、所述气压传感器(7)用于检测进气压力，将其转化为电压信号，通过所述信号传输线(6)连接将所述电压信号传输给所述电动执行器(5)；
S3、所述电动执行器(5)的输出I/O接口接受所述电压信号；
S4、所述数模转换器将所述电压信号还原为所述进气压力数据；
S5、所述中央处理器将所述进气压力数据与所述控制装置的所述存储器的所述排气阀启动压力范围数据进行对比；
S51、当进气压力值超过所述排气阀启动压力范围上限值时，所述电机正转，通过连杆驱动所述球阀芯(4)正转，使得所述阀体通道(3)连通，进气排出；
在进行所述排气阀开度调节时，所述中央处理器将本次输入所述电压信号与上次输入所述电压信号的增减量换算成电机通电时间的长短，通电时间一到即切断电机的供电电源；
所述中央处理器在所述排气阀开度调节完成后，再采集所述排气阀的位置反馈所述电压信号，并将该所述电压信号回传给所述楼宇自控系统，所述楼宇自控系统将该所述电压信号作为下一次所述排气阀开度调节输出所述电压信号的基准值；
所述电机的所述通电时间如公式一所示：
公式一：
其中，ΔU为所述电压信号的增量，U1为所述排气阀启动压力范围下限值对应的电压信号，U2为所述排气阀启动压力范围上限值对应的电压信号，T1为全行程时间，t为所述排气阀的最小动作时间；
具体控制算法如下；
当ΔU＞0且T＞t时，所述中央处理器控制所述电机正转，所述通电时间:
当ΔU＞0且T≤t时，所述中央处理器控制所述电机正转，所述通电时间:T＝t；
当ΔU＜0且T＞t时，所述中央处理器控制所述电机反转，所述通电时间:
当ΔU＜0且T≤t时，所述中央处理器控制所述电机反转，所述通电时间:T＝t；
所述通电时间T一到，即切断所述电机的供电电源，所述中央处理器采集阀门的实际位置反馈信号，并将所述电压信号回传给所述楼宇自控系统；
所述楼宇自控系统将阀门位置反馈信号作为阀门下一次开度调节输出控制信号的基准值；
S52、当所述进气压力值低于所述排气阀启动压力范围下限值时，所述电机反转，通过连杆驱动所述球阀芯(4)反转，使得所述阀体通道(3)关闭，所述进气停止排出；
所述电动执行器(5)的控制装置采用Modbus通讯协议，利用其01，05，07编号功能码；
所述01编号功能码用于读取所述排气阀状态；所述排气阀处于打开位置为1，所述排气阀处于关闭位置为0；
所述05编号功能码用于控制所述排气阀状态；控制所述排气阀打开为1，控制所述排气阀关闭为0；
所述07编号功能码用于读取所述排气阀的异常状态；所述排气阀异常为1，所述排气阀正常为0；
所述电动执行器(5)上设置自动、手动状态切换按钮；
自动运行工况时，所述自动、手动状态切换按钮处于锁定状态；所述排气阀通过所述气压传感器(7)的压差信号来执行所述排气阀的启闭；
自动运行发生故障时，维修人员就地解锁所述自动、手动状态切换按钮，人工控制所述排气阀的启闭；
所述排气阀通过DDC控制器接入所述楼宇自控系统，所述楼宇自控系统能够对排气阀工作状态进行监控并进行诊断；
所述诊断过程为：
所述中央处理器将测得的所述进气压力与所述排气阀启动压力范围上限值进行比较；
如果比较结果在5％的误差之内，那么向所述楼宇自控系统返回信号0；
如果在传感器信号的压力差和压力差的设定值之间的偏差大于5％的误差，则向所述楼宇自控系统返回信号1；
所述楼宇自控系统采集到其信号值后作出判断，收到所述信号0代表所述排气阀工作正常，收到所述信号1代表所述排气阀发生故障；
监控中心控制界面实时显示所述排气阀当前工作状态。
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2019
- 2019-01-03 CN CN201910002961.9A patent/CN109654278B/zh active Active
Patent Citations (5)
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 胡晓峰 ; 林敏 ; 郭斌 ; .流量调节阀性能检测系统设计.中国计量学院学报.2011,(第04期),第317-321页. * |
Also Published As
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